汽車遮陽板轉(zhuǎn)動力矩設(shè)計初探

高丹丹，郝傳柱

（山東華宇工學院，山東德州 253034）

0 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，人們在追求更高性能的同時，也越來越注重汽車內(nèi)外裝飾的細節(jié)處理。為適應(yīng)多變的汽車市場，就必須時刻關(guān)注汽車市場的用戶需求，設(shè)計出更具使用性、安全性、舒適性以及藝術(shù)性的汽車配件。結(jié)合多年汽車維修以及細節(jié)處理的經(jīng)驗，從多個角度詳細分析汽車遮陽板的功能設(shè)計，就遮陽板轉(zhuǎn)動力矩設(shè)計方法進行分析和討論。

1 汽車遮陽板應(yīng)該遵循的設(shè)計原則

汽車遮陽板是汽車正副駕駛位置的重要裝飾部件，主要作用是為駕駛員和前座乘員遮擋陽光，避免陽光直射眼睛以提高乘車和駕駛的舒適感和安全性。遮陽板結(jié)構(gòu)由固定座、轉(zhuǎn)動臂、遮陽板三大部分組成，因此在遮陽板設(shè)計開發(fā)過程中，應(yīng)主要遵循以下原則：首先是滿足遮陽板的主要使用功能，即可以提供良好的遮陽效果，保障駕駛員和前排乘客駕駛乘坐的舒適性，提高汽車駕駛的安全性。其次，保證遮陽板的被動安全性，即在汽車發(fā)生碰撞或是其他事故時，避免遮陽板主體結(jié)構(gòu)脫離、變形，進而對乘客或駕駛員造成傷害，這在汽車制造方式中和相關(guān)法規(guī)中都有所體現(xiàn)。最后是滿足車輛內(nèi)部裝飾的和諧統(tǒng)一。遮陽板除了滿足使用要求和安全要求外，還應(yīng)該在造型設(shè)計上與車內(nèi)整體環(huán)境相互統(tǒng)一，既要維持整體內(nèi)部裝飾的協(xié)調(diào)性，又要有一定的個性表達。汽車制造商應(yīng)該綜合以上幾點，在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本之間找到平衡點，對遮陽板進行精細化處理，滿足其使用要求和安全要求。

2 汽車遮陽板的功能原理、主要類型以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 主要功能

汽車遮陽板的主要功能是幫助駕駛員和副駕駛員遮擋過量的直射陽光，輔助駕駛員在過量直射陽光照射下可以更加安全地駕駛。另外，在遮陽板的基座上可以附加一些其他功能配件來增加遮陽板的功能，例如化妝鏡、票據(jù)夾、折疊板、地圖袋等，這些輔助工具可以進一步提升遮陽板的實用性，最大限度地利用車內(nèi)有限的使用空間，對提升車輛品質(zhì)有著非常大的幫助。

2.2 工作原理

汽車遮陽板要想使用方便必須保證遮陽板掛鉤卡緊轉(zhuǎn)軸，這就需要在卡鉤處設(shè)計一定的彈性結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的遮陽板設(shè)計，基本可以分為兩種彈性卡扣：一種是通過增加凸臺，依靠遮陽板本身的材質(zhì)特性來實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的彈性卡緊，這對遮陽板的材料有一定要求，該設(shè)計的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，缺點是穩(wěn)定性和耐久性不高，容易出現(xiàn)疲勞性損傷。另一種是在遮陽板轉(zhuǎn)軸處內(nèi)置金屬彈簧片，利用金屬彈簧性能實現(xiàn)良好的彈性變形，優(yōu)點是使用壽命長，緊固牢靠，缺點是卡鉤緊密性太強，使用手感差。以上兩種方式的原理均是通過人手轉(zhuǎn)動遮陽板帶動卡簧圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，其目的是保證遮陽板可以隨意停留在需要位置保持不動。

2.3 主要類型

目前汽車遮陽板的生產(chǎn)為了追求輕便和實用性，基本選擇復合型材料進行生產(chǎn)和制作，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同主要分為粘合型遮陽板和一體發(fā)泡型遮陽板。粘合型遮陽板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由鋼絲和其他金屬芯材作為擋板的骨架，再將片狀聚氨酯發(fā)泡軟墊粘連到擋板骨架上，然后用其他如皮革或PVC 等材料將其包裹起來，最終用超聲波焊將表皮焊接成型；一體發(fā)泡型遮陽板的生產(chǎn)方式相比粘合型遮陽板的生產(chǎn)方式更加便捷和高效，其方式是將擋板基座、芯材、骨架等嵌件同時注入半硬質(zhì)聚氨酯中進行發(fā)泡處理，快速一體成型，最后用皮革或是其他材料將其包裹即可。

