某儀表板手套箱鎖止失效的研究

霍長(zhǎng)宏，陳健，楊春光

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230022)

某儀表板手套箱鎖止失效的研究

霍長(zhǎng)宏，陳健，楊春光

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230022)

對(duì)某系列商用車按壓式儀表板手套箱鎖止失效問題進(jìn)行具體分析，并制定整改方案，理清了按壓式鎖止機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍。分析過程表明：受力狀況是影響按壓式手套箱鎖止功能的關(guān)鍵因素，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要重點(diǎn)注意。文中的分析過程和得出的最終結(jié)論，為商用車領(lǐng)域儀表板手套箱設(shè)計(jì)提供了參考。

儀表板手套箱;鎖止失效；按壓式；雙點(diǎn)鎖止

Abstract:The failure problem of a kind of commercial vehicle push type glove-box was analyzed and the solution was set out,the applied range of the push type locking-device was defined.The analysis process indicates that stress condition is the key factor affecting the function of the push type locking-device which should be pay great attention during structure design.The analysis process and the conclusion provide reference for commercial vehicle push type glove-box design.

Keywords:Instrument panel glove-box;Locking failure;Push type;Two point lockup

0 引言

儀表板系統(tǒng)是整車內(nèi)飾中最重要的系統(tǒng)，是集功能性、安全性、舒適性和裝飾性于一身的部件，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接決定著整車內(nèi)飾的品質(zhì)。儲(chǔ)物設(shè)計(jì)是儀表板設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容，也是內(nèi)飾設(shè)計(jì)中最重要的課題之一。物品的多樣性、儲(chǔ)物空間的美觀舒適性以及儲(chǔ)物功能件的安全性，都越來越成為人們不斷追求的目標(biāo)，這對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求[1]。手套箱是儀表板系統(tǒng)中具有儲(chǔ)物功能的主要零件之一，也是儀表板中與人聯(lián)系最緊密的部件之一。 手套箱通常置于副駕駛的膝部前方，對(duì)汽車內(nèi)飾的整體感官效果至關(guān)重要[2]。其功能實(shí)現(xiàn)更是設(shè)計(jì)成功與否的第一要素。

文中從實(shí)際車型設(shè)計(jì)出發(fā)，詳細(xì)歸納總結(jié)了某商用車儀表板手套箱的失效現(xiàn)象、整改過程，最終形成解決問題的方案?；谏钊氲睦碚撗芯坎⒔Y(jié)合市場(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)商用車領(lǐng)域儀表板大型手套箱設(shè)計(jì)有較高的指導(dǎo)作用。

1 失效問題的出現(xiàn)

某公司某高端商用車小批量試裝車輛在道路試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)乘員側(cè)手套箱在行駛過程中自動(dòng)彈開等故障，手套箱鎖止功能失效 (見圖1)。

作者隨機(jī)抽取同批試裝車輛5臺(tái)套進(jìn)行同等工況可靠性道路試驗(yàn)，5臺(tái)車輛的乘員側(cè)手套箱均出現(xiàn)行進(jìn)過程中的盒蓋自動(dòng)彈開故障，拆解分析發(fā)現(xiàn)鎖鉤無(wú)損壞，鎖機(jī)構(gòu)失效。

2 手套箱設(shè)計(jì)可靠性要求

(1)耐久性試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：

①測(cè)試必須在相同的系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行；

②測(cè)試要在開關(guān)10次/min的情況下進(jìn)行3 000次，測(cè)試后沒有變形、鎖止失效。

(2)耐疲勞試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：

①在正常溫度(-40±2)℃和條件下試驗(yàn)后樣件無(wú)變化；

②振動(dòng)條件：振幅2～2.5 mm,振動(dòng)加速度3.5g,時(shí)間24 h。

要求試驗(yàn)后，雜物盒無(wú)明顯變形，功能正常[3]。

(3)強(qiáng)化路路試試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：

滿足可靠性3×104km強(qiáng)化路試驗(yàn)無(wú)鎖止失效問題[4]。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

