車輛扶手箱的一體化設(shè)計(jì)

劉彪杰，司云飛，王思思，楊虹，蔣露

(1.成都師范學(xué)院，四川成都 610000；2.成都汽車產(chǎn)業(yè)研究院，四川成都 610000)

0 引言

扶手箱主要的作用是在長時(shí)間駕駛過程中,能夠有效地緩解駕駛員胳膊部位的疲勞, 使駕駛員在長時(shí)間駕駛汽車時(shí)胳膊部位不至于麻木、僵硬、酸痛[1]。根據(jù)客戶的喜好和不斷提出的需求,生產(chǎn)出了各種材質(zhì)的扶手箱。簡單地說,扶手箱已經(jīng)從原來的形式有了大的飛躍式發(fā)展，例如現(xiàn)在的扶手箱有儲存物品、手機(jī)充電、配置音響等功能,消費(fèi)者可以根據(jù)個人的喜好和車的配置選取相應(yīng)的扶手箱。

現(xiàn)有手扶箱主要從儲物空間、茶杯保溫、車載加濕器、增高墊、控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，功能上雖有一定改良，但仍難以滿足客戶群多層次、個性化等方面的需求。針對上述問題，提出手扶箱一體化設(shè)計(jì)理念，結(jié)合客戶群駕乘體驗(yàn)，集成并優(yōu)化手扶箱的功能模塊。目前3D設(shè)計(jì)圖已完成，該多功能復(fù)合式扶手箱保留并優(yōu)化傳統(tǒng)扶手箱的空調(diào)送風(fēng)口、儲物箱等，同時(shí)還配備USB接口、點(diǎn)煙器、煙灰缸、電機(jī)控制的茶杯夾緊裝置、車艙溫度控制及改善空氣質(zhì)量總成。

1 針對存在問題提出解決方案

該多功能復(fù)合式扶手箱的概念模型保留了傳統(tǒng)扶手箱的空調(diào)送風(fēng)口及儲物箱，多出了后排USB接口、點(diǎn)煙功能(含煙灰缸)、茶杯及其夾緊裝置。對于儲物箱而言，車主可根據(jù)個人意愿發(fā)揮其使用功能。對傳統(tǒng)扶手箱的改造目的是為了向車主提供更多的服務(wù)，優(yōu)化其使用性能，這樣的多功能復(fù)合式扶手箱在一定程度上能夠帶給車主優(yōu)越的使用感，這便是人性化的設(shè)計(jì)。

1.1 建立模型

使用SolidWorks 3D設(shè)計(jì)軟件中的3D實(shí)體建模功能，加快設(shè)計(jì)速度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率[2]。SolidWorks 3D實(shí)體建模功能可以通過自動跟蹤和執(zhí)行更新的關(guān)聯(lián)性，保持所有3D模型、2D工程圖以及其他設(shè)計(jì)和制造文件的同步；通過控制關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，快速創(chuàng)建設(shè)計(jì)變型；只需單機(jī)并拖動模型幾何體即可直接編輯模型；為多功能復(fù)合式扶手箱的問世提供了良好的初步條件。

1.2 外觀

基本由電機(jī)控制開關(guān)、茶杯孔及夾緊裝置、煙灰缸、點(diǎn)煙器、儲物箱(可作為垃圾箱)、空調(diào)送風(fēng)口、USB接口等組成，如圖1所示。

1.3 傳動裝置

采用單排行星輪作為傳動機(jī)構(gòu)[3]，具體如下：太陽輪由伺服電機(jī)驅(qū)動，通過控制開關(guān)決定太陽輪的正反裝，為了便于加工及安裝，齒輪傳動的行星架采用分段式設(shè)計(jì)，行星架底座通過螺釘與扶手箱外殼固定，行星架上部通過楔槽與行星架底部連接，確保行星架整體固定不動，行星架上端為定位夾緊塊而分置3個導(dǎo)向桿，如圖2所示。由單排行星機(jī)構(gòu)原理可知動力輸出由齒圈完成[4]，為了便于將動力傳遞至夾緊塊，齒圈面分置3個引導(dǎo)桿，如圖3所示。

圖2 行星架總成 圖3 齒圈與行星架總成

1.4 夾緊裝置總成

夾緊裝置由齒圈附屬驅(qū)動導(dǎo)桿、行星架附屬導(dǎo)桿、夾緊塊、套筒等4個部分組成。齒圈附屬驅(qū)動導(dǎo)桿與齒圈焊接成一體，行星架附屬導(dǎo)桿與行星架上結(jié)合部焊接成一體，行星架上結(jié)合部與行星架通過楔形孔槽連接成一體，夾緊塊內(nèi)緣采用硬質(zhì)橡膠，孔與齒圈附屬驅(qū)動桿配合，導(dǎo)槽與行星架附屬導(dǎo)桿配合，夾緊塊外緣由軟質(zhì)橡膠組成，以便于緩沖來自車輛或夾緊裝置附帶的沖擊，確保杯狀物處于安全位置。夾緊塊、夾緊裝置總成、夾緊裝置局部透視、一體化涉及局部透視分別如圖4—圖7所示。

