汽車手套箱技術(shù)方案選擇策略

程世奇 孔君麗 秦穎 周淑淵 吳堅(jiān)

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司）

手套箱是儀表板重要的功能組件[1]，也是儀表板開(kāi)發(fā)過(guò)程中耗時(shí)最多的零件。傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程是設(shè)計(jì)者先做斷面布置，不斷完善3D數(shù)據(jù)，開(kāi)軟模小批量生產(chǎn)驗(yàn)證手套箱功能（包含手套箱自身的疲勞耐久、振動(dòng)異響及操作力等，以及手套箱在整車耐久、碰撞等試驗(yàn)中的表現(xiàn)）通過(guò)后，再開(kāi)產(chǎn)品模具并做部分關(guān)鍵試驗(yàn)驗(yàn)證，最后進(jìn)行量產(chǎn)和整車上市，總開(kāi)發(fā)過(guò)程歷時(shí)約3年。當(dāng)今國(guó)內(nèi)的汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，因此，如何精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程并保證設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性對(duì)企業(yè)的生存發(fā)展至關(guān)重要。文章主要研究了某公司開(kāi)發(fā)過(guò)的及拆車對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)里的所有車型，與專家一起討論制定了手套箱開(kāi)發(fā)策略，并在即將上市的車型上進(jìn)行了驗(yàn)證，確認(rèn)滿足子系統(tǒng)所有性能要求，并且節(jié)省了2年的開(kāi)發(fā)時(shí)間和軟模費(fèi)用。

1 手套箱各子零件工程方案

文章主要研究手套箱每個(gè)子零件的工程設(shè)計(jì)方案。手套箱的主要子零件[2]，如圖1所示。

1.1 手套箱框

手套箱框可以單獨(dú)設(shè)計(jì)，也可以與儀表板骨架集成在一起設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 汽車手套箱框設(shè)計(jì)示意圖

手套箱框單獨(dú)設(shè)計(jì)自由度較高，不用考慮儀表板骨架的整體出模方向，可以最大化地利用空間，增加手套箱的體積；安裝形式也更靈活，可以把框和內(nèi)外門裝配成小總成，再與本體裝配到一起。但是手套箱框獨(dú)立式的零件質(zhì)量比集成式略重，因?yàn)楠?dú)立式設(shè)計(jì)需要考慮零件的安裝和定位，單件成本也更高一點(diǎn)。手套箱框是否需要集成到儀表板骨架上需要綜合考慮儲(chǔ)物空間、零件成本及整車質(zhì)量等因素。

1.2 手套箱斗

汽車手套箱內(nèi)斗的設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 汽車手套箱斗設(shè)計(jì)示意圖

目前主流的家用轎車采用隨動(dòng)式內(nèi)斗，內(nèi)斗通過(guò)注塑成型與外門焊接起來(lái)，如圖3a所示。這種設(shè)計(jì)取物方便，開(kāi)鎖之后儲(chǔ)物盒跟著門運(yùn)動(dòng)，外觀漂亮，容易匹配。還有一種是固定式內(nèi)斗，如圖3b所示。它是將內(nèi)斗安裝在手套箱框上，用螺釘與儀表板裝配在一起，這種設(shè)計(jì)能夠提供較大的空間，但不太方便用戶拿取存儲(chǔ)較深的物品，且斗內(nèi)光線受影響，建議配合手套箱燈使用，但成本會(huì)相應(yīng)增加，因此，手套箱是否選用固定式內(nèi)斗要綜合考慮儲(chǔ)物空間和成本的因素。

1.3 手套箱鎖總成

手套箱的鎖總成是非常關(guān)鍵的零件，涉及到整車碰撞過(guò)程中手套箱是否會(huì)主動(dòng)打開(kāi)，對(duì)乘客造成意外傷害，也是影響手套箱耐久試驗(yàn)的重要零件；另外，手套箱鎖的打開(kāi)力、過(guò)程力及順滑程度都是影響客戶感知質(zhì)量的指標(biāo)，手套箱鎖也是整個(gè)手套箱是否產(chǎn)生異響的關(guān)鍵因素。一般手套箱鎖分為單點(diǎn)鎖和雙點(diǎn)鎖2種，如圖4所示。

