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1、技术研究院,内饰结构设计的基本方法-仪表板设计,K平台-朱莉,2,一、仪表板构成与分类二、仪表板设计原则三、仪表板设计流程四、仪表板的视野效核五、仪表板结构设计六、仪表板总成技术要求.七、CAE验证八、常见失效模式,目录,3,一、仪表板构成与分类,仪表板总成：是汽车的控制中心，是支撑各种仪表，指示装置和收音机等重要的功能件和装饰件的总成。通常有软化仪表板、硬塑仪表板,（1）硬塑仪表板由树脂材料一次注塑成型,具有成本低，质量轻的特点，常用材料有:改性PP、ABS等，仪表板材料要求耐热、耐湿且刚性好、不易变形。（2）软化仪表板 是由表皮，软化层、骨架构成 表皮材料多为为PVC或ABS材料 软化层材
2、料多为PUR或PE发泡材料 骨架为硬纸板、木纤维构成,4,软化仪表板加工工艺,（3）先将表皮真空吸塑成型，具体加工工艺是将吸塑好的表皮修剪后备用，置入发泡模腔内，再放上骨架，然后注入缓冲类发泡材料（如PU）而成型。由于半硬质PU泡沫的开孔性，因此它具有良好的回弹性，并能吸收50-70的冲击能量，安全性高，耐热，耐寒，坚固耐用 因为碰撞时应具有缓冲、吸能的功效、并具有良好的触感，减少乘员损伤，所以软化仪表板的应用越来越广泛。,5,二、仪表板设计原则,“三化”原则-标准化、通用化、系列化轻量化原则-采用软质材料、质量小继承原则-保持产品继承性创新原则-在继承的基础上要有所创新，改进上一代产品存在的
3、不足。同时要考虑仪表板总成的各部件的功能。,1、操控功能 2、乘坐功能 3、储物功能 4、照明功能 5、娱乐功能 6、信息功能 7、空调,出风等,6,三、仪表板设计流程,1.产品定义:1）首先确定仪表板总成的主要结构形式2）主要总成零部件构成及借用件情况3）主要技术性能指标4）预估总体目标成本及竞争对手产品对标分析2.结构可研性1）仪表板总成效果图、造型方案设计主要是结构件三维结构的初步设计2）仪表等功能件的布置及视野的校核3）重要结构件的强度分析(参照车型)3.技术设计1）仪表板总成上零部件详细的结构三维设计2）仪表、收录机、开关等功能件的布置及固定方式,并提供给电器3）出风口、烟灰盒等参数
4、的确定，并提供给生产厂家，进行二次设计4）仪表板横梁三维布置5）重要结构件强度分析,7,设计流程,4.工程设计1）零件图、总成图、装置图设计、明细表编写1）二次设计图的承认(厂家图)5.试制样件(RP)试制试装验证6.零部件试验1）可开启件及翻转件的寿命试验2）塑料件的耐冲击、抗老化、高低温耐久试验3）模拟实车震动噪声试验4）红外光照试验5）气候变化试验(冷热交变)7.整车道路试验主观感觉评价及震动指标(2万公里可靠性试验),8,四、仪表板的视野要求,1.可操作性满足人机工程学的要求2.视认性仪表盘的视认距离仪表盘位置的确定仪表罩上端界限仪表罩反光旋目,9,仪表板的视野要求,（1）仪表板总成的
5、区域划分仪表板总成包括结构件，功能件和装饰件三部分组成 结构件：仪表板板本体总成仪表板横梁、仪表罩、中控面板、杂物箱 总成及护板类总成等。功能件：仪表总成、出风格栅、收录机总成、开关总成、空调操纵面板、烟灰盒等。装饰件：相应部位的装饰板(见图1),10,仪表板总成的 区域划分图一,11,（1）仪表板区域划分,A区是驾驶员与副驾驶员的共用区,布置两者在座位上都能操作的开关,主要是附件方面的开关、收录机等，不要布置与行车直接有关的重要开关，但可把紧急操作开关如：警报开关布置在A区。B区驾驶员座位操作区，副驾驶员也可操作，不要将行车直接有关的开关布置在此区内，一般是将刮水器开关布置在此区。C区只有在
6、驾驶员座位的操作区，布置与行驶相关，而副驾驶员操作不到的开关如；点火开关、信号开关、电动后视镜开关等。D区A、B、C、以外的区域，一般将玻璃升降器及座椅的开关布置在此部位。,12,仪表板的可操作性将操作频率高的部件布置在手容易触及到的位置上，最大程度的满足人体工程学要求，应尽可能安排在双手垂手可得之处，目前在一些轿车，卡车上的控制开关已形成了围绕方向盘周围的卫星式操作系统 见(图2）图2（A）（B）,（2）仪表板的可操作性,13,图2-(C),14,（3）仪表板总成的视认性,仪表盘位置确定 驾驶员观察仪表的视角(即通过仪表平面的中心点和眼椭圆中心点的连线与仪表平面的夹角)应尽可能接近90的要求
