汽車儀表臺(tái)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中安裝與公差優(yōu)化分析

姚昱全

（同濟(jì)大學(xué) 201805）

在汽車工業(yè)迅猛前行的過(guò)程中，各個(gè)部件必須具備更佳的性能，才能滿足消費(fèi)者的需求。汽車內(nèi)飾是使用者頻繁接觸的汽車部分，其舒適性、安全性、美觀感是人們購(gòu)車決策的重要考量因素，儀表板是車身結(jié)構(gòu)7大基礎(chǔ)構(gòu)件之一，直接關(guān)系到駕駛和乘坐安全性。所以，針對(duì)儀表板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行分析是很有必要的[1]。

1 儀表板概述

內(nèi)飾件最主要的部分為儀表臺(tái)總成，很多的操作都是在這里完成的。它包括：儀表臺(tái)本體總成、橫粱總成、煙灰盒飾板總成、手套箱總成、中飾板總成、左下護(hù)板總成、左右出風(fēng)口總成、中間出風(fēng)口總成及儀表飾框總成等[2]。

2 儀表臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 前除霜風(fēng)口的布置

儀表臺(tái)和前風(fēng)擋間隙不超過(guò)4～7 mm，這一位置的間隙不應(yīng)該太大，設(shè)計(jì)時(shí)通常不超過(guò)3～5 mm，但在裝車驗(yàn)證時(shí)，或許會(huì)高于5mm；為了達(dá)到GB11556在除霜方面的要求，在布置儀表板上的格柵時(shí)應(yīng)該注意。

要 求：L1≈178 mm，L3≥ 1.5×L4，L5≥2×L4，a角度范圍為30～35°，除霜角度應(yīng)該結(jié)合玻璃型面、除霜口位置與A/B區(qū)下邊界的位置來(lái)確定；出風(fēng)口中心和B區(qū)下邊界相距最好不超過(guò)30 mm，若在儀表板前端安裝了輔助出風(fēng)裝置，可以適當(dāng)?shù)胤糯蟆?/p>

2.2 側(cè)除霜風(fēng)口的布置要求

側(cè)除霜涉及到的因素有：氣流、出風(fēng)方向、距離和開(kāi)口面積。氣流是指空調(diào)釋放出的暖氣流。出風(fēng)方向是指氣流在出風(fēng)中心到玻璃要求除霜的中心的連線上移動(dòng)，直至抵達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，應(yīng)該確保吹風(fēng)角度為15～40°，盡量是20～25°。玻璃上終點(diǎn)應(yīng)該在靠近B柱護(hù)板的玻璃邊界上方60%～90%，空氣流動(dòng)不受阻擋。

2.3 煙灰缸

煙灰缸布置應(yīng)該使用方便，具有合適的容量，能夠阻攔煙灰的溢出，從而防止火災(zāi)的出現(xiàn)，并且不能影響到駕駛操作。煙灰盒對(duì)材料承受高溫能力要求較高[3]，通常選擇酚醛系列或PA66+GF30的。如果選擇鋼板材料，最好匹配樹(shù)脂導(dǎo)軌一并使用，從而降低打開(kāi)、關(guān)閉時(shí)刺耳的噪聲。

2.4 手套箱的設(shè)計(jì)

手套箱尺寸需要結(jié)合內(nèi)容物的尺寸來(lái)確定，箱體的寬度（Y方向）至少應(yīng)為手套箱蓋板寬度的75%。設(shè)計(jì)過(guò)程中，假人眼球下邊緣的視線應(yīng)該無(wú)法觀察到手套箱的內(nèi)容物以及分模線[4]。

2.5 PAB布置

爆破中心線和H點(diǎn)所處的豎直線的交點(diǎn)和H點(diǎn)的距離不超過(guò)300～525 mm。若該距離超過(guò)525 mm，氣囊模塊出現(xiàn)爆破事故的概率大幅提高，前提是5%假人在不系安全帶的情況下，座椅移動(dòng)到最前端位置時(shí)能夠給假人充分的保護(hù)。

2.6 轉(zhuǎn)向管柱護(hù)罩與儀表臺(tái)的配合

轉(zhuǎn)向管柱移動(dòng)到無(wú)法移動(dòng)的位置時(shí)，其護(hù)罩和儀表板的間隙應(yīng)該為5mm。該部件抵達(dá)下部邊緣位置時(shí)，假人眼球的上視線無(wú)法觀察到儀表板的內(nèi)容物。在轉(zhuǎn)向管柱周圍存在大量類似橋梁的連接機(jī)構(gòu)，通常情況下駕駛員不會(huì)接觸，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須給予足夠的重視[5]，采取有效的強(qiáng)化措施。原因在于在碰撞事故中，這一部位會(huì)和轉(zhuǎn)向管柱碰撞在一起。

