簡(jiǎn)析汽車儀表板設(shè)計(jì)方法

史在委

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

簡(jiǎn)析汽車儀表板設(shè)計(jì)方法

史在委

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

儀表板是汽車內(nèi)飾中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，零部件數(shù)量最多的總成零件。儀表板的外觀質(zhì)量和風(fēng)格決定了客戶對(duì)整車內(nèi)飾的評(píng)價(jià)，它包括了許多功能性的零件，如組合儀表、音響娛樂系統(tǒng)、各種電器開關(guān)、空調(diào)控制器等等零件，同時(shí)在儀表板設(shè)計(jì)上還涉及到許多安全法規(guī)的要求，如駕駛員可視區(qū)域的要求。頭部撞擊的要求、膝部撞擊的要求等。所以儀表板的設(shè)計(jì)有著較高的設(shè)計(jì)難度。

儀表板；人體布置；斷面

CLC NO.:U463.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-34-04

1 儀表板零件簡(jiǎn)介

儀表板總成是汽車座艙系統(tǒng)(COCKPIT)的重要組成部分，它包含的零部件種類和數(shù)量要看座艙系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和對(duì)它如何劃分，一般而言，儀表板總成由以下幾部分組成：

（1）儀表板本體，它是座艙系統(tǒng)的載體和框架。從觸感上可分為硬塑儀表板和軟化儀表板。硬塑儀表板一般用于低價(jià)的家庭用車，如CORSA儀表板和秦川儀表板。為了提高儀表板的外觀質(zhì)量（大型注塑件上易產(chǎn)生注塑缺陷）和觸感，常常在儀表板的表面噴涂軟觸漆。另一類是軟化的儀表板，可以通過發(fā)泡材料在表皮和骨架之間發(fā)泡，或是將帶有泡沫背基的表皮復(fù)合到儀表板骨架上來達(dá)到軟化的效果。第一種方式可以制造形狀復(fù)雜的儀表板，外觀和觸感較好，但模具、設(shè)備的投入較大；第二種方式只適應(yīng)于較平坦的儀表板，泡沫的背基一般為3－4毫米，但工藝單，投入較少。

（2）各種電器儀表、開關(guān)及音響娛樂系統(tǒng)。這些都是一些功能性的零件，如組合儀表、車燈開關(guān)、收音機(jī)、保險(xiǎn)盒、繼電器盒等

（3）通風(fēng)系統(tǒng)，主要由空調(diào)機(jī)、空調(diào)控制器、各種風(fēng)道和出風(fēng)口組成，提供汽車除霜除霧功能及車內(nèi)環(huán)境溫度控制。

（4）副駕駛側(cè)安全氣囊，它是現(xiàn)代汽車必備的安全設(shè)備，通常氣囊系統(tǒng)由氣體發(fā)生器、氣袋、安裝金屬框架、氣囊導(dǎo)向框架和氣囊蓋板組成?，F(xiàn)流行沒有氣囊蓋板的氣囊，它是用激光切割儀表板的背面，POLO和AUDIA6的儀表板就是無縫氣囊。

（5）手套箱和各種儲(chǔ)物盒

（6）各種各樣的裝飾面板

（7）金屬加強(qiáng)粱，加強(qiáng)粱承受了座艙系統(tǒng)各個(gè)零件的載荷，包括氣囊發(fā)射的動(dòng)載荷及轉(zhuǎn)向管柱、方向盤、收音機(jī)、組合儀表、手套箱等的靜載荷。所以COCKPIT都有強(qiáng)大的加強(qiáng)粱。

（8）各種各樣的電子線束.

以上8部分零件再加上方向盤和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，就是一個(gè)完整的COCKPIT系統(tǒng)了。COCKPIT可以在儀表板生產(chǎn)廠家進(jìn)行預(yù)裝配，然后以模塊的形式安裝到整車上，可以減少整車廠裝配線的長(zhǎng)度，提高效率，降低成本，是目前國(guó)際上流行的生產(chǎn)方式。

2 儀表板的設(shè)計(jì)流程

儀表板的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 儀表板的設(shè)計(jì)流程

3 儀表板設(shè)計(jì)流程介紹

在此階段，要分析需要設(shè)計(jì)的車型的市場(chǎng)定位及所有競(jìng)爭(zhēng)車型的情況，同時(shí)了解客戶對(duì)設(shè)計(jì)的總體要求，并且分解到具體零件的設(shè)計(jì)要求上。