圖4 汽車手套箱鎖總成示意圖

單點(diǎn)鎖是指依靠把手上的卡爪結(jié)構(gòu)卡住鎖扣，實(shí)現(xiàn)手套箱的鎖止與打開(kāi)。此種把手一般布置在手套箱門上端的正中央，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格較低，但由于手套箱門上邊緣只有1個(gè)鎖止點(diǎn)，不容易控制門的間隙和平齊，且由于單點(diǎn)鎖結(jié)構(gòu)較厚，可能會(huì)在內(nèi)門上形成較大突起，影響產(chǎn)品的外觀。

雙點(diǎn)鎖3C結(jié)構(gòu)是指在手套箱門的內(nèi)部?jī)蓚?cè)都布置了可橫向運(yùn)動(dòng)的卡舌，箱體上則布置有銷孔。此種結(jié)構(gòu)由于兩邊都設(shè)有卡舌從而有利于手套箱門與周邊儀表板零件的平整度與間隙配合，另外由于兩側(cè)都有固定裝置，因此扣手或者按鈕經(jīng)常布置在靠近駕駛員一側(cè)，這樣也更加方便駕駛員使用手套箱。除了鎖舌區(qū)別以外，手套箱開(kāi)關(guān)也分為扣手式和按壓式，扣手式又分為上開(kāi)式、下開(kāi)式及側(cè)開(kāi)式。

由于手套箱鎖非常重要，在做整體方案時(shí)考慮了各種車型需要配置的鎖總成，把單點(diǎn)鎖總成（除了影響外觀的扣手零件外）做成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件；扣手式雙點(diǎn)鎖總成做成上開(kāi)式、下開(kāi)式及側(cè)開(kāi)式的3種標(biāo)準(zhǔn)件；按壓式雙點(diǎn)鎖總成做成另一種形式的標(biāo)準(zhǔn)件。外觀設(shè)計(jì)工程師可用這5種不同的標(biāo)準(zhǔn)件與想要的扣手外觀做數(shù)據(jù)整合。這些標(biāo)準(zhǔn)化的模塊已經(jīng)通過(guò)后面所有的試驗(yàn)驗(yàn)證，甚至有些模塊已經(jīng)在某上市車型上應(yīng)用了幾代。

1.4 手套箱的鉸鏈

隨動(dòng)式內(nèi)斗手套箱鉸鏈設(shè)計(jì)可以分為鷹爪式結(jié)構(gòu)和金屬銷式。鷹爪式鉸鏈結(jié)構(gòu)是在手套箱內(nèi)板下端做出帶楔形口的鷹爪結(jié)構(gòu)，在手套箱框上做出橫斷面為鼓形的門軸特征，

1）鷹爪與軸咬合產(chǎn)生過(guò)盈配合。鉸鏈轉(zhuǎn)軸一般是儀表板的骨架。由于手套箱橫寬度較寬，考慮到受力平衡和周邊零件的匹配關(guān)系，鉸鏈需要布置在內(nèi)門底部左右兩側(cè)各1個(gè)，如圖5所示。手套箱門相對(duì)于軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉸鏈功能。該結(jié)構(gòu)成本低、集成度高且安裝方便，但在膝部氣囊（KAB）爆破受到?jīng)_擊時(shí)可能出現(xiàn)鉸鏈脫出，所以如果整車配置上有KAB，一般不會(huì)選用鷹爪式的鉸鏈。

圖5 汽車隨動(dòng)式內(nèi)斗手套箱鷹爪式鉸鏈?zhǔn)疽鈭D

2）金屬銷式鉸鏈設(shè)計(jì)類似于家裝門合頁(yè)的結(jié)構(gòu)，將2個(gè)半邊合頁(yè)分別裝到手套箱內(nèi)門和框上，用1根金屬銷穿過(guò)其中，并進(jìn)行鉚接。金屬銷就是手套箱旋轉(zhuǎn)的軸線。該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，能夠抵抗KAB爆破的沖擊，如圖6所示。

圖6 汽車隨動(dòng)式內(nèi)斗手套箱金屬銷式鉸鏈?zhǔn)疽鈭D

對(duì)于固定式內(nèi)斗，手套箱的鉸鏈設(shè)計(jì)方案，如圖7所示。

圖7 汽車固定式內(nèi)斗手套箱鉸鏈?zhǔn)疽鈭D

把3種鉸鏈做成標(biāo)準(zhǔn)化模塊，放在數(shù)據(jù)庫(kù)里，根據(jù)具體的功能和成本選用所需的鉸鏈形式。

1.5 手套箱阻尼

手套箱無(wú)阻尼設(shè)計(jì)的成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但手套箱開(kāi)啟時(shí)直接落下會(huì)產(chǎn)生沖擊，主觀感受不高；而阻尼設(shè)計(jì)可以對(duì)門的開(kāi)啟起到緩沖作用，減少打開(kāi)時(shí)的沖擊與噪聲，提高產(chǎn)品品質(zhì)，阻尼設(shè)計(jì)分為以下2種。

