重卡駕駛室儀表板橫梁結(jié)構(gòu)及其輕量化方向

阮瑋，強(qiáng)競，原思揚(yáng)，楊光，閆康康

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

前言

重卡駕駛室儀表板橫梁作為儀表板護(hù)板、電器件、空調(diào)、轉(zhuǎn)向管柱等系統(tǒng)零部件提供支撐的結(jié)構(gòu)件，功能上應(yīng)滿足各零部件布置安裝的空間需求。性能上要求橫梁具有足夠的強(qiáng)度、剛度及承受所安裝在其上零部件的負(fù)荷能力，能抵抗一定的沖擊。此外，橫梁總成還須滿足總裝工藝生產(chǎn)線上儀表板整體模塊化吊裝要求。

本文介紹了幾種常見的重卡駕駛室儀表板橫梁結(jié)構(gòu)類型，并總結(jié)了它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝材料、性能，以及應(yīng)用情況。還闡述了重卡儀表板橫梁輕量化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

1 鋼制雙二維管

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼制雙二維管橫梁采用2 根二維折彎鋼管作為主體框架。左右端板、電器件安裝支架、轉(zhuǎn)向管柱安裝支架、空調(diào)安裝支架以及局部加強(qiáng)支架等支架采用沖壓或折彎鈑金件與主體框架焊接。圖1 為某重卡儀表臺(tái)鋼制雙二維橫梁結(jié)構(gòu)。

圖1 某重卡儀表板鋼制雙二維管橫梁

因采用雙管梁主體框架，此類橫梁結(jié)構(gòu)可靠性較好，整體強(qiáng)度和剛度模態(tài)可達(dá)到較高水平，在重卡領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但管梁總成重量相對(duì)偏重，橫梁總成重量一般在15～20kg 之間。

1.2 材料與成型工藝

此類橫梁的主副梁圓鋼管材料通常采用20#或Q235 鋼管，主管規(guī)格一般外徑在Φ30～35mm 之間，壁厚在1.5～2mm之間。副管規(guī)格一般外徑在Φ25～30mm 之間，壁厚在1.5～2 mm 之間。主副圓管采用冷彎工藝成型。

兩側(cè)端板及其他鈑金支架根據(jù)厚度不同，材料一般選用熱軋鋼板SPHC（厚度大于2mm）或冷軋鋼板SPCC（厚度2以內(nèi)）。成型工藝采用沖壓或折彎工藝成型。

主梁與端板及局部支架采用焊接工藝連接。

2 鋼制單二維管

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼制單二維橫梁結(jié)構(gòu)與鋼制雙二維管的主要區(qū)別在于只采用單根二維折彎圓管作為主體框架。其主梁圓管的布置位置與鋼制單二維管結(jié)構(gòu)中的主梁圓管位置相近，與車身前圍鈑金距離較遠(yuǎn)。主梁圓管與前圍鈑金之間的連接需設(shè)計(jì)高強(qiáng)度長懸臂的鈑金支架，如圖2 所示為某重卡儀表臺(tái)鋼制單二維管結(jié)構(gòu)。

圖2 某重卡儀表板鋼制單二維管橫梁

因采用單管梁主體框架，此類管梁總成的強(qiáng)度、剛度模態(tài)等性能通常不及鋼制雙二維管梁，經(jīng)CAE 仿真分析及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，鋼制單二維管的整體性能可進(jìn)一步提高，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。鋼制單二維橫梁重量相對(duì)鋼制雙二維管較輕，橫梁整體重量在10～15kg 之間。鋼制單二維橫梁結(jié)構(gòu)成熟，在重卡領(lǐng)域也得到較為廣泛的應(yīng)用。

2.2 材料與成型工藝

鋼制單二維管主圓管材料與鋼制雙二維管類似，通常采用20#或Q235 鋼，主梁管徑規(guī)格外徑在Φ40～45mm 之間，壁厚在1.2～1.8mm 之間。端板及局部支架的材料與成型工藝與雙二維管類似，此處不做贅述。

