一種新能源車充電口蓋設計

賴仕禎 周磊 何傳欣

摘 ?要：新能源汽車通過開啟充電口蓋后進行充電，充電口蓋具有保護充電插座，并起到裝飾美觀作用。本文將結合某新能源汽車，闡述了一種簡易塑料充電口蓋的設計要求。

關鍵詞：新能源汽車;充電口蓋;設計;試驗

中圖分類號：U463 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1005-2550（2021）03-0121-04

Design of A New Energy Vehicle Charging Cover

LAI Shi-zhen1， ZHOU Lei1， HE Chuan-xin2

（ 1.SAIC GM Wuling Automobile Co.， Ltd.， Liuzhou 545007， China; 2.Hunan Huda Aisheng Automobile Technology Development Co.， Ltd.， Changsha ?410000 ， China ）

Abstract： The new energy vehicle can be charged by opening the charging flap， which can protect the outlet and play a decorative Aesthetic function. This paper describes the design requirements of a simple plastic charging flap for a new energy vehicle.

Key Words： ?New Energy Vehicle; Charging Flap; Design; Experiment

賴仕禎

碩士學歷，現(xiàn)就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司，任汽車內(nèi)外飾件零部件設計主任工程師。

1 ? ?前言

充電口蓋是新能源汽車的一種外飾裝飾件，用于匹配整車的造型外觀;也作為充電插座保護的重要關鍵部分，打開充電口蓋時進行充電，充電完成后需及時關閉。充電口蓋設計時，需要考慮造型、產(chǎn)品的結構強度、工藝、人機操作舒適性，周邊零件的整體美觀，運動結構可靠性，成本等方面[1-3]。

2 ? ?充電口蓋的組成

一種簡易充電口蓋及周邊零件如圖1所示。充電口蓋通過3顆自攻釘安裝固定在前格柵上，充電口蓋鎖銷插入前格柵的鎖體內(nèi)，定位銷插入前格柵方孔控制充電口蓋與前格柵Z向間隙，發(fā)泡膠條狀的緩沖墊用于控制調(diào)整充電口蓋與前格柵X向段差。充電口蓋通過按壓充電口蓋外板右側特征位置進行開啟。

以上圖示對應的充電口蓋由1充電口蓋外板、2充電口蓋主體、3安裝座、4軸銷、5彈簧、6緩沖墊、7微動提醒開關、8轉軸套、9鎖銷等零件組成，其對應爆炸圖如圖2所示：

3 ? ?充電口蓋的設計要求

為實現(xiàn)充電口蓋各種性能要求，需結合材料的選擇，零部件關鍵設計要點控制，以及產(chǎn)品關鍵性能可靠性驗證評估。

3.1 ? 材料的選擇及關鍵性能要求

根據(jù)充電口蓋的外觀要求、工藝可行性、成本以及產(chǎn)品可靠性，選擇子零件的材料見表1：

充電口蓋主體與安裝座之間存在相對運動，使用相同材質(zhì)會導致零件相對運動時發(fā)生磨粉問題，需要避免選擇物性相同或者相近的材料。考慮與充電口蓋外板PC+ABS具有較好的相容性，充電口蓋主體選擇PC+ASA，充電口蓋外板可以與其熱熔在一起[4]。同時充電口蓋主體開啟時，在太陽下暴曬，PC+ASA還具有較好的耐候性[5]，零件顏色不易發(fā)生變化，性能也不會發(fā)生明顯的衰退。安裝座選擇具有相對高的彎曲強度和拉伸強度PA6+GF30材料[6]，用于固定運動的充電口蓋主體，運動過程時零件不易發(fā)生變形、斷裂問題。軸銷套用于防止彈簧與不銹鋼軸銷運動異響，轉軸套使用的PA6+GF30具有較好的強度，不易損壞。不銹鋼具有較高的強度，充電口蓋主體繞著運動時，不會發(fā)生破壞斷裂變形。

3.2 ? 充電口蓋結構設計要點

3.2.1 充電口蓋主體

充電口蓋主體開啟運動過程中，需要避讓前格柵，其特征形狀根據(jù)模擬運動軌跡設計。圖3為該充電口蓋主體預變性前后重疊效果圖，為滿足零件運動以及開啟后零件抵抗外力作用所需的強度要求，零件內(nèi)部需設計必要加強筋條以及結構特征，在注塑過程復雜的特征結構，如紅色方框內(nèi)的產(chǎn)品特別容易發(fā)生內(nèi)縮變形，使零件注塑后尺寸發(fā)生明顯變化，導致運動過程中會與前格柵干涉，以及裝配的間隙與理論設計存在較大偏差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。在充電口蓋主體數(shù)據(jù)完成設計時，需進行模流分析，并根據(jù)模流分析的結果，提前考慮預變形趨勢，在原有理論設計基礎上，重新修正設計，可有效避免充電口蓋運動過程中與前格柵干涉，提升裝配后與前格柵匹配間隙的穩(wěn)定性。

