車輛扶手箱的一體化設計

劉彪杰，司云飛，王思思，楊虹，蔣露

(1.成都師范學院，四川成都 610000；2.成都汽車產業(yè)研究院，四川成都 610000)

0 引言

扶手箱主要的作用是在長時間駕駛過程中,能夠有效地緩解駕駛員胳膊部位的疲勞, 使駕駛員在長時間駕駛汽車時胳膊部位不至于麻木、僵硬、酸痛[1]。根據客戶的喜好和不斷提出的需求,生產出了各種材質的扶手箱。簡單地說,扶手箱已經從原來的形式有了大的飛躍式發(fā)展，例如現在的扶手箱有儲存物品、手機充電、配置音響等功能,消費者可以根據個人的喜好和車的配置選取相應的扶手箱。

現有手扶箱主要從儲物空間、茶杯保溫、車載加濕器、增高墊、控制系統等方面進行設計，功能上雖有一定改良，但仍難以滿足客戶群多層次、個性化等方面的需求。針對上述問題，提出手扶箱一體化設計理念，結合客戶群駕乘體驗，集成并優(yōu)化手扶箱的功能模塊。目前3D設計圖已完成，該多功能復合式扶手箱保留并優(yōu)化傳統扶手箱的空調送風口、儲物箱等，同時還配備USB接口、點煙器、煙灰缸、電機控制的茶杯夾緊裝置、車艙溫度控制及改善空氣質量總成。

1 針對存在問題提出解決方案

該多功能復合式扶手箱的概念模型保留了傳統扶手箱的空調送風口及儲物箱，多出了后排USB接口、點煙功能(含煙灰缸)、茶杯及其夾緊裝置。對于儲物箱而言，車主可根據個人意愿發(fā)揮其使用功能。對傳統扶手箱的改造目的是為了向車主提供更多的服務，優(yōu)化其使用性能，這樣的多功能復合式扶手箱在一定程度上能夠帶給車主優(yōu)越的使用感，這便是人性化的設計。

1.1 建立模型

使用SolidWorks 3D設計軟件中的3D實體建模功能，加快設計速度，節(jié)省產品開發(fā)時間，提高生產效率[2]。SolidWorks 3D實體建模功能可以通過自動跟蹤和執(zhí)行更新的關聯性，保持所有3D模型、2D工程圖以及其他設計和制造文件的同步；通過控制關鍵設計參數，快速創(chuàng)建設計變型；只需單機并拖動模型幾何體即可直接編輯模型；為多功能復合式扶手箱的問世提供了良好的初步條件。

1.2 外觀

基本由電機控制開關、茶杯孔及夾緊裝置、煙灰缸、點煙器、儲物箱(可作為垃圾箱)、空調送風口、USB接口等組成，如圖1所示。

1.3 傳動裝置

采用單排行星輪作為傳動機構[3]，具體如下：太陽輪由伺服電機驅動，通過控制開關決定太陽輪的正反裝，為了便于加工及安裝，齒輪傳動的行星架采用分段式設計，行星架底座通過螺釘與扶手箱外殼固定，行星架上部通過楔槽與行星架底部連接，確保行星架整體固定不動，行星架上端為定位夾緊塊而分置3個導向桿，如圖2所示。由單排行星機構原理可知動力輸出由齒圈完成[4]，為了便于將動力傳遞至夾緊塊，齒圈面分置3個引導桿，如圖3所示。

圖2 行星架總成 圖3 齒圈與行星架總成

1.4 夾緊裝置總成

夾緊裝置由齒圈附屬驅動導桿、行星架附屬導桿、夾緊塊、套筒等4個部分組成。齒圈附屬驅動導桿與齒圈焊接成一體，行星架附屬導桿與行星架上結合部焊接成一體，行星架上結合部與行星架通過楔形孔槽連接成一體，夾緊塊內緣采用硬質橡膠，孔與齒圈附屬驅動桿配合，導槽與行星架附屬導桿配合，夾緊塊外緣由軟質橡膠組成，以便于緩沖來自車輛或夾緊裝置附帶的沖擊，確保杯狀物處于安全位置。夾緊塊、夾緊裝置總成、夾緊裝置局部透視、一體化涉及局部透視分別如圖4—圖7所示。