7、,同时也要尽可能使驾驶员的视线处于最佳下视角30范围内。见（图）图,15,仪表板的目视距离确定见（表一）参考美国Hen-ry Dreyfus的推荐值即最大视距为711mm，最佳视距0mm另外还可参考英国默雷尔推荐的视距计算公式：.-.式中；最佳读取距离仪表板外廓长度在实际的设计中上述参数的确定不是孤立的，是需要通过综合平衡，进行协调之后确定表一,（4）仪表板的目视距离,16,仪表罩上端界线的确定原则汽车标准对各类汽车的前视野都有规定如：在设计中对汽车下视角不小于12国标规定：(长头车盲区应小于6米、平头车盲区应小于4米)，因此在仪表板整体布置中，首先在确定仪表位置及仪表罩高度时,要保证其不得越
8、过下视角的边界线，（驾驶员的视线处于最佳下视角30）范围内。见(图)图,（5）仪表罩上端界线的确定,17,仪表玻璃及仪表罩的反光现象，主要来自前风窗，侧窗的光照射到仪表盘、仪表罩框、风窗玻璃及门窗支柱上，光在反射出来。所以在确定仪表位置及罩框时，要效核光线的入射角及反射角，以避免反射光线与眼椭圆相交，造成驾驶员的眩目现象。遮光罩大小确定：应注意使仪表罩反射的光不进入驾驶员眼睛并且每个仪表的照明不得映射到前风档玻璃上。避免仪表板附件及装饰件的反光措施：将仪表板附件的可见部分处理成乌光或花纹，以达到避免眩目。,（6）仪表板的反光眩目,18,五、仪表板结构件设计原则,功能件的设计1、烟灰盒设计首先选
9、用现有的件，具有一定的容量，关闭时密封性好，以便将烟头快速熄灭。符合GB8410的阻燃性要求。材料多选用酚醛树脂。位置安装上，要注意不得与变速手柄或踏板干涉，避免布置在与出风口太近，以免吹散烟灰。2、收录机等电器件的选装应在设计之前选好样件，这样利于仪表板的结构设计，如果没有样件，那在造型做好的模型上选择外表面，在做里面的连接支架。要注意装配的位置应与模型上选择外表面成法向布置。3、杂物箱打开杂物盒时，为了缓和与乘员膝部的冲击，多采用回弹机构，在杂物箱外表面覆盖衬垫材料。在结构方面，应保证碰撞时即使周边变形、损坏，杂物箱也不应自动打开。4、遮光罩大小的确定应使仪表罩反射的光不进入驾驶员眼睛，并
10、且每个仪表的照明不得映射到前风档玻璃上。,19,.结构设计原则,零部件结构设计1、形状设计结构设计中主要应考虑有成型，脱模，尽量避免旁侧的凹陷结构或脱模方向，避免使模具采用侧抽芯等复杂的结构，尽量避免分型面留在可见表面上。2、产品尺寸由于塑料的流动性大,影响制件的尺寸设计，因此在设计中要对注射成型时流动性差的塑料和壁厚较薄的制件，尺寸不能设计的过大,过薄,因为熔融塑料未充满型腔前就已固化，或勉强充满，但料的结合处已不能很好的融合而形成冷接缝，会影响产品外观和机械强度。3、精度由于塑料的本身收缩范围大，含有水分和挥发物，因此制件的壁厚，几何形状，脱模斜度大小，孔，筋的位置都会影响尺寸精度。4、壁
11、厚仪表板上的塑料件壁厚一般在16mm范围内，最常用的数值为23mm,壁厚过大，不仅增加成本，也容易在表面产生气泡、缩孔、凹陷、壁厚过小、成型困难、且强度差。,20,5、拔模角度拔模角度是制件成型时的整体脱模方向，在制件的设计中应考虑筋、孔、翻边等结构按同一拔模方向设计。6、脱模斜度设计时必须考虑制件内外壁应有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与所用材料的种类、收缩率、制件的几何形状和壁厚、制件表面花纹等有关，在选择脱模斜度时可以考虑以下几方面因素：产品质量要求高的，应选择较小的脱模斜度形状复杂、不易脱模的应选用较大的脱模斜度制件壁厚较厚时，会使成型收缩较大，应选用较大的脱模斜度脱模斜度的方向根据塑件
12、的内外形尺寸而定，制件内孔，以型芯小端为准，满足尺寸要求，斜度在扩大方向取得；制件外形，以型腔（凹模）大端为准，满足尺寸要求，斜度在缩小方向取得不同材料，取不同的脱模斜度值，增强塑料宜取大，含自润滑剂等易脱模的材料可取小。表（二）为常见材料推荐的脱模斜度值。数值中如果没给出脱模斜度，要在图纸的技术要求中给出未注脱模斜度值。,21,各种材料推荐的脱模斜度（表二）,22,7、加强筋为了确保制件的强度和刚度，而又不致使产品的壁不增厚，在设计时需要在适当部位增加加强筋。加强筋还可以避免和减少产品的变形，在设计加强筋时应注意筋的方向应尽量与料流方向一致；为保证空心塑件基面平整，加强筋的端面应低于基面0.
