某SUV前門內(nèi)飾板設計及有限元分析

匡小娟 ，房海萍

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330010）

隨著汽車的普及，汽車內(nèi)飾的設計越來越受到人們的重視[1]，其設計的好壞直接影響到用戶的乘坐舒適性、使用方便性、駕乘體驗乃至安全性，因此汽車內(nèi)飾設計尤為重要。汽車前門內(nèi)飾板作為內(nèi)飾件的重要部件，其設計開發(fā)直接關(guān)系到產(chǎn)品性能的好壞，進而關(guān)系著整車質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，掌握車門內(nèi)飾板設計開發(fā)的正確方法是重中之重[2-5]。本文著重介紹前門內(nèi)飾板的設計，包括地圖袋、門扶手、門內(nèi)開扣手等的設計，最后利用有限元方法對前門內(nèi)飾板進行模態(tài)分析。

1 前門內(nèi)飾板概述及組成

前門內(nèi)飾板是安裝在第一排座椅外側(cè)車門鈑金上的，其除包覆金屬門板起裝飾作用外，還可使車門開關(guān)方便、支撐肘腕，有屏蔽車外噪聲、吸音、防塵、防水的作用，能夠優(yōu)化用戶的駕乘體驗，而且是電動車窗玻璃開關(guān)、揚聲器、門內(nèi)開扣手等的安裝載體。前門內(nèi)飾板由內(nèi)飾板本體（一塊本體或多塊本體）、前門鎖內(nèi)開拉手、扣手裝飾蓋、前門電動窗開關(guān)蓋板總成、前門內(nèi)飾板儲物盒、揚聲器面罩、前門內(nèi)飾板拉手盒、前門內(nèi)飾板扶肘、前門內(nèi)飾裝飾條等基本部件組成[6-9]，如圖1所示。前門內(nèi)飾板本體采用注塑工藝，由于采用粗皮紋，因此其拔模角度要大于5°，且拔模方向一般為Y向。前門內(nèi)飾板上飾板一般采用IMG工藝或搪塑工藝，觸感較好。

圖1 前門內(nèi)飾板組成

2 車門內(nèi)飾板的設計要求

2.1 車門地圖袋結(jié)構(gòu)形式

車門內(nèi)飾板下部儲物空間通常稱為地圖袋，一般由從背面裝配上去的一塊背板和車門內(nèi)飾板本體共同構(gòu)成，其連接方式大多采用熱鉚焊接[4]，熱熔柱直徑一般為6.5 mm，熱熔柱長度應高出門飾板本體10 mm，如圖2所示。為確保地圖袋的配合間隙，熱熔柱的布置間隙一般為100 mm～150 mm。焊接時，一般焊接柱同時起定位作用，定位間隙為0.1 mm，地圖袋與門飾板本體配合間隙為0.3 mm。

圖2 熱鉚焊熱熔柱

2.2 前門內(nèi)飾板人機布置要求

前門內(nèi)飾板人機布置要求包括前門內(nèi)飾板扶手設計、門內(nèi)開扣手設計等。

2.2.1 前門內(nèi)飾板扶手設計要求

前門內(nèi)飾板扶手起到支撐駕駛?cè)藛T手臂，提高駕駛舒適性的作用，其設計需滿足以下人機布置要求：

1）扶手布置高度與座椅SRP點的高度差推薦值為180 mm～220 mm[10]。

2）扶手前端布置位置滿足最小布置條件：當座椅移至最前方時，扶手前端在SRP點的正上方。

3）扶手后端布置位置滿足最小布置條件：扶手后端邊界在座椅SRP點往車后移動70 mm的位置上。

4）扶手前后最大傾角需滿足的條件：X軸±3°內(nèi)。

扶手人機布置要求如圖3所示。

圖3 扶手人機布置要求

2.2.2 內(nèi)開啟扣手設計要求

前門內(nèi)飾板需預留前門內(nèi)飾板內(nèi)開啟扣手安裝槽，其與開啟扣手的間隙一般在1.5 mm～2 mm之間，且開啟扣手的開啟角度一般在45°以內(nèi)，其關(guān)鍵設計尺寸如圖4所示。前門內(nèi)飾板上扣手安裝槽長度L2一般為110 mm～120 mm，扣手長度L1一般60 mm～80 mm，為便于操作，扣手安裝槽深度D2一般為60 mm～70 mm，扣手操作空間深度D1一般為35 mm～50 mm。