設(shè)計(jì)風(fēng)格可以有運(yùn)動(dòng)型、家庭型、舒適型、豪華型、親和型等等，在確定風(fēng)格后，就可以決定儀表板上的特征。

通常設(shè)計(jì)師要繪制很多張?jiān)O(shè)計(jì)效果圖，通過評(píng)審，提煉后完成5張效果圖提供給客戶選擇。

在參考了客戶的選擇之后，完成一到兩張能夠達(dá)到照片效果的效果圖。需要應(yīng)用一些電腦軟件來完成。

用粘貼膠帶在1：1的圖紙上繪制儀表板的外形和特征，將效果圖的信息轉(zhuǎn)換到車身空間上。

在這一階段，需要有工程設(shè)計(jì)的信息輸入，完成初始曲面后可以用于加工初始油泥模型。有了5個(gè)主斷面的信息，可以決定油泥加工原料的尺寸。

SITTINGBUCK是根據(jù)汽車車身的尺寸，用木材、FOAMBLOCK、POLYWOOD等材料制作與車身一致的框架用于放置油泥模型。油泥模型的制作需要很高的技巧和創(chuàng)造性的工作。一般油泥完成后需要進(jìn)行評(píng)審，評(píng)審時(shí)通常需求對(duì)儀表板進(jìn)行一些裝飾，如在表面裹縛表皮或噴涂油漆和皮紋，使得其外觀接近實(shí)際產(chǎn)品。在制作油泥模型時(shí)，需要有人體布置、人體工程學(xué)、儀表板布置、制造工藝、裝配工藝等多方面的信息輸入。油泥模型的精度一般可達(dá)到±2mm，德國(guó)大眾公司往往將模型的精度控制在1毫米，但需要時(shí)間和費(fèi)用。

可以用多種方法掃描油泥模型,如接觸式的三坐標(biāo)掃描，激光掃描和高精度光學(xué)照相機(jī)拍照等，可以采集到反映油泥模型形狀的數(shù)學(xué)點(diǎn)云。

高質(zhì)量的A表面是產(chǎn)品具有高質(zhì)量外觀和配合的基礎(chǔ)。對(duì)CLASSASURFACE的要求不同主機(jī)廠有不同的要求，不同的CAD軟件能夠達(dá)到不同的精度。ALLIAS和ICEAMSUF是主要的CAD軟件，相比較ICEAMSUF更專業(yè)一些。CLASSA曲面質(zhì)量可以用CAD軟件的高光、反射線、高斯曲率等工具檢查曲面是否有波紋，面片之間是否有縫隙和是否曲率連續(xù)。CLASSA曲面的精度要達(dá)到0.01毫米，相切的面片的角度偏差不超過1.4分（0.02度）。通常也可以將所有面片連成一個(gè)SKIN，然后篇一個(gè)厚度，生成一個(gè)殼體，如果能夠成功，說明曲面的縫隙和連續(xù)性是可以接收的。在這個(gè)階段必須注意的是，CLASSA曲面必須完全按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供的斷面，并且完成所有可見面上的園角和第一個(gè)翻邊，定義所有的間隙大小，這樣可以保證工程師在以后的造型中完全按照造型師的設(shè)計(jì)。

在CLASSA曲面發(fā)布之前，一般需要用數(shù)控加工一個(gè)模型，與油泥模型比較。只是因?yàn)樵谧鯟LASSA表面時(shí)，往往都根據(jù)掃描點(diǎn)云作一些微調(diào)，需要在發(fā)布前在作一次檢查。

人體布置是根據(jù)SAE或ISO標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定假人在車中的位置。包括H點(diǎn)、眼橢圓、腳蹤點(diǎn)、肩膀?qū)挾鹊刃畔?，為人機(jī)工程研究提供參數(shù)。

涉及到儀表板的人機(jī)工程研究主要包括：組合儀表可視區(qū)域研究、儀表板在組合儀表區(qū)域遮擋直射光線和反射光線研究、手操作空間研究、腿部空間研究、頭部撞擊區(qū)域研究等。通過這些研究，才能保證可操作性和人體的舒適性。