2.4 基本結(jié)構(gòu)

汽車遮陽板從外部來看很簡單，主要是遮陽板的主體以及與汽車鏈接的掛鉤部分。而遮陽板的主體部分主要由表面裝飾和內(nèi)部骨架組成。為滿足汽車駕駛員的使用要求，遮陽板除了滿足基本的遮光要求外，還需要根據(jù)駕駛員的需求在內(nèi)部固定化妝鏡、票夾和其他結(jié)構(gòu)，這些部件會影響遮陽板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置以及與汽車主體結(jié)構(gòu)的連接方式。設(shè)計者要結(jié)合不同的設(shè)計需求選擇不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在骨架的設(shè)計和連接方式上應(yīng)慎重考慮，但是不管如何設(shè)計，最終結(jié)果都應(yīng)該保證遮陽板卡夾與轉(zhuǎn)軸的配合舒適自然、使用方便。

3 汽車遮陽板轉(zhuǎn)動力矩設(shè)計

3.1 轉(zhuǎn)動力矩設(shè)計要求

根據(jù)實際的作用效果，遮陽板水平方向的旋轉(zhuǎn)軸稱為X 軸（上下方向），垂直方向旋轉(zhuǎn)的軸稱為Y 軸（左右方向），要想優(yōu)化遮陽板X、Y 軸的轉(zhuǎn)動力矩設(shè)計，需要從遮陽板內(nèi)部卡夾以及其轉(zhuǎn)軸之間的配合入手，并經(jīng)過反復試驗選擇最優(yōu)結(jié)果。最終應(yīng)保證遮陽板在任意位置都能平穩(wěn)自鎖，保證在汽車行駛過程中不因遮陽板自重影響固定位置，在力矩設(shè)計上則是最小操作力矩應(yīng)該大于遮陽板振動加速度45 m/s2的等效力矩，最大的操作力矩應(yīng)小于3.4 N·m，只有滿足以上兩點才能滿足遮陽板使用的舒適性和實用性。

3.2 卡夾與轉(zhuǎn)軸材料的選用規(guī)則

結(jié)合生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)成本，遮陽板卡夾材料多選擇彈簧鋼65Mn 以及60Si2Mn，經(jīng)過熱處理加工后就可以具備很好的彈性，完全可以滿足遮陽板卡夾的受力需求。而轉(zhuǎn)軸材料沒有什么特殊要求，考慮到材料成本，普通碳素鋼就可以滿足設(shè)計要求。一些生產(chǎn)廠家為了提高遮陽板使用過程中的平穩(wěn)性，提高駕駛者的使用手感，基本都會在轉(zhuǎn)軸上包裹一層PA 材料或是涂抹一層潤滑脂。總的來說，遮陽板卡夾和轉(zhuǎn)軸的材料選擇很大一部分是基于生產(chǎn)成本，生產(chǎn)廠家最大限度地開發(fā)出常見材料的使用性能，是一種非常實用的設(shè)計理念。

4 遮陽板X、Y 軸轉(zhuǎn)動力矩的設(shè)計

為保證遮陽板可以在任意位置自鎖，并在有一定顛簸情況的路面上穩(wěn)定保持，就需要設(shè)計者精確控制遮陽板X、Y 軸的轉(zhuǎn)動力矩。轉(zhuǎn)動力矩與轉(zhuǎn)軸平面和卡夾彈性相關(guān)聯(lián)，轉(zhuǎn)軸平面越大，轉(zhuǎn)動力矩越大，彈簧卡夾彈性越小則轉(zhuǎn)動過程中的力矩越大。其中X 軸轉(zhuǎn)動力矩的設(shè)計需要將卡夾與轉(zhuǎn)軸進行精確配合，平面與平面的配合可以有效控制遮陽板打開和閉合時的力矩和固定位置，轉(zhuǎn)軸圓柱面與平面之間的配合可以控制遮陽板在轉(zhuǎn)動中的力矩，提供很好的使用感受。而Y 軸的力矩與X 軸有所不同，主要由轉(zhuǎn)軸與卡夾松緊決定，根據(jù)卡夾材料的不同，夾持的力度也不相同，因為夾持力度越大，Y 軸的力矩越大，因此在調(diào)整遮陽板Y 軸轉(zhuǎn)動力矩時，主要調(diào)整夾持結(jié)構(gòu)的松緊程度。