圖4 夾緊塊 圖5 夾緊裝置總成

圖6 夾緊裝置局部透視圖

圖7 一體化設(shè)計(jì)局部透視圖

2 扶手箱一體化設(shè)計(jì)功能模塊

2.1 杯狀物夾緊裝置工作過程

茶杯夾緊過程裝置工作原理：觸發(fā)工作臺電機(jī)開關(guān)，電機(jī)驅(qū)動太陽輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于行星架及附屬導(dǎo)桿固定，齒圈及其附屬驅(qū)動桿帶動夾緊塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)[5]，夾緊塊一端導(dǎo)槽與行星架附屬導(dǎo)桿套合。隨電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，夾緊塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)直至放入杯狀物夾緊。圖8呈現(xiàn)夾緊過程中夾緊裝置3種不同的工作狀態(tài)。

圖8 夾緊過程中夾緊裝置的工作狀態(tài)

茶杯松開過程裝置工作原理：反向觸發(fā)工作臺電機(jī)開關(guān)，電機(jī)驅(qū)動太陽輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于行星架及附屬導(dǎo)桿固定，齒圈及其附屬驅(qū)動桿帶動夾緊塊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)[6]，夾緊塊一端導(dǎo)槽與行星架附屬導(dǎo)桿套合。隨電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，夾緊塊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)直至處于松弛狀態(tài)。圖9呈現(xiàn)出松開過程中夾緊裝置的3種不同的工作狀態(tài)。

圖9 松開過程中夾緊裝置的3種工作狀態(tài)

2.2 空調(diào)出風(fēng)口及USB接口優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化后的空調(diào)出風(fēng)口及USB接口如圖10所示。空調(diào)出風(fēng)口分上下兩部分，客戶可根據(jù)自身意愿選擇進(jìn)出風(fēng)口，避免送風(fēng)固定化，引起不同年齡段乘客出現(xiàn)不舒適的感覺，滿足差異化需求。上端送風(fēng)口針對膝蓋以上部位送風(fēng)，下端送風(fēng)口針對膝蓋以下及腳踝處送風(fēng)。上下送風(fēng)口間隔處配置兩個USB接口，以便于后排乘客乘車時(shí)給手機(jī)及平板等便攜式設(shè)備充電。

圖10 優(yōu)化后示意

2.3 車艙溫度控制總成

車艙溫度控制總成主要用于夏季行車、停車，冬季行車等特殊情況下，通過車艙溫度傳感器采集信息[7]，觸發(fā)電機(jī)啟停，配合空調(diào)控制艙內(nèi)溫度和提升車艙空氣質(zhì)量。傳統(tǒng)車在夏季停車時(shí)，由于外界溫度高、紫外線強(qiáng)，致使密閉車艙內(nèi)溫度偏高，加之內(nèi)部裝飾散發(fā)氣味，給乘客及駕駛員帶來困擾，輕則忍受座椅溫度高、承受難聞氣味，重則耽擱時(shí)間等待艙內(nèi)空調(diào)工作，慢慢降溫。冬季行車時(shí)空調(diào)運(yùn)行會造成車艙內(nèi)外溫差大，前擋風(fēng)玻璃處容易起霧，影響駕駛員視野；車艙內(nèi)空氣悶濁，乘員容易犯困，駕駛員或乘客甚至需要打開車窗增加空氣對流。為了更好地解決上述問題，可在車艙頂部加裝太陽能電池板，沿B柱布線，光強(qiáng)時(shí)可將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存于蓄電池[8]，此蓄電池能源欠壓時(shí)可由發(fā)動機(jī)提供。以車輛手扶箱杯托為端口，內(nèi)置車艙溫度傳感器，手扶箱側(cè)面加裝壓縮風(fēng)機(jī)，下端接空氣流道，空氣流道與改良排氣管并行，在車尾處設(shè)置渦輪裝置，利用廢氣帶動流道內(nèi)空氣循環(huán)，配合手扶箱內(nèi)主風(fēng)機(jī)，共同提升車艙內(nèi)空氣質(zhì)量、控制艙內(nèi)溫度，提升駕乘體驗(yàn)。車艙溫度控制總成如圖11所示。

圖11 車艙溫度控制總成

3 結(jié)束語

手扶箱的一體化設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化操作空間，滿足后排乘客在空調(diào)、USB等方面的差異化需求。除儲物及支撐等常規(guī)功能外，杯托夾緊裝置、點(diǎn)煙器及煙灰缸的設(shè)置在一定程度上能提升客戶群駕乘體驗(yàn)。車艙溫度與空氣質(zhì)量控制模塊能進(jìn)一步提升冬夏兩季行車停車的駕駛體驗(yàn)，改善艙內(nèi)空氣質(zhì)量和適當(dāng)降低車內(nèi)溫度。對傳統(tǒng)扶手箱的改造目的是為了向車主提供更多的服務(wù)，優(yōu)化扶手箱使用性能，多功能復(fù)合式扶手箱在一定程度上能帶給車主優(yōu)越的使用感。