5個(gè)主斷面包括：A)通過左出風(fēng)口斷面,主要顯示風(fēng)道與除霧、除霜風(fēng)口的連通方式，空調(diào)出風(fēng)口的安裝方式，大燈開關(guān)的安裝方式，保險(xiǎn)絲盒、繼電器盒及駕駛員下蓋板的安裝方式等空間布置。B)通過駕駛員中心的斷面，主要顯示組合儀表的安裝方式、組合儀表罩蓋的安裝方式及轉(zhuǎn)向柱和方向盤的信息。C)通過車身中心的斷面，主要顯示空調(diào)機(jī)與風(fēng)道的連接方式、中央面板的安裝方式、空調(diào)出風(fēng)口與風(fēng)道連通方式及安裝方式、收音機(jī)安裝方式、儀表板與副儀表板、空調(diào)控制器安裝方式等。D)通過副駕駛員中心的斷面，主要顯示副駕駛氣囊的結(jié)構(gòu)和安裝方式、手套箱結(jié)構(gòu)和安裝方式。E)通過右出風(fēng)口斷面,主要顯示風(fēng)道與除霧、除霜風(fēng)口的連通方式，空調(diào)出風(fēng)口的安裝方式。有以上這5個(gè)原理斷面，儀表板的基本設(shè)計(jì)概念就完成了，這些斷面要提供給油泥制作，決定初始油泥的尺寸。

這個(gè)階段是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段，將在后文詳細(xì)介紹一些設(shè)計(jì)規(guī)則和要點(diǎn)。完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以說儀表板的設(shè)計(jì)的80%已經(jīng)完成，它包括所有零部件的工作方式，安裝方式，空間布置等，可以輸出給外表面造型。

零件造型是根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙和已發(fā)布的外表面，建立產(chǎn)品的三維數(shù)學(xué)模型。在造型的過程中，可能發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤、或發(fā)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

產(chǎn)品工程圖紙的作用隨著CAD技術(shù)的提高而不斷的減弱，工程圖紙上可以只包括一些技術(shù)信息、關(guān)鍵裝配尺寸公差信息、GD&T信息，所有的產(chǎn)品尺寸可以在3維模型上得到?，F(xiàn)在有些軟件甚至可以在3維模型上標(biāo)注GD&T信息。這些信息主要是為了檢驗(yàn)產(chǎn)品，制作產(chǎn)品檢具提出要求。

4 儀表板系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)則

（1）儀表板一般提供最少4個(gè)出風(fēng)口，通?？照{(diào)出風(fēng)口的作用范圍達(dá)到車廂內(nèi)50%的空間。

（2）當(dāng)駕駛者坐在最遠(yuǎn)的位置時(shí)，駕駛側(cè)出風(fēng)口可調(diào)節(jié)吹風(fēng)方向，吹到駕駛者右肩；中間出風(fēng)口可以吹到駕駛者左肩；同樣，當(dāng)副駕駛者坐在最遠(yuǎn)的位置時(shí)，副駕駛側(cè)出風(fēng)口可調(diào)節(jié)吹風(fēng)方向，吹到副駕駛者左肩。

（3）出風(fēng)口向上應(yīng)能夠吹到99%的眼橢圓，向下應(yīng)能夠吹到假人的H點(diǎn)。

（4）所有的出風(fēng)口最少高于前座椅H點(diǎn)356毫米；從出風(fēng)口作到99%眼橢圓的切線，切線長(zhǎng)度不大于653毫米。

（5）出風(fēng)口需布置在沒有任何零件（方向盤、駕駛側(cè)氣囊、控制器）阻擋氣流吹向目標(biāo)的地方，能夠吹到人腰部以上80%的空間。如果不能，就要考慮輔助出風(fēng)口。

（6）冷凝機(jī)、熱交換器、壓縮機(jī)與裝在同一表面上的零件的最小間距為3毫米；空調(diào)風(fēng)道、除霧器、感應(yīng)器與儀表板上安裝的線束、儀表板加強(qiáng)件、其余儀表板安裝件之間的最小間距為6毫米；熱空調(diào)的EATC控制總成與儀表板上安裝的線束、儀表板加強(qiáng)件、其余儀表板安裝件之間的最小間距為12毫米；儀表板上安裝的中央空氣分配器、除霜器噴嘴與煙灰缸、杯托、收音機(jī)、CD機(jī)之間的最小間距為12毫米；冷凝機(jī)、熱交換器與裝在不同一表面上的零件的最小間距為15毫米；

（7）除霜器噴嘴必須布置在距前擋風(fēng)玻璃底部45毫米到100毫米的范圍內(nèi)。

（8）從駕駛者99%眼橢圓看去，不能從前擋風(fēng)玻璃C區(qū)域和側(cè)面車窗上透視看反光鏡的區(qū)域看到顯示零件的反光。每個(gè)顯示屏發(fā)出的光線不能反射到其他儀表上。