圖4 夾緊塊 圖5 夾緊裝置總成

圖6 夾緊裝置局部透視圖

圖7 一體化設計局部透視圖

2 扶手箱一體化設計功能模塊

2.1 杯狀物夾緊裝置工作過程

茶杯夾緊過程裝置工作原理：觸發(fā)工作臺電機開關，電機驅動太陽輪逆時針旋轉，由于行星架及附屬導桿固定，齒圈及其附屬驅動桿帶動夾緊塊順時針旋轉[5]，夾緊塊一端導槽與行星架附屬導桿套合。隨電機的旋轉，夾緊塊順時針旋轉直至放入杯狀物夾緊。圖8呈現夾緊過程中夾緊裝置3種不同的工作狀態(tài)。

圖8 夾緊過程中夾緊裝置的工作狀態(tài)

茶杯松開過程裝置工作原理：反向觸發(fā)工作臺電機開關，電機驅動太陽輪順時針旋轉，由于行星架及附屬導桿固定，齒圈及其附屬驅動桿帶動夾緊塊逆時針旋轉[6]，夾緊塊一端導槽與行星架附屬導桿套合。隨電機的旋轉，夾緊塊逆時針旋轉直至處于松弛狀態(tài)。圖9呈現出松開過程中夾緊裝置的3種不同的工作狀態(tài)。

圖9 松開過程中夾緊裝置的3種工作狀態(tài)

2.2 空調出風口及USB接口優(yōu)化設計

優(yōu)化后的空調出風口及USB接口如圖10所示。空調出風口分上下兩部分，客戶可根據自身意愿選擇進出風口，避免送風固定化，引起不同年齡段乘客出現不舒適的感覺，滿足差異化需求。上端送風口針對膝蓋以上部位送風，下端送風口針對膝蓋以下及腳踝處送風。上下送風口間隔處配置兩個USB接口，以便于后排乘客乘車時給手機及平板等便攜式設備充電。

圖10 優(yōu)化后示意

2.3 車艙溫度控制總成

車艙溫度控制總成主要用于夏季行車、停車，冬季行車等特殊情況下，通過車艙溫度傳感器采集信息[7]，觸發(fā)電機啟停，配合空調控制艙內溫度和提升車艙空氣質量。傳統車在夏季停車時，由于外界溫度高、紫外線強，致使密閉車艙內溫度偏高，加之內部裝飾散發(fā)氣味，給乘客及駕駛員帶來困擾，輕則忍受座椅溫度高、承受難聞氣味，重則耽擱時間等待艙內空調工作，慢慢降溫。冬季行車時空調運行會造成車艙內外溫差大，前擋風玻璃處容易起霧，影響駕駛員視野；車艙內空氣悶濁，乘員容易犯困，駕駛員或乘客甚至需要打開車窗增加空氣對流。為了更好地解決上述問題，可在車艙頂部加裝太陽能電池板，沿B柱布線，光強時可將太陽能轉化為電能儲存于蓄電池[8]，此蓄電池能源欠壓時可由發(fā)動機提供。以車輛手扶箱杯托為端口，內置車艙溫度傳感器，手扶箱側面加裝壓縮風機，下端接空氣流道，空氣流道與改良排氣管并行，在車尾處設置渦輪裝置，利用廢氣帶動流道內空氣循環(huán)，配合手扶箱內主風機，共同提升車艙內空氣質量、控制艙內溫度，提升駕乘體驗。車艙溫度控制總成如圖11所示。

圖11 車艙溫度控制總成

3 結束語

手扶箱的一體化設計能夠優(yōu)化操作空間，滿足后排乘客在空調、USB等方面的差異化需求。除儲物及支撐等常規(guī)功能外，杯托夾緊裝置、點煙器及煙灰缸的設置在一定程度上能提升客戶群駕乘體驗。車艙溫度與空氣質量控制模塊能進一步提升冬夏兩季行車停車的駕駛體驗，改善艙內空氣質量和適當降低車內溫度。對傳統扶手箱的改造目的是為了向車主提供更多的服務，優(yōu)化扶手箱使用性能，多功能復合式扶手箱在一定程度上能帶給車主優(yōu)越的使用感。