3.2.2 充電口蓋轉軸結構

充電口蓋轉軸結構是實現(xiàn)充電口蓋日常開啟以及關閉的主要要部分，圖4為充電口蓋轉軸結構設計。不銹鋼軸銷穿過安裝座的上端固定孔，再將充電口蓋主體、彈簧，轉軸套串在一起，最后不銹鋼軸銷穿過安裝座下端固定孔。鋼軸銷上端有法蘭結構，防止充電口蓋開啟過程轉動時慣性下掉脫落。同時，鋼軸銷上端與上安裝座孔固定位置存在壓花結構，壓花與安裝孔過盈0.15mm，避免轉動時軸銷跟轉松脫。充電口蓋主體實現(xiàn)繞著固定在安裝座上下兩端的不銹鋼軸銷運動，軸銷下端壓花固定在安裝孔內(nèi)，可以避免充電口蓋開啟時軸銷跟轉。彈簧固定在軸銷上，一端插入到安裝座固定，另一端壓在充電口蓋主體上，彈簧主要用于提供充電口蓋解鎖后彈開作用力。當充電口蓋主體旋轉至90°時，與安裝座上設計的限位筋接觸，達到最大開啟角度位置，也可以抑制充電口蓋開啟后被暴力撞擊破壞。

3.2.3 充電口蓋與前格柵尺寸及運動

充電口蓋固定在前格柵上，其尺寸公差受前格柵主體、安裝座，充電口蓋主體等因素影響，為實現(xiàn)外觀設計美觀，以及充電口蓋運動過程不會發(fā)生干涉現(xiàn)象。充電口蓋與前格柵尺寸定義如圖5所示，通?？梢栽O計充電口蓋周圈間隙DTS ?Gap：3.0±1.0，//<2.0，F(xiàn)lush：-0.8±0.5，或者通過造型特征優(yōu)化來弱化兩者的段差。

依據(jù)以上的尺寸關系要求，對零件進行UG軟件運動模擬分析見圖6。充電口蓋開啟到極限角度過程時，結合充電口蓋的重量、Y向長度等因素，運動過程中與其他零件的相對間隙要求大于等于1.5mm。

3.2.4 微動開關提醒結構

微動開關功能主要在儀表上顯示，用于提醒客戶充電口蓋是否已經(jīng)關閉到位。當充電口蓋關閉時，充電口蓋主體一直按壓著微動開關;當充電口蓋解鎖后，彈簧作用力將其充電口蓋主體彈出，微動開關接地 OV，相應的信號會輸入給BCM，并在儀表上顯示未關閉充電口蓋，微動開關結構設計如圖7所示：

3.3 ? 關鍵運動功能性能要求

充電口蓋需要滿足運動功能的可靠性，針對關鍵運動功能的可靠性，制定合理的試驗項目，并對產(chǎn)品進行驗證分析。完整的驗證需要結合路試、整車試驗、零部件臺架試驗、客戶操作使用、感知評估等多方面評估。為驗證運動結構設計的可靠性，可以根據(jù)表2中試驗方法和參數(shù)，在模擬裝車狀態(tài)下進行臺架試驗驗證，初步快速判定運動結構設計的可靠性。

4 ? ?結語

本文從充電口蓋材料的選擇，結構設計要點控制，運動開啟原理分析，微動開關提醒結構設計以及臺架試驗等方面進行了詳細說明。闡述了一種簡易塑料充電口蓋的設計，將可作為類似零件的設計優(yōu)化參考、可靠性試驗方案借鑒。

參考文獻：

[1]王藝璇，馬馳，陳宇辰，周雅，李仲奎，徐旭. 汽車加油（充電）口蓋選型趨勢研究[J]. 汽車科技. 2020，5：53-58.

[2]何肖奎，孫平. 電動車格柵上充電口蓋設計開發(fā)[J]. 內(nèi)燃機與配件. 2019，15：20-23.

[3]計留弟. 途觀L 插電式混合動力前格柵充電口蓋總成開發(fā)設計[J]. 汽車設計. 2019，4：105-106.

[4]周金濤，徐旭.塑料焊接工藝在內(nèi)飾產(chǎn)品上的應用[J]. 汽車工藝與材料. 2019（02）.

[5]魏曉娟，ASA/PC特種化合物在耐候性汽車中的應用[J].現(xiàn)代塑料加工應用. 2018，06：34.

[6]劉欣然，張穎，姚艷梅，瞿雄偉.增強改性PA6研究進展[J]，塑料科技. 2011，02：100-104.