（9）在儀表板上任何部位上安裝的裝飾板，當(dāng)20N的力作用在1.5平方厘米的范圍上，變形不超過1.5毫米。

（10）儀表板系統(tǒng)要求在－40度到82度的環(huán)境溫度下，40度時(shí)相對(duì)濕度達(dá)到90%，滿足外觀和功能的要求。

（11）儀表板設(shè)計(jì)的可靠性目標(biāo)：2年內(nèi)或30，000MILES98%；6年內(nèi)或90，000MILES94%；10年內(nèi)或150，000MILES90%。

（12）儀表板設(shè)計(jì)必須符合轎車內(nèi)部凸出物的法規(guī)要求。

（13）滿足防止儀表板在車窗上產(chǎn)生倒影的要求。

（14）滿足頭部撞擊的要求。

（15）煙灰缸打開和關(guān)閉的最大作用力：抽拉形式-15N；PUSH－PUSH形式15N；其余形式-10N。

（16）前煙灰缸打開的寬度為100毫米，打開的面積為5000平方毫米；總?cè)莘e為200立方厘米；后煙灰缸打開的寬度為75毫米，打開的面積為2000平方毫米；總?cè)莘e為80立方厘米

（17）將煙灰缸缸體轉(zhuǎn)入或取出的作用力為：

（18）煙灰缸蓋在受到11N的載荷時(shí)，Y方向變形＜5毫米；Z方向變形＜3毫米

（19）在手不接觸到滅煙處的情況下，煙灰缸缸體可以很方便的取出。

（20）在所有的環(huán)境溫度下（最低為－35攝氏度），受到125毫米直徑重6.5公斤（35±10肖式硬度）的圓球，以2.5m/s速度撞擊，儀表板可以滿足外觀的要求。

（21）杯托上可以放置最小75毫米直徑的容器，深度不小于40毫米。

（22）杯托的最大開啟和關(guān)閉力為：

（23）杯托的插入的部分在其中心受到4.5N的載荷，在43攝氏度和90%相對(duì)濕度環(huán)境下，放置24小時(shí)后，杯托能夠滿足所有的功能。

（24）儀表板系統(tǒng)上的零件經(jīng)過3次拆裝后，所有的飾板經(jīng)過6次拆裝后，儀表板應(yīng)滿足所有外觀和功能的要求。

表1

（25）當(dāng)儀表板暴露在自然環(huán)境下，當(dāng)儀表板處于空調(diào)引起的快速冷熱時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能發(fā)出可辨的噪聲。

（26）煙灰缸缸蓋翻開；杯托門從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)的時(shí)間為0.3秒～1.4秒。

（27）用鑰匙開啟儀表板和副儀表板上鎖的作用力距不超過0.1Nm。

（28）在布置儀表板上各個(gè)部件時(shí)應(yīng)滿足：

5 結(jié)束語

儀表板設(shè)計(jì)是一復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作,本文中提出的一些數(shù)據(jù)都是一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨著汽車制造工藝的不斷提高，這些數(shù)據(jù)顯得有一些保守，還要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)制造工藝水平，進(jìn)行正確的判斷，但設(shè)計(jì)的方法和原理是大同小異的。

[1] 郭竹亭.汽車車身設(shè)計(jì).[M]長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1992.

[2] 朱崇武.汽車車身設(shè)計(jì)手冊(cè)（車身、非金屬、電氣）.[Z]長(zhǎng)春汽車研究所.1998.

[3] 國(guó)斌.汽車車身制造工藝.[M]長(zhǎng)春:吉林人民出版社,1984.

[4] 汽車工程手冊(cè).編輯委員會(huì),汽車工程手冊(cè)(設(shè)計(jì)篇).人民交通出版社,2001.

Research on the Car Interior Instrument Panel Design Method

Shi Zaiwei
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The Instrument Panel (IP) is one of the most important parts of Car Interior, and it includes the maximum parts and assembly. The quality and styling of the appearance always influence the client’s estimate of the whole Interior. IP includes many functionality parts, such as: meter cluster, DVD display system, Switchs, Air-conditioning System, etc. And then, there are many requirements in safety system and statute area of IP design work, such as: dirver view requirement, head impact requirement, knee impact requirement, etc. So, it has superior difficulty for the IP design work.

Instrument Panel (IP); Dummy Layout; Section

U463.7

A

1671-7988(2017)15-34-04

史在委，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.012