乘用車手套箱性能要求綜述

朱瑤潔 盛浩 王建*

1.延鋒汽車內(nèi)飾系統(tǒng)有限公司技術中心 上海市 200233 2.北京航空航天大學 計算機學院 北京市 100191

3.上海無線電設備研究所 上海市 200438 4.上海目標識別與環(huán)境感知工程技術研究中心 上海市 200438

5.上海神添實業(yè)有限公司 上海市 200438

1 引言

隨著技術的進步和生活方式的改變，汽車越來越成為大眾生活中不可或缺的代步工具，汽車的內(nèi)部空間也成為舒適家庭環(huán)境的延伸[1，2]。這意味汽車內(nèi)飾的設計目標是使其具有和家庭環(huán)境同樣的功能性與舒適性[3]。手套箱作為車內(nèi)主要的具有儲物功能的產(chǎn)品，其使用的安全可靠性、儲物空間的充足便捷性、物品的多樣性等，是其開發(fā)過程中的首要目標。

手套箱置于副駕駛的膝部前方（如圖1），故其對于汽車內(nèi)飾的整體感觀效果至關重要。本文以更好的滿足消費者的需求，從終端客戶的體驗要求出發(fā)，按照安全性、可靠性以及舒適性，系統(tǒng)列舉了手套箱的設計過程的性能要求，詳細論述了如何將設計過程與產(chǎn)品性能要求相結合。

圖1 儀表板爆炸圖

2 安全性要求

2.1 材料性能要求

汽車在使用過程中，由于電器短路、發(fā)動機故障、交通事故等原因都極易引起火災，造成財產(chǎn)損失、人員傷亡[4]。因此，所有在中國銷售的汽車，其內(nèi)飾材料都需要滿足GB8410-2006《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》[5]。由于車輛日益增多，大量報廢后的汽車可能導致對環(huán)境的破壞，尤其是車輛中含有的重金屬可能污染土地和水源。2000年，歐盟委員會和歐洲議會頒布了2000/53/EC廢棄汽車（End-of Life Vehicle）指令[6]，簡稱ELV。目的是控制汽車廢棄物的處理，同時限制鉛、鎘、汞、六價鉻在車輛中的使用。2006年，為促進循環(huán)經(jīng)濟體系的建設和發(fā)展，保護環(huán)境，提高資源利用率，落實科學發(fā)展觀，實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，中國國家發(fā)展和改革委、科學技術部和國家環(huán)保總局聯(lián)合制定了《汽車產(chǎn)品回收利用技術政策》，并在2014年發(fā)布了標準GB/T 30512《汽車禁用物質(zhì)要求》[7]。包括手套箱在內(nèi)的所有內(nèi)飾零件的材料首先需要滿足法規(guī)的阻燃和禁限用物質(zhì)要求。

此外，特殊的工作環(huán)境（經(jīng)常日曬、振動、溫差等）對手套箱的老化性能（熱老化和光老化）、熱性能、拉伸性能、沖擊性能及散發(fā)性能均提出了較高要求[8，9]。在材料的選擇上需要根據(jù)使用的工況校核相關的材料性能。

2.2 內(nèi)部凸出物要求

汽車內(nèi)部凸出物應符合相應的法規(guī)，因其安裝部位不同，各自的要求也不盡相同，一般要采用分區(qū)檢查法[10]。在中國市場的轎車需要滿足國家標準GB 11552《轎車內(nèi)部凸出物》[11]，手套箱需要根據(jù)法規(guī)的細則滿足圓角要求和吸能要求。

2.3 其它要求

除上述性能要求外，在汽車發(fā)生碰撞氣囊爆破時手套箱門不應開啟，并且應當具備一定的吸能作用。不能發(fā)生表面碎裂產(chǎn)生尖邊從而對人造成傷害。對于不同的目標市場，需要滿足不同的法規(guī)要求。

3 功能可靠性要求

3.1 儲物功能

儲物是手套箱的基本功能，用于放置維修手冊、期刊、電筒、飲料等，不同的整車廠針對不同的車型都有不同的容積要求[4]。所以在設計時，就需要用這些尺寸物品的3D模型對手套箱內(nèi)部進行校核，而且不能影響手套箱門的開關。

3.2 手套箱開啟濫用

在手套箱的使用過程中，經(jīng)常會發(fā)生箱門開啟時手撐在門上取放物品，因此需要考核在手套箱門的開啟狀態(tài)，在門邊緣加載一定的靜力載荷來考察止位及鉸鏈機構的強度。

開啟止位和鉸鏈機構的結構形式、材料強度、關鍵尺寸、搭接量都成為關鍵設計要素，以保證在開啟狀態(tài)施加濫用載荷時手套箱門不會發(fā)生鉸鏈脫開、或者止位脫開斷裂，甚至內(nèi)外門焊接脫開等失效模式。同時停止加載之后，手套箱應該能夠保持原先正常的功能使用。

從布置階段開始就需要進行理論力學的計算，形成3D數(shù)模之后可通過CAE仿真來幫助判定手套箱門、開啟止位及鉸鏈機構的強度。

3.3 手套箱疲勞耐久

由于車內(nèi)取放件是車內(nèi)乘員的一個經(jīng)常性行為，因此手套箱必須保證其功能可靠耐用。從整車使用壽命以及手套箱自身使用頻次的可靠性出發(fā)，不同的主機廠都會對手套箱功能的疲勞耐久制定技術要求。通過高溫、低溫、常溫、高濕等多次的條件循環(huán)，來考察手套箱的疲勞耐久性。