2.7 杯托的設(shè)計(jì)

杯托結(jié)構(gòu)有很多種，例如直接在副儀表板上開(kāi)孔，或是在中部面板上抽拉或者阻尼打開(kāi)得，部分結(jié)構(gòu)在打開(kāi)后還能旋轉(zhuǎn)到最大打開(kāi)位置。

2.8 中間面板的布置

若中間面板上零部件（包括但不限于DVD、煙灰缸）等質(zhì)量在1.5 kg以上，需要利用橫梁支架為其提供支撐，后者是在儀表板的背部安裝金屬支架。通過(guò)定位銷實(shí)現(xiàn)固定的效果，采用不對(duì)稱布置方式，避免在安裝的過(guò)程中旋轉(zhuǎn)。中間面板和儀表板配合斷面，二者的脫模方向分別為20°和25°。中間面板上的分橫線必須是可以觀察到的，在布置過(guò)程中，根據(jù)圖紙尺寸，適當(dāng)提高拔模角度2～3°，然后把面板翻邊往里推移5 mm，如此一來(lái)，分模線就不會(huì)出現(xiàn)在視線中了[6]。

3 儀表板安裝方式的選擇

若儀表板本體不夠牢固，就會(huì)在汽車行駛的過(guò)程中振動(dòng)并釋放噪聲，汽車廠商往往會(huì)利用12處固定點(diǎn)將儀表板固定起來(lái)。具體的分布情況為：4個(gè)處在前擋板上，2個(gè)處在兩側(cè)A柱位置；2個(gè)處在兩側(cè)蓋板位置；2個(gè)處在兩側(cè)下端前機(jī)蓋拉手位置；2個(gè)處在中間位置。值得一提的是，這些點(diǎn)的螺栓中心的坐標(biāo)應(yīng)該為整數(shù)，從而降低相對(duì)誤差。

4 儀表板公差仿真優(yōu)化舉例

4.1 問(wèn)題描述

基于某車型儀表板設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，利用公差仿真優(yōu)化的方法來(lái)從根本上解決不良問(wèn)題點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)杯托與控制面板間隙大，數(shù)據(jù)為1.5 mm，實(shí)際測(cè)量為3.3 mm。

4.2 原因分析

兩零件在此間隙處無(wú)任何配合結(jié)構(gòu)，且分別安裝于不同零件上，雖然各個(gè)零件符檢，但由于公差累積導(dǎo)致此處間隙超差。

此為典型的尺寸鏈設(shè)計(jì)不合理，需要通過(guò)公差優(yōu)化來(lái)解決此類問(wèn)題。

4.3 公差計(jì)算結(jié)果

尺寸鏈分析過(guò)程：副儀表板杯托與控制面板配合不良：遵循±3σ，公差帶是2.317；遵循±4σ，公差帶是3.090；計(jì)算結(jié)果與實(shí)際一致。

對(duì)策：對(duì)公差進(jìn)行優(yōu)化，增加控制面板與煙灰缸的定位。公差優(yōu)化后，尺寸鏈明顯縮短，零件能夠滿足匹配要求。

上述問(wèn)題的解決充分說(shuō)明了零件匹配的好壞是可以通過(guò)公差優(yōu)化來(lái)改善的。接下來(lái)試著分析一個(gè)更為典型的案例，也是困擾眾多汽車主機(jī)廠的難題，即內(nèi)飾儀表板總成與門護(hù)板總成的配合間隙分析。由于其涉及到儀表板加強(qiáng)梁，白車身等多個(gè)系統(tǒng)，因此此處的匹配是內(nèi)飾設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。公差表格填寫(xiě)內(nèi)容如圖1所示，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖1 公差計(jì)算

圖2 公差計(jì)算結(jié)果

因此可知，儀表板與門護(hù)板之間的公差為±2.9，但大多數(shù)汽車主機(jī)廠對(duì)此處的公差要求是±2。正是由于我們通過(guò)尺寸鏈分析，對(duì)此處的公差有了更清晰的理解，在公差計(jì)算表格內(nèi)我們可以看出沒(méi)一個(gè)尺寸鏈的貢獻(xiàn)度（圖1紅框處）。為了優(yōu)化公差到±2，我們就要對(duì)尺寸鏈重新優(yōu)化或者對(duì)單個(gè)尺寸鏈的公差加嚴(yán)，正是由于有了這樣的方法，我們才能快速的找到問(wèn)題[7]，解決問(wèn)題。