商用車儀表板手套箱按其打開方向可分為上翻式手套箱和下翻式手套箱。相比傳統(tǒng)的下翻式手套箱，上翻式手套箱具有造型新穎、打開視野好和使用方便的特點(diǎn)，近年來尤為受商用車車企青睞，在其高端品牌商用車上使用(圖2)。如圖1所示，某系列商用車車型手套箱即為典型的上翻式手套箱結(jié)構(gòu)，由本體1、箱蓋2、緩沖墊3、鎖扣4、彈簧鉸鏈總成5、鉸鏈銷6、緊固件7、鎖鉤8組成(圖3)。使用盒蓋上鎖鉤與手套箱本體上的迷宮鎖扣機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)按壓鎖止(圖4)，使用鉸鏈和彈簧實(shí)現(xiàn)盒蓋翻轉(zhuǎn)打開。

考慮到商用車用戶的使用要求，一般設(shè)置手套箱以儲(chǔ)物最大化為原則，其X、Y、Z三方向尺寸均比較大，從而導(dǎo)致盒蓋自身質(zhì)量較大。此車型手套箱盒蓋質(zhì)量即達(dá)到0.542 kg。

4 問題分析及解決

4.1 問題分析

4.1.1 實(shí)際檢測(cè)

首先，對(duì)鎖止失效問題產(chǎn)生的原因從制造角度進(jìn)行分析。依次對(duì)本體、箱蓋、緩沖墊、鎖扣、彈簧鉸鏈總成、鉸鏈銷和鎖鉤進(jìn)行尺寸核查，結(jié)果制造誤差在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)；并對(duì)手套箱總成進(jìn)行檢具檢測(cè)，亦滿足總成檢具要求。

故制造和裝配誤差不是鎖止失效問題產(chǎn)生的主要原因。

4.1.2 理論校核

分析手套箱盒蓋的受力狀況，打開狀態(tài)下，盒蓋承受自身重力、彈簧力；關(guān)閉狀態(tài)除重力和彈簧力外，還有緩沖墊彈力、鎖扣鎖止力；如需開啟盒蓋，還需增加開啟操作力。

(1)靜止?fàn)顟B(tài)下(圖5)，為保證盒蓋正常開啟時(shí)能都在頂端停留，則T彈簧>TG

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·g·LG

其中：m=0.542 kg，彈簧力臂L彈簧=24 mm，重力力臂LG=91.15 mm，代入得

F彈簧≥20.58 N

此處如繼續(xù)增大手套箱大小，彈簧力將進(jìn)一步增大。

(2)開啟操作力校核(圖6)

為保證Push結(jié)構(gòu)開啟手感，一般要求開啟操作力在15～25 N為宜。按受力狀態(tài)分析

T操作力>T彈簧+TBUMPER-TG-T鎖扣

T操作力=F操作力·L操作力

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T鎖扣=F鎖扣·L鎖扣

其中:m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F(xiàn)彈簧=21 N,L彈簧=24 mm，LG=91.15 mm，F(xiàn)BUMPER= 30 N,LBUMPER=198.2 mm，F(xiàn)鎖扣=8 N,L鎖扣=190.7 mm，代入得

F操作力≥37.22 N

與要求操作力相比，校核得出的操作力偏大，易造成開啟手感不佳問題，影響操作舒適性。

(3)關(guān)閉狀態(tài)整車向下加速度3g校核

由于商用車使用工況復(fù)雜，經(jīng)常在壞路山路等路面上行駛，偏硬的懸架系統(tǒng)也會(huì)帶來較大的駕駛室振動(dòng)加速度，此處以3g加速度進(jìn)行手套箱受力校核。

當(dāng)整車受到向下3g加速度時(shí)，

T鎖扣+TG

T操作力=F操作力·L操作力

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·4g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T鎖扣=F鎖扣·L鎖扣

其中：m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F(xiàn)彈簧=21 N,L彈簧=24 mm，LG=91.15 mm，F(xiàn)BUMPER=30 N,LBUMPER=198.2 mm，F(xiàn)鎖扣=8 N,L鎖扣=190.7 mm。代入得出T彈簧+TBUMPER遠(yuǎn)大于T鎖扣+TG，故鎖扣無(wú)法沿著Push方向運(yùn)動(dòng)，向上3g加速度時(shí)鎖扣脫開風(fēng)險(xiǎn)較小。

