賴仕禎 周磊 何傳欣

摘 ?要：新能源汽車通過(guò)開啟充電口蓋后進(jìn)行充電，充電口蓋具有保護(hù)充電插座，并起到裝飾美觀作用。本文將結(jié)合某新能源汽車，闡述了一種簡(jiǎn)易塑料充電口蓋的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;充電口蓋;設(shè)計(jì);試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U463 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：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(xué)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(shè)計(jì)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(hù)的重要關(guān)鍵部分，打開充電口蓋時(shí)進(jìn)行充電，充電完成后需及時(shí)關(guān)閉。充電口蓋設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮造型、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、工藝、人機(jī)操作舒適性，周邊零件的整體美觀，運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)可靠性，成本等方面[1-3]。

2 ? ?充電口蓋的組成

一種簡(jiǎn)易充電口蓋及周邊零件如圖1所示。充電口蓋通過(guò)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(guò)按壓充電口蓋外板右側(cè)特征位置進(jìn)行開啟。

以上圖示對(duì)應(yīng)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(dòng)提醒開關(guān)、8轉(zhuǎn)軸套、9鎖銷等零件組成，其對(duì)應(yīng)爆炸圖如圖2所示：

3 ? ?充電口蓋的設(shè)計(jì)要求

為實(shí)現(xiàn)充電口蓋各種性能要求，需結(jié)合材料的選擇，零部件關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)控制，以及產(chǎn)品關(guān)鍵性能可靠性驗(yàn)證評(píng)估。

3.1 ? 材料的選擇及關(guān)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(duì)運(yùn)動(dòng)，使用相同材質(zhì)會(huì)導(dǎo)致零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生磨粉問(wèn)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(shí)充電口蓋主體開啟時(shí)，在太陽(yáng)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(huì)發(fā)生明顯的衰退。安裝座選擇具有相對(duì)高的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度PA6+GF30材料[6]，用于固定運(yùn)動(dòng)的充電口蓋主體，運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)零件不易發(fā)生變形、斷裂問(wèn)題。軸銷套用于防止彈簧與不銹鋼軸銷運(yùn)動(dòng)異響，轉(zhuǎn)軸套使用的PA6+GF30具有較好的強(qiáng)度，不易損壞。