重型商用車EPP 材料臥鋪設計

夏 攀

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

隨著科技的發展，新材料及新成型技術的不斷進步，人們對汽車提出了質量輕巧、安全、環保、美觀等一系列高標準要求，低成本、輕量化已成為汽車工業設計的主流導向[1]，整車的輕量化可降低汽車的運輸成本，要求汽車以最少的燃油消耗，完成盡量多的運輸量[2]。

現有的商用車臥鋪多為鈑金材料或塑料件擋板加金屬件支撐，這些材料使得臥鋪重量重，同時，在裝配過程中需耗費大量的人力。而EPP 作為質輕又能承重的材料，在臥鋪的使用中凸顯其優勢，EPP 是發泡聚丙烯的縮寫（Expanded polypropylene），是一種新型的泡沫塑料的簡稱，EPP 以其獨特而優越的性能成為目前增長最快的環保新型材料。

1 EPP 材料的性能

EPP 制品具有十分優異的抗震吸能性能、形變后回復率高、很好的耐熱性、耐化學品性、耐油性、不吸水、絕緣、耐熱和隔熱性，最為關鍵的是其質量輕，可大幅度減輕物品的重量。同時，EPP 也是一種綠色環保材料，可回收再利用，不會造成白色污染，是真正的環境友好型泡沫塑料，用 EPP 珠粒在成型機的模具中可模塑成各種不同形狀的 EPP 制品。

2 EPP 目前產品應用領域

包裝行業：如計算機、液晶玻璃、陶瓷、工藝品、各種家用電器等，以免在運輸過程中遭受損傷及破壞。

汽車行業：如汽車保險杠、汽車側面防震芯、汽車車門防震芯、高級安全汽車座椅、工具箱、后備箱、扶手、底墊板、遮陽板、儀表盤等。據統計數據反映：目前每輛汽車平均用塑料100～130Kg，其中應用 EPP 塑料約 4～6Kg。（圖1為EPP 在汽車上的應用）

圖1 EPP 在汽車上的應用

物流運輸行業：如 EPP 保護隔材、EPP 棧板、EPP 周轉箱等。

玩具模型及體育用品：如飛機模型、沖浪板、運動墊等。

3 EPP 材料臥鋪的設計

3.1 材料技術參數的選擇

EPP 材料的品種繁多，要快速準確選擇合適的材料品種，可以通過對標的方式進行縮小范圍的選擇，EPP 為發泡材料，首選的參數是其密度，通過對標，我們可選定90 密度的EPP材料。

3.2 臥鋪設計

3.2.1 料厚選擇

在現鈑金件基礎上進行 EPP 材料臥鋪設計，首先，所有的邊界范圍需保持與現有外邊界范圍一致，為確保臥鋪強度，EPP 的料厚選擇至關重要，通過產品對標，將臥鋪基本料厚設定為 30mm，局部加強為 35-40mm。

3.2.2 蓋板開啟型式的設計

臥鋪蓋板的打開型式：鉸鏈式（圖2 所示）和非鉸鏈式（圖3 所示）

鉸鏈式蓋板設計中需注意：鉸鏈安裝部位需增加強度設計，安裝鉸鏈處蓋板與箱體的間隙需滿足蓋板能順利打開的要求（即對蓋板的運動進行空間校核），強度設計可用局部增加料厚的方式。

圖2 鉸鏈式結構蓋板

圖3 非鉸鏈式結構蓋板

非鉸鏈式相比鉸鏈式的結構簡單，但是非鉸鏈式需處理好蓋板與箱體的搭接配合，通過良好的間隙配合，確保蓋板在駕駛室行駛過程中無異響，在翻轉過程中不脫落。

3.2.3 固定點結構的設計

因 EPP 為發泡材料，需預埋塑料嵌件（圖4 所示），以確保固定點強度及牢靠性。

圖4 固定點結構型式

3.2.4 其余功能件的增加

臥鋪不只是個單獨的箱體，為提高商用車的舒適性，臥鋪還集成了駕駛室很多零部件的功能，例如：逆變電源插座、獨立暖風出風口、臥鋪燈（開關）等等，這會對臥鋪的結構設計產生一定的影響。因為EPP 材料比較厚，要集成上述功能，可通過預埋鈑金件或者塑料件的方式實現。鈑金件成本低易體現，但自重大，塑料件成本高但自重輕。需綜合考慮功能件的安裝方式，有強度和拔插力要求建議用鈑金件，搭接配合的建議用塑料件。

3.2.5 臥鋪蓋板限位結構設計

為避免臥鋪墊的跑偏，可在臥鋪蓋板與臥鋪墊之間增加粘接扣或者在蓋板進行翻邊限位。（圖5 所示）：

圖5 臥鋪蓋板限位結構

3.2.6 皮紋的選擇

隨著汽車工業的發展，車身的色彩皮紋等內容越來越受到人們的重視，現代汽車內飾除了保證其基本功用外，還盡量滿足人們對它越來越高的物質享受和精神追求[3]，而EPP材料在其產品外觀與普通塑料件一樣，可對表面皮紋進行處理，用以增加臥鋪的整體美觀性能（圖6 為EPP 材料的表面皮紋）。

圖6 EPP 材料表面皮紋

4 CAE 分析及設計

下臥鋪使用頻次高，其安全性、可靠性很重要。為確保設計性能滿足要求，采用加載75KG，重力加速度2g，也就是最大的受力為150kg 對下臥鋪進行 CAE 分析，受力點為蓋板中心位置（圖7 為CAE 分析結果）。

圖7 CAE 分析結果

5 試驗驗證

5.1 臺架試驗

CAE 分析只對臥鋪的強度進行了虛擬仿真分析，為確保實物的可靠性，可通過力的加載形式對臥鋪進行強度可靠性試驗，具體測試方法如下所示：

將臥鋪固定牢靠，分別在臥鋪左、中、右三塊蓋板上施加垂直向下1500N 作用力（力的中心點在臥鋪蓋板中心，圖8 所示），加載頻次 30 次/分鐘，加載面積280mm×185mm，反復循環 30000 次，試驗完成24 小時后，查看臥鋪蓋板、箱體是否有裂紋、變形等影響正常使用的缺陷。

圖8 試驗驗證

5.2 道路試驗

將臥鋪搭載至整車，進行 2 萬公里道路試驗，在其上放 75KG 沙袋，平鋪，試驗完成后，臥鋪無任何損壞即說明設計狀態良好。

6 結束語

EPP 做為一種新興的材料，在商用車臥鋪上的應用可以實現降低整車重量的目標，同時又可滿足商用車的使用工況要求。可參考乘用車EPP 材料在實車上的應用范圍，推廣到商用車的整車應用上，可以很大程度的節省了成本，降低車輛自重。所以EPP 材料以后會在商用車內飾的應用中日趨廣泛。