圖4 內(nèi)開啟扣手設計要求

2.3 前門內(nèi)飾板安裝方式

前門內(nèi)飾板通常采用鳥嘴型的卡子安裝在前門鈑金上，如圖5所示，鈑金孔尺寸為Φ7.4 mm，鈑金的沖孔方向從A面到B面，如圖6所示，避免鈑金沖孔毛刺影響門板的安裝。為了控制前門飾板與門鈑金的間隙以及確保開關(guān)門試驗門飾板不脫開，后邊界的卡子間距要求不大于180 mm，卡子到門飾板上邊界的距離最好在75 mm～85 mm之間，最好做關(guān)門試驗最終確定。其他不重要的地方卡子間距一般不大于250 mm，前下角和后下角最好能布置卡子以保證與門鈑金的間隙。

圖6 鈑金沖孔方向及安裝孔尺寸

2.4 前門內(nèi)飾板與內(nèi)水切的關(guān)系

水切是指車門玻璃下緣凹槽里的橡膠密封條，內(nèi)部叫內(nèi)水切，外部叫外水切，位于車窗玻璃和車門框架之間，在升降車窗玻璃的時候切去玻璃表面上的水滴、水霧及灰塵，同時也起到美觀作用。內(nèi)水切與門內(nèi)飾板的配合形式有兩種，分別為分體式和整體式，如圖7、圖8所示。分體式是指內(nèi)水切與門內(nèi)飾板分開往車身上裝配，水切先安裝，門內(nèi)飾板總成后安裝，安裝方向為Y向，門內(nèi)飾板與水切的Y向間隙為1 mm，Z向間隙視水切軟硬程度來確定，一般間隙為0～0.5 mm；整體式是指內(nèi)水切與門內(nèi)飾板裝配成一個總成后再一起往車門上裝配，安裝方向為先上下安裝，卡住鈑金后再旋轉(zhuǎn)安裝。

圖8 整體式水切配合形式

3 前門內(nèi)飾板模態(tài)分析

前門內(nèi)飾板在設計開發(fā)過程中需經(jīng)過各種試驗，在實際過程中，前門內(nèi)飾板在鵝卵石路和顛簸路面進行路試時常出現(xiàn)異響情況，因此有必要對其進行模態(tài)分析。

3.1 理論基礎

模態(tài)是結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析的基礎，包括固有頻率和振型，是振動系統(tǒng)的固有特性；對結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應、動載荷的產(chǎn)生和傳播以及結(jié)構(gòu)振動的形式等具有重要影響。作為具有有限個自由度的彈性系統(tǒng)，振動微分方程為：

式中，M為質(zhì)量矩陣；C為阻尼矩陣；K為剛度矩陣；x''(t)為加速度向量；x'(t)為速度向量；x(t)為位移向量；F(t)為作用在彈性體上的激勵。

3.2 有限元分析

將某一SUV前門內(nèi)飾板的三維模型導入HyperMesh有限元分析軟件中進行3D網(wǎng)格劃分，單元類型采用四面體網(wǎng)格，單元尺寸為3 mm，此有限元模型的單元總數(shù)為63 458個，節(jié)點總數(shù)為67 346個，約束前門內(nèi)飾板與鈑金所有卡接點的6個自由度。前門內(nèi)飾板的材料及材料相關(guān)參數(shù)如表1所示。模態(tài)分析如圖9所示，此門板的一階模態(tài)和二階模態(tài)分別為26.78 Hz和30.12 Hz，滿足前門內(nèi)飾板模態(tài)需避開發(fā)動機怠速共振頻率25 Hz的要求。

表1 前門內(nèi)飾板材料及材料相關(guān)參數(shù)

圖9 模態(tài)分析結(jié)果

4 結(jié)論

1）本文簡要概述了前門內(nèi)飾板的概念及組成部件，重點介紹了前門內(nèi)飾板地圖袋的結(jié)構(gòu)形式及前門內(nèi)飾板的人機布置要求，包括前門內(nèi)飾板扶手、門內(nèi)開扣手等的布置要求。同時還介紹了前門內(nèi)飾板與內(nèi)水切的結(jié)構(gòu)設計以及前門內(nèi)飾板的安裝方式。

2）針對前門內(nèi)飾板常出現(xiàn)異響的問題，利用常用的有限元分析軟件HyperMesh和ABAQUS進行前門內(nèi)飾板的模態(tài)分析，分析結(jié)果表明前門內(nèi)飾板的一階頻率和二階頻率分別為26.78 Hz和30.12 Hz，滿足前門內(nèi)飾板模態(tài)需避開發(fā)動機怠速共振頻率25 Hz的要求。