13、5mm左右；加强筋之间的间距应取壁厚的2倍以上下图（图）是加强筋圆角、脱模斜度的计算公式图,23,8、圆角仪表板及其相关件，除使用上一定要求的尖角及因模具结构关系不能有圆角外，其余所有结合面处都应有圆弧过渡，因为圆角能避免应力集中，提高塑件强度，改善塑料的流动情况并使脱模容易，同时增加美观性。另外，制件上的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度，也是不可缺少的。如果产品无特殊要求时，各连接处均应有半径不小于0.51mm的圆角。对于内外表面的圆角，可采用如（图）所示的圆角半径9、装配孔根据需要在设计制件上各种装配孔和定位孔的位置时，应不影响产品的强度，并应尽量不增加模具制造的复杂性。孔与孔之间
14、的距离不应太小，一般取孔径的2倍以上，孔与边缘之间的距离取孔径的3倍以上，并需要在固定用孔和其它受力孔的周围设计一些凸边或加强筋以提高其强度10、凸凹纹、标记及符号在产品设计中，需要增加标记的符号时，可以在成型时直接压出，应尽量避免凹字。在设计外表面有条形花纹的手柄、按钮等，须使条纹方向与脱模方向一致，条纹的间距应尽可能大些便于制造和脱模,24,六、技术要求,1、仪表板外观：表面不允许有尖角、毛刺、凸凹等缺陷；在车的内部都不应看见泡沫或衬垫表皮边界；2、在行车中不允许有嗡嗡、吱吱、咯咯等异常噪声；3、颜色及花纹见样板：不允许出现如变色、起泡、粗糙等缺陷；4、出风口总成表面不允许有尖角、毛刺、凸
15、凹等缺陷；5、运动部件允许涂脂，总成装配后各操作应流畅，不能有异常的声音；6、水平叶片、垂直叶片调节力为24N；7、耐久性实验在室温下操作15000次，在-30下操作2500次，在80 下操作 2500次无异常；8、冷热交变实验90/4h-RT/1h40/2h-RT/1h,4个循环无异常。9、杂物箱锁总成不能有毛边、尖利、外形裂纹和模型分界线等缺陷；使用时不应有功能件断裂或“嘎叭”响声；10、杂物箱盖铰链总成应有足够的刚性和自由度，必须使杂物箱盖开关自如，操作轻便，没有异常响动；11、安全性：应满足GB内部突出物及 ECE等法规及国家相关的安全标准要求。12、材料阻燃性满足GB8410要求；,
16、25,七、CAE验证,1、三维运动校核、装配和干涉检查2、有限元强度计算、结构优化 采用CAE分析仪表板及横梁强度；计算仪表板总成的一阶频率，确保仪表板总成具有足够的刚度，避免行车时与车身产生共振。（通常车身的频率为2030Hz，座椅的频率为15Hz,仪表板为2830Hz，这样的频率分配可以避免行车中仪表板、座椅、车身各大总成产生共振。通过增加仪表板本体的强度，尽可能减少开孔面积，增加翻边和加强筋等。满足整车匹配性能要求）3、试制方式验证 通过快速成型（硅胶模、低压成型）的试制方式验证设计4、性能实验 高低温实验、模拟振动试验、耐久性试验、耐候及光照试验5、整车道路可靠性试验（2万公里）6、振动噪声试验,26,八.常见失效模式,1、卡扣类卡接件松动2、行驶中有噪音3、杂物箱锁等功能件失效4、外观不良，塑性及扭曲变形5、与车身连接螺钉松动6、各部件之间配合间隙不均匀7、表面结构件耐冲击、耐光照及耐候性差等8、材料散发难闻气味,27,参考标准GB/T15705 汽车驾驶员操作位置尺寸 GB11552 轿车内部突出物GBT11551 汽车乘员碰撞保护GBT8410 内饰材料燃烧特性CMVDR294 关于正面碰撞乘员保护的设计规则ECE/TRANS/505 内部安装件,28,谢 谢!,
