一種適用于汽車副駕駛的折疊桌板設計與仿真分析

張然 李嘉文 姜淑鳳 柯寅峰　勾甫函

摘 要：為了提高車載折疊小桌板的安全性、穩定性以及承載力，根據市場在售車載折疊小桌板的結構與優劣勢的分析，開展了結合人體工程學進行坐姿高度的舒適性實驗，根據實驗結論設計了一款適用于汽車副駕駛的折疊桌板類車載內飾產品，并利用ANSYS仿真軟件對該桌板進行受力形變仿真分析，得出該結構承重力范圍與穩固性能的優化設計。

關鍵詞：副駕駛折疊桌板 結構設計 受力分析 汽車內飾設計

隨著汽車行業的快速發展，車內辦公使用電子產品逐漸成為常態，車輛駕駛室正逐漸演變成用戶的“移動之家”[1]。為了使車載折疊小桌板達到安全性、舒適性地目的，基于力學的仿真分析，充分考慮人機工程學的相關數據進行結構改進[2]，設計整體式折疊結構，結構穩固，操作簡單，使用方便，安全性能高。

1 現有車載折疊桌板對比分析與創新結構設計

我國作為世界主要汽車銷售國，內飾需求量大，折疊桌板是內飾之一，其實用性和美觀性也越來越受到人們的關注。

1.1 問題分析

國內外現有的車載折疊小桌板只適用于后排乘客，結構多為鉤掛式，受力不均容易在行車過程中導致物品掉落甚至桌面斷裂等現象。針對市場在售產品的調研以及用戶問卷調查，挖掘出存在的一些缺陷：普遍存在折疊結構不穩定、承載力不足、使用面積小、有明顯的安全隱患[3-4]。

1.2 人機工程學方法的結構優勢分析

人體尺寸是研究人機工程學的重要因素。人體尺寸并不是某個確定數值，而是分布在一定范圍內[5]。在對車內桌椅進行尺寸的設計時，設計人員希望能夠符合更多人的需求，因此考慮人群平均尺寸確定其車載桌板的平均尺寸范圍[6]。本文通過對100名被測者進行膝蓋與桌面高度的舒適性實驗分析，如圖1給出舒適性的高度區間。

查閱相關文獻數據采樣結果得出如下參數：男性的舒適高度區間為[650mm，720mm]，女性的舒適高度區間為[647mm，698mm]，取其交叉數據得出此車載折疊桌板的舒適性區間為[640mm，720mm] [7-8]。因此，可調節高度為80mm。

1.3 改進的車載折疊小桌板基本結構設計

桌板為乘員提供就餐、工作以及娛樂的平臺，因此需要承載餐食器具（210mm×150mm）、15.6in筆記本電腦（380mm×220mm）以及12.9in平板電腦（305.7mm×220.6mm）等物品。故本產品的長度約為365mm，寬為240mm，桌板厚度為15mm。

裝有食物的器具和一瓶礦泉水重約2.5kg，15.6in的筆記本電腦重約4kg，12.9in平板電腦重約0.6kg，根據其功能，確定其承載重量為8kg。

根據桌板位置以及固定形式，如圖2所示。桌板采用雙層折疊形式，含有桌板上面板、隱藏式鉸鏈、桌板下面板、自鎖折疊機構、伸縮支架，桌板采用壓鑄鋁合金，密度為2.7～2.84g/cm3，重量約為3.3kg。可調整隱藏鉸鏈、可折疊支架等結構使用低碳鋼材料。自鎖折疊支架厚度約2.4mm，承重約10～20kg，可滿足日常物品的放置需求。

2 功能介紹以及受力形變分析

本設計是汽車內飾產品，此產品包括桌板、折疊結構和伸縮結構等三部分組成。

2.1 車載折疊小桌板應用功能介紹

桌板設置在中控臺右側，不會影響安全氣囊的正常彈出，采用側邊固定的方式與中控臺連接，在使用過程中可通過自鎖折疊機構實現快速折疊，自鎖折疊機構將桌板與伸縮結構連接，伸縮部件通過縮進旋鈕轉動鎖緊滑道，構成了三角型結構，保證了桌板在行車過程中的穩固。使用時通過按動自鎖折疊結構將小桌板展開。在使用過程中受力面分散，大大減少了桌面斷裂以及物品滑落的現象。桌板本體使用隱藏式鉸鏈使桌面展開后在同一平面，避免了桌面落差帶來的使用不便。

2.2 車載折疊小桌板受力形變分析

首先將產品建模，模型簡化后導入ANSYS workbench中，材料為壓鑄鋁合金，密度2.80g/cm3，泊松比是0.38，楊氏模量是81.3GPa，網格劃分1毫米。受力位置在整個桌面（均勻受力）。桌板受力范圍為F=10N（約等于一包牛奶的重量）到F=100N（約等于半桶20升的桶裝水）的最大變形量（單位：mm），如表1所示，變形情況如圖3所示。

通過受力形變狀況分析得出，如圖4所示，當桌面受力F<4148.6N時，桌板處于安全狀態。當桌面受力F>4148.6N時，桌面斷裂，達到危險狀態。因此，此桌板在日常使用狀態下安全。

3 結語

為了解決現有車載小桌板承重力不強，不適用副駕駛等諸多問題，設計了適用于汽車副駕駛折疊小桌板。本設計通過人機工程學分析并對其結構進行改良，減少了受力面積不均，解決了行駛過程中使用的安全性等問題，并利用ANSYS仿真軟件進行受力變形分析，驗證其結構的合理性。這是一款新型的汽車副駕駛折疊小桌板，承重力強，結構穩固，是良好的輔助工作休閑的小物件。

基金：2021年大學生創新創業訓練計劃項目（202110232015）;黑龍江省省屬本科高校基本科研業務費科研創新團隊項目（135409102）;齊齊哈爾大學學位與研究生教育教學改革研究項目（JGXM_QUG_2020010）。

參考文獻：

[1]張臻，王海波，孫崇嶺等. 基于人機工程學的商用車桌板設計及應用[A]. 中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）.2020中國汽車工程學會年會論文集（7）[C].中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）：中國汽車工程學會，2020：4.

[2] 李維立，曹祥哲. 人機工程學[M].人民郵電出版社：， 201703.159.

[3] 張高美.人機工程學在辦公桌椅設計中的應用[J].藝術與設計（理論），2012，2（04）：142-143.

[4] 伍賽特.人機工程學在汽車設計過程中的應用及展望[J].汽車零部件，2019（10）：89-91.

[5] 左斌，王佩璋.多角度調節功能的電腦桌設計[J].輕工科技，2020，36（06）：119-120+143.

[6] 木易.現代載貨汽車駕駛室人性化內飾結構[J].汽車與配件，2005（48）：36-38.[4] 于彥鳳，王帥.基于人因工程學的工程車輛駕駛室舒適性研究[J].大眾標準化，2019（13）：33+35.

[7] 倪曉文.汽車內飾造型的設計要素[J].汽車工程師，2011（09）：17-20.

[8] 梁依山.人體坐姿布置在車身開發中的應用[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2009，32（S1）：3033.