對于疲勞耐久常見失效模式有：手套箱操作力的變化過大、阻尼脫落、鉸鏈轉(zhuǎn)軸脫出、手套箱底部下沉變形、開啟止位橡膠圈脫落等。對于整個手套箱系統(tǒng)而言，每一個子系統(tǒng)都需要滿足疲勞耐久的要求，包括手套箱的鎖機構系統(tǒng)、阻尼系統(tǒng)、鉸鏈系統(tǒng)、開啟止位系統(tǒng)等。

3.4 手套箱環(huán)境存放

由于整車的使用工況既可能是在新疆高溫的夏季，也可以是北部極寒的冬季，也可能是華南濕熱的氣候。因此對于汽車內(nèi)飾的功能件考核也要結合這些氣候條件來定義熱存放和氣候交變等性能要求。

材料的熱脹冷縮會導致手套箱各子系統(tǒng)周邊間隙的變化，不僅僅會影響到外觀，也可能會影響運動機構的可靠性。因此在設計手套箱時都會預留安全間隙，尤其是運動間隙。并且選擇材料時，原材料的高低溫性能都應該覆蓋到手套箱總成的使用工況。

4 功能舒適性要求

在汽車設計中，儀表板是乘員最直觀感受的零件，而手套箱是儀表板中與人連接最緊密的零件之一[12]。對手套箱而言，主要包括啟閉過程操作舒適性、取物便捷性、造型美觀性以及行駛過程中的振動靜音性，以及其他的多樣化功能設計。

4.1 啟閉舒適性

手套箱開啟和關閉過程都應保持部件運動順暢，并且能讓使用者在關閉時有明顯到位感（如鎖扣聲）。許多整車廠對手套箱的開啟力和關閉力都有明確要求，并納入設計驗證考核內(nèi)容。對于有阻尼的手套箱，還會考核其開啟時間，來評估手套箱門緩慢降落的效果。

4.2 取物便捷性

按照總體結構分類，手套箱通常分為翻轉(zhuǎn)斗式和固定斗式兩種容積形式（如圖2、圖3所示）。

從圖中，不難看出翻轉(zhuǎn)斗式手套箱通常由于開啟后可視區(qū)域較大，物件存取順暢便捷，但為了避免運動干涉容積相對較小。固定斗式手套箱為了使容積最大化，通常會設計得較深，開啟后的可視區(qū)域相對較小，取物時不如翻轉(zhuǎn)斗式手套箱方便。

圖2 翻轉(zhuǎn)斗式手套箱

圖3 固定斗式手套箱

4.3 造型美觀性

對于消費者來說，內(nèi)飾造型美觀、觸摸舒適是購買意向的決定因素之一。

手套箱關閉時的外形，是配合儀表板整體造型的顏色和分塊的，這也決定了手套箱與周邊零件的間隙與面差關系。同時很多手套箱門還會選擇表面噴漆甚至包覆上各類皮革。

對于手套箱來說，除了閉合態(tài)外觀，開啟狀態(tài)的次級可見區(qū)域也需兼顧。因此有些手套箱內(nèi)部還增加了植絨，以提升乘客的感觀。植絨的長度、面密度、光澤度等都會影響植絨的外觀效果。

4.4 振動靜音性

近年來，車輛內(nèi)部噪聲的高低已經(jīng)成為消費者評價車輛整體質(zhì)量的重要“可聽性”指標。同時，駕駛和乘坐過程中所受到的振動和沖擊也備受關注，它們是舒適性的體現(xiàn)之一。[13]

內(nèi)飾件的“噪音-振動-沖擊”（Noise Vibration Shock，NVH）分析可確定組件結構自然頻率進行預測與評估[14]。對手套箱而言，自身結構剛度優(yōu)化、橡膠緩沖釘?shù)挠捕群蛪嚎s量都會影響NVH的性能結果。

4.5 多樣化功能

隨著用戶需求的不斷提高，更多人性化的功能也融合在手套箱的設計中。很多手套箱內(nèi)部布置了照明燈，以便乘員取放物品。因此照明系統(tǒng)的可靠性需要配合手套箱整體的可靠性進行考核。某些手套箱還具備保溫功能，其原理是將手套箱內(nèi)腔與空調(diào)風道接通，并且開閉可控。這種保溫設計對手套箱的氣密性、開關操作力等都提出了更高的要求。有些手套箱還配有筆夾、硬幣槽、卡片夾、隔斷等，從細節(jié)來豐富手套箱的功能。

5 結論與展望

基于汽車行業(yè)多方標準體系的深入研究并結合廣泛的項目開發(fā)經(jīng)驗，本文對汽車手套箱的性能要求和設計要點進行了系統(tǒng)的歸納與概述。從終端用戶的體驗出發(fā)，結合豐富的項目開發(fā)經(jīng)驗，從安全性、可靠性及舒適性三個方面詳細闡述了評估手套箱設計的性能指標要求。

隨著科學技術的進步以及新材料新技術的應用，手套箱的功能外觀等也會隨著內(nèi)飾整體概念的提升而不斷提升。在功能上會集成更多功能、更易操作、更加智能的啟閉，在外觀上，更加人性化、配合氛圍燈、智能表面及環(huán)保材料的應用而更加美觀多樣。對于這些新功能新外觀的性能評價指標也需要不斷的與時俱進，從而推動內(nèi)飾設計的不斷進步。