3 鋁合金橫梁

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

重卡駕駛室儀表臺(tái)橫梁整體尺寸相對(duì)轎車整體尺寸偏大，現(xiàn)有技術(shù)條件無法實(shí)現(xiàn)大尺寸的鋁合金結(jié)構(gòu)橫梁總成整體壓鑄成型。因此，重卡駕駛室儀表臺(tái)鋁合金橫梁結(jié)構(gòu)整體框架由壓鑄鋁主體框架與局部鋁型材或鋁制輥壓支架構(gòu)成，兩者之間采用焊接或鉚接連接，此類橫梁零件集成化程度相對(duì)前兩種橫梁較高。

因鋁合金相比鋼材具有較小的密度（約為鋼材的1/3），加之零件集成化程度較高，鋁合金儀表板橫梁重量相較前兩種鋼制橫梁較輕。通過仿真分析剛度模態(tài)、強(qiáng)度性能，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，鋁合金橫梁的性能能達(dá)到與鋼制橫梁齊平甚至更高水平。目前在國內(nèi)重卡領(lǐng)域，由于成本、設(shè)計(jì)、制造工藝等方面的條件限制，鋁合金橫梁還未得到廣泛應(yīng)用。

3.2 材料與成型工藝

重卡駕駛室儀表臺(tái)鋁合金橫梁主體框架為壓鑄鋁集成的整體件，端板及局部支架采用鋁型材或鋁制輥壓件，主體框架與局部鋁合金支架采用焊接或鉚接連接。由于目前合金鋼材料的緊固件與鋁合金焊接的技術(shù)還不成熟，一般采用鉚接工藝實(shí)現(xiàn)合金鋼材料緊固件與鋁合金材料的連接。

4 塑料橫梁

4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

塑料橫梁結(jié)構(gòu)較為分散，是由多個(gè)截面形狀不規(guī)則的注塑結(jié)構(gòu)件組合而成，注塑零件之間采用標(biāo)準(zhǔn)件緊固連接。如圖3 所示為某重卡儀表板非金屬橫梁概念圖。

圖3 某重卡儀表板非金屬橫梁概念圖

塑料橫梁最大的優(yōu)勢在于所采用的材料均為塑料件，重量相對(duì)前三種橫梁更低，橫梁整體重量一般在7～10kg 之間。通過CAE 仿真分析并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，性能也能滿足相應(yīng)的模態(tài)剛度、強(qiáng)度性能指標(biāo)要求。

由于塑料橫梁在車輛Y 方向分段較多，橫梁自身無法滿足總裝生產(chǎn)線機(jī)械臂整體吊裝工況要求。為了滿足以上生產(chǎn)線吊裝要求，需將車身前圍上半部分鈑金單獨(dú)拆出，與橫梁、儀表板護(hù)板、電器件、空調(diào)箱等部件在線下先進(jìn)行分裝，組成吊裝模塊，再帶進(jìn)行線上模塊化吊裝裝配。由于以上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)駕駛室白車身前圍結(jié)構(gòu)及性能有影響，此類橫梁結(jié)構(gòu)目前只在小部分重卡車型上有應(yīng)用。

4.2 材料工藝

塑料橫梁材料一般采用綜合力學(xué)性能較好的PA/PA6/ PA66 加玻纖材料（玻纖含量一般在15～30%之間）注塑成型，零件之間采用標(biāo)準(zhǔn)緊固件連接。

5 重卡駕駛室儀表板橫梁輕量化發(fā)展方向

輕量化是重型卡車駕駛室性能設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的重要指標(biāo)之一。儀表板橫梁作為駕駛室內(nèi)飾系統(tǒng)里尺寸大、占比重的結(jié)構(gòu)件，橫梁的輕量化設(shè)計(jì)有重要意義。目前國內(nèi)車企在重卡駕駛室儀表板系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮成型工藝、布置占用空間、成本等因素，橫梁多采用鋼制管梁結(jié)構(gòu)，但此類橫梁整體重量偏重。

重卡儀表板橫梁的輕量化設(shè)計(jì)，在滿足強(qiáng)度、剛度模態(tài)，負(fù)荷能力，抗沖擊能力等性能指標(biāo)要求，以及生產(chǎn)線整體吊裝工藝要求的前前提下，可綜合考慮設(shè)計(jì)布置空間，供應(yīng)商制造能力，零件成本等因素，選擇鋼制單二維管梁，鋁合金 橫梁，塑料橫梁等輕量化結(jié)構(gòu)。