一種適用于汽車副駕駛的折疊桌板設計與仿真分析

張然 李嘉文 姜淑鳳 柯寅峰　勾甫函

摘 要：為了提高車載折疊小桌板的安全性、穩(wěn)定性以及承載力，根據(jù)市場在售車載折疊小桌板的結構與優(yōu)劣勢的分析，開展了結合人體工程學進行坐姿高度的舒適性實驗，根據(jù)實驗結論設計了一款適用于汽車副駕駛的折疊桌板類車載內(nèi)飾產(chǎn)品，并利用ANSYS仿真軟件對該桌板進行受力形變仿真分析，得出該結構承重力范圍與穩(wěn)固性能的優(yōu)化設計。

關鍵詞：副駕駛折疊桌板 結構設計 受力分析 汽車內(nèi)飾設計

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，車內(nèi)辦公使用電子產(chǎn)品逐漸成為常態(tài)，車輛駕駛室正逐漸演變成用戶的“移動之家”[1]。為了使車載折疊小桌板達到安全性、舒適性地目的，基于力學的仿真分析，充分考慮人機工程學的相關數(shù)據(jù)進行結構改進[2]，設計整體式折疊結構，結構穩(wěn)固，操作簡單，使用方便，安全性能高。

1 現(xiàn)有車載折疊桌板對比分析與創(chuàng)新結構設計

我國作為世界主要汽車銷售國，內(nèi)飾需求量大，折疊桌板是內(nèi)飾之一，其實用性和美觀性也越來越受到人們的關注。

1.1 問題分析

國內(nèi)外現(xiàn)有的車載折疊小桌板只適用于后排乘客，結構多為鉤掛式，受力不均容易在行車過程中導致物品掉落甚至桌面斷裂等現(xiàn)象。針對市場在售產(chǎn)品的調(diào)研以及用戶問卷調(diào)查，挖掘出存在的一些缺陷：普遍存在折疊結構不穩(wěn)定、承載力不足、使用面積小、有明顯的安全隱患[3-4]。

1.2 人機工程學方法的結構優(yōu)勢分析

人體尺寸是研究人機工程學的重要因素。人體尺寸并不是某個確定數(shù)值，而是分布在一定范圍內(nèi)[5]。在對車內(nèi)桌椅進行尺寸的設計時，設計人員希望能夠符合更多人的需求，因此考慮人群平均尺寸確定其車載桌板的平均尺寸范圍[6]。本文通過對100名被測者進行膝蓋與桌面高度的舒適性實驗分析，如圖1給出舒適性的高度區(qū)間。

查閱相關文獻數(shù)據(jù)采樣結果得出如下參數(shù)：男性的舒適高度區(qū)間為[650mm，720mm]，女性的舒適高度區(qū)間為[647mm，698mm]，取其交叉數(shù)據(jù)得出此車載折疊桌板的舒適性區(qū)間為[640mm，720mm] [7-8]。因此，可調(diào)節(jié)高度為80mm。

1.3 改進的車載折疊小桌板基本結構設計

桌板為乘員提供就餐、工作以及娛樂的平臺，因此需要承載餐食器具（210mm×150mm）、15.6in筆記本電腦（380mm×220mm）以及12.9in平板電腦（305.7mm×220.6mm）等物品。故本產(chǎn)品的長度約為365mm，寬為240mm，桌板厚度為15mm。

裝有食物的器具和一瓶礦泉水重約2.5kg，15.6in的筆記本電腦重約4kg，12.9in平板電腦重約0.6kg，根據(jù)其功能，確定其承載重量為8kg。

根據(jù)桌板位置以及固定形式，如圖2所示。桌板采用雙層折疊形式，含有桌板上面板、隱藏式鉸鏈、桌板下面板、自鎖折疊機構、伸縮支架，桌板采用壓鑄鋁合金，密度為2.7～2.84g/cm3，重量約為3.3kg?？烧{(diào)整隱藏鉸鏈、可折疊支架等結構使用低碳鋼材料。自鎖折疊支架厚度約2.4mm，承重約10～20kg，可滿足日常物品的放置需求。

2 功能介紹以及受力形變分析

本設計是汽車內(nèi)飾產(chǎn)品，此產(chǎn)品包括桌板、折疊結構和伸縮結構等三部分組成。

2.1 車載折疊小桌板應用功能介紹

桌板設置在中控臺右側，不會影響安全氣囊的正常彈出，采用側邊固定的方式與中控臺連接，在使用過程中可通過自鎖折疊機構實現(xiàn)快速折疊，自鎖折疊機構將桌板與伸縮結構連接，伸縮部件通過縮進旋鈕轉(zhuǎn)動鎖緊滑道，構成了三角型結構，保證了桌板在行車過程中的穩(wěn)固。使用時通過按動自鎖折疊結構將小桌板展開。在使用過程中受力面分散，大大減少了桌面斷裂以及物品滑落的現(xiàn)象。桌板本體使用隱藏式鉸鏈使桌面展開后在同一平面，避免了桌面落差帶來的使用不便。

2.2 車載折疊小桌板受力形變分析

首先將產(chǎn)品建模，模型簡化后導入ANSYS workbench中，材料為壓鑄鋁合金，密度2.80g/cm3，泊松比是0.38，楊氏模量是81.3GPa，網(wǎng)格劃分1毫米。受力位置在整個桌面（均勻受力）。桌板受力范圍為F=10N（約等于一包牛奶的重量）到F=100N（約等于半桶20升的桶裝水）的最大變形量（單位：mm），如表1所示，變形情況如圖3所示。

通過受力形變狀況分析得出，如圖4所示，當桌面受力F<4148.6N時，桌板處于安全狀態(tài)。當桌面受力F>4148.6N時，桌面斷裂，達到危險狀態(tài)。因此，此桌板在日常使用狀態(tài)下安全。

3 結語

為了解決現(xiàn)有車載小桌板承重力不強，不適用副駕駛等諸多問題，設計了適用于汽車副駕駛折疊小桌板。本設計通過人機工程學分析并對其結構進行改良，減少了受力面積不均，解決了行駛過程中使用的安全性等問題，并利用ANSYS仿真軟件進行受力變形分析，驗證其結構的合理性。這是一款新型的汽車副駕駛折疊小桌板，承重力強，結構穩(wěn)固，是良好的輔助工作休閑的小物件。

基金：2021年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202110232015）;黑龍江省省屬本科高?；究蒲袠I(yè)務費科研創(chuàng)新團隊項目（135409102）;齊齊哈爾大學學位與研究生教育教學改革研究項目（JGXM_QUG_2020010）。

參考文獻：

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[2] 李維立，曹祥哲. 人機工程學[M].人民郵電出版社：， 201703.159.

[3] 張高美.人機工程學在辦公桌椅設計中的應用[J].藝術與設計（理論），2012，2（04）：142-143.

[4] 伍賽特.人機工程學在汽車設計過程中的應用及展望[J].汽車零部件，2019（10）：89-91.

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[8] 梁依山.人體坐姿布置在車身開發(fā)中的應用[J].合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2009，32（S1）：3033.