(4)關(guān)閉狀態(tài)整車向上加速度3g校核

當(dāng)整車受到向上3g加速度時(shí)

T鎖扣>T彈簧+TBUMPER+TG

T操作力=F操作力·L操作力

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·2g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T鎖扣=F鎖扣·L鎖扣

其中：m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F(xiàn)彈簧=21 N,L彈簧=24 mm，LG=91.15 mm，F(xiàn)BUMPER=30 N,LBUMPER=198.2 mm,L鎖扣=190.7 mm。

代入得

F鎖扣>39.9 N

表1為鎖扣廠家給出的鎖扣技術(shù)要求。

表1 鎖扣技術(shù)參數(shù)

其中鎖扣能承受的最大濫用力為40 N，故此時(shí)需減小彈簧力大小，以保證鎖扣不脫開。但彈簧力目前按保證盒蓋正常開啟時(shí)能在頂端停留的最小值計(jì)算，沒有進(jìn)一步減小的空間。此處如繼續(xù)增加手套箱大小，鎖扣所承受的反向作用力還會(huì)進(jìn)一步增大，鎖止失效將更加頻繁。

由此來說，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)構(gòu)中使用的迷宮結(jié)構(gòu)鎖止更適用于小型手套箱和工況比較好(振動(dòng)加速度較小)的乘用車，而因?yàn)樯逃密囀痔紫浯笮突蜕逃密嚨妆P懸架偏硬、振動(dòng)加劇的特征，迷宮鎖不能滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

4.2 解決方案

鑒于上述分析，作者得出了以下結(jié)論：商用車大型上翻式手套箱應(yīng)避免使用按壓式手套箱結(jié)構(gòu)，從受力上看，應(yīng)盡量選擇解鎖方向與車輛所受上下加速度方向呈大角度的方案，重新設(shè)計(jì)新的鎖止結(jié)構(gòu)。那么解決問題的方法眾多，查看現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)，分析鎖結(jié)構(gòu)在此系列商用車雜物盒上布置的可行性。 以下給出一種雙點(diǎn)鎖止方案的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

該結(jié)構(gòu)通過齒輪齒條實(shí)現(xiàn)雜物盒兩端鎖止(圖8)，解鎖方向與車輛所受上下加速度方向呈垂直設(shè)置，進(jìn)而將振動(dòng)工況對(duì)手套箱功能實(shí)現(xiàn)的影響降至最低。

5 總結(jié)

根據(jù)最終方案迅速啟動(dòng)重新開發(fā)鎖機(jī)構(gòu)，完成后進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，未發(fā)生鎖止失效問題，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確認(rèn)方案有效。將此結(jié)構(gòu)應(yīng)用于該品牌全系列車型，均無(wú)同類問題再現(xiàn)。

通過此次分析和整改方案的制定，識(shí)別了按壓結(jié)構(gòu)手套箱的受力校核方法，從而明確其使用范圍，并給出大型上翻式手套箱推薦鎖止機(jī)構(gòu)，給商用車大型上翻式手套箱的設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

【1】 朱瑤杰,王建.乘用車手套箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)剖析[J].輕型汽車技術(shù)，2002(9):24-27.

【2】 普春杰.乘用車內(nèi)飾的色彩設(shè)計(jì)基本原則[J].客車技術(shù)與研究，2007(4)：31-33.

【3】 張志軍.汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)概論[M].北京:人民交通出版社,2008.

【4】 曹渡.汽車內(nèi)外飾設(shè)計(jì)與實(shí)戰(zhàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

ResearchonLockingFailureofaKindofInstrumentPanelGlove-box

HUO Changhong,CHEN Jian,YANG Chunguang

(Technical Center,Auhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230022,China)

2014-09-22

霍長(zhǎng)宏(1981—)，女，本科，工程師，現(xiàn)從事汽車內(nèi)外飾設(shè)計(jì)工作。E-mail：huo_changhong@126.com。