5 汽車遮陽板轉(zhuǎn)動過程中常見問題及解決方法

汽車遮陽板雖然結(jié)構(gòu)簡單，但因其結(jié)構(gòu)和材料限制很容易出現(xiàn)一些問題。汽車遮陽板常見問題：①新車或因安裝不當導致遮陽板開啟和閉合過于費力，極易造成遮陽板轉(zhuǎn)動軸周圍材料磨損，降低遮陽板使用壽命。主要原因是遮陽板轉(zhuǎn)軸平面過大或是卡夾過緊，解決方法是減小轉(zhuǎn)軸平面或是對卡夾進行熱處理，提高卡夾彈性；②遮陽板卡夾松動回落時出現(xiàn)下落現(xiàn)象，原因是轉(zhuǎn)軸與卡夾的配合間隙過大，卡夾力度太小彈性過大。解決方法是減小卡夾與轉(zhuǎn)軸的配合間隙，提高卡夾熱處理硬度，保證遮陽板回彈時的力度和穩(wěn)定性；③遮陽板轉(zhuǎn)動過程中力矩過大。使用過程中的表現(xiàn)是遮陽板很難隨意調(diào)整到理想位置，經(jīng)常出現(xiàn)偏離。問題的原因是遮陽板卡夾力度過大，不能隨意調(diào)整遮陽板位置。解決方法是降低卡夾熱處理硬度，并在遮陽板轉(zhuǎn)軸上增加一些潤滑措施，使其更加順暢；④遮陽板回檔位置不夠清晰。主要原因是遮陽板轉(zhuǎn)軸平面過小，卡夾的力度過小。解決方法是增加轉(zhuǎn)軸平面面積，減小轉(zhuǎn)軸與卡夾的配合間隙，將遮陽板回檔位置清晰地標注出來，給駕駛者帶來更愉悅的使用體驗。

總之，設(shè)計者和使用者應(yīng)對遮陽板的卡夾與轉(zhuǎn)軸配合做詳細測試，研究和總結(jié)出最為合適的轉(zhuǎn)軸力矩，在保證遮陽板使用性能的同時，最大限度提高遮陽板的使用順暢度，力求從細節(jié)上做到精益求精。

6 汽車遮陽板發(fā)展趨勢

任何產(chǎn)品都有其本身的局限性，想要進一步提升和拓展應(yīng)用前景，需要突破自身產(chǎn)品的定位，做出符合市場需求的改進和創(chuàng)新。汽車遮陽板的主要功能是為駕駛員遮擋陽光，但是在有限的汽車內(nèi)部空間中，遮陽板是與駕駛者互動頻率較高的結(jié)構(gòu)之一，設(shè)計者需要從結(jié)構(gòu)和功能上做出突破，拓展遮陽板發(fā)展前景。

首先是結(jié)構(gòu)上傳統(tǒng)遮陽板的外包材質(zhì)為了配合汽車內(nèi)部裝飾，一般選擇與汽車內(nèi)飾相同的皮質(zhì)或是其他復合材料，雖然在裝飾性上做到了統(tǒng)一，但其實用性很容易被忽視。新型材料的研發(fā)使得遮陽板在結(jié)構(gòu)上有了突破，如汽車液晶濾光屏采用透明的液晶玻璃屏，在陽光下可以自行變色，以保護駕駛者的眼睛，使駕駛者有擋光不擋路的新奇體驗，對汽車內(nèi)飾也起到了畫龍點睛的效果。

其次是功能上，電子技術(shù)已經(jīng)在汽車制造上完成了高度整合，作為與駕駛者互動性較高的汽車結(jié)構(gòu)之一，設(shè)計者將越來越多的功能集合到遮陽板上，例如遮陽板LCF 液晶濾光屏、汽車遮陽板DVD、遮陽板太陽能電池、遮陽板電視播放器、遮陽板電子導航系統(tǒng)等，這些在基礎(chǔ)規(guī)格上對遮陽板進行了全方位的功能升級，在保證遮陽板原本功能的同時，拓展了遮陽板的使用功能，避開了傳統(tǒng)遮陽板的使用體驗，使遮陽板的未來發(fā)展有了更多的可能。

7 結(jié)束語

綜上所述，設(shè)計者在進行汽車遮陽板設(shè)計時應(yīng)充分考慮用戶體驗與產(chǎn)品實用性，在對遮陽板細節(jié)處理上更為嚴謹，從產(chǎn)品內(nèi)外結(jié)構(gòu)處理、材質(zhì)選擇、組裝實驗等步驟嚴格按規(guī)范實施，最大限度地提升遮陽板的實際效果。另外，設(shè)計者還應(yīng)不斷嘗試新的材料對遮陽板進行產(chǎn)品升級，并將更多實用功能整合到遮陽板上，提高與駕駛者的互動性，提升客戶的使用體驗。