1）空氣阻尼：空氣阻尼是一個(gè)筒狀的緩沖氣缸，氣缸的阻力受環(huán)境溫度的影響比較大?？諝庾枘嵊址譃槔瓧U型和拉線型2種。拉桿型空氣阻尼是通過(guò)塑料拉桿來(lái)控制氣缸的擴(kuò)張和壓縮，一般將阻尼器布置在手套箱框側(cè)面，將拉桿布置在內(nèi)門上，布置不如拉線式靈活；拉線型空氣阻尼采用拉線控制氣缸的擴(kuò)張和壓縮，此種阻尼的布置比較靈活，可以將阻尼器布置在手套箱框的側(cè)面或者底部，通過(guò)拉線與門或斗相連。

2）硅油阻尼：依靠硅油來(lái)產(chǎn)生阻力作用，結(jié)構(gòu)形式為齒輪齒條結(jié)構(gòu)，齒輪上面集成了硅油缸。一般將齒輪布置在手套箱框側(cè)面，將集成的雙面齒條與手套箱門或內(nèi)斗相連。

把上述3種形式的阻尼數(shù)據(jù)做成標(biāo)準(zhǔn)化模塊，相應(yīng)的阻尼安裝點(diǎn)也標(biāo)準(zhǔn)化，由此，可以根據(jù)實(shí)際情況去選擇適合項(xiàng)目的阻尼。

2 手套箱工程方案策略

將上述手套箱的不同子零件固化成標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)或組件。綜合考慮法規(guī)要求、氣囊配置、布置位置、鎖模塊類型及解鎖方式等不同維度的項(xiàng)目需求，建立常用的5種手套箱方案選型策略，如圖8所示。其基本涵蓋了家用A/B級(jí)轎車市場(chǎng)的所有需求。結(jié)合CAD軟件二次開(kāi)發(fā)的數(shù)字化開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)特征/結(jié)構(gòu)到子零件的快速建模和裝配，從而達(dá)到效率和質(zhì)量提升的目的。

圖8 汽車手套箱技術(shù)方案選擇策略流程圖

項(xiàng)目執(zhí)行中，工程師根據(jù)車身尺寸、整車布置及項(xiàng)目需求維度的不同，按照?qǐng)D8的選型策略選擇正確的手套箱子零件模型，然后繪制相應(yīng)的布置斷面交付設(shè)計(jì)師，同時(shí)工程師同步進(jìn)行與周邊零件搭接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成數(shù)模，進(jìn)行產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)，生產(chǎn)零件進(jìn)行功能驗(yàn)證。按此流程，不僅極大地縮短了開(kāi)發(fā)周期，而且確保了零部件結(jié)構(gòu)和界面的正確性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

3 結(jié)論

傳統(tǒng)的手套箱設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，并且手套箱的鉸鏈、阻尼及鎖總成設(shè)計(jì)多種多樣，產(chǎn)品驗(yàn)證過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題，如鉸鏈在耐久試驗(yàn)中斷裂，鎖總成在加載情況下整車碰撞試驗(yàn)中打開(kāi)等問(wèn)題。文章對(duì)這些小零件進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)項(xiàng)目需求選用不同類型，梳理了手套箱整體技術(shù)方案的選擇策略，對(duì)工程師的前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)作用，節(jié)省了很多開(kāi)發(fā)時(shí)間。一般來(lái)講，按照文章中流程開(kāi)發(fā)的手套箱不再需要軟模驗(yàn)證，因此，可以節(jié)約很大一筆軟模模具設(shè)計(jì)及零件驗(yàn)證費(fèi)用。再運(yùn)用UG的二次開(kāi)發(fā)工具自動(dòng)完成數(shù)據(jù)制作，實(shí)現(xiàn)手套箱數(shù)字化開(kāi)發(fā)。手套箱的自動(dòng)化開(kāi)發(fā)是汽車數(shù)字化開(kāi)發(fā)的一部分，其他零件的開(kāi)發(fā)也可以按照這個(gè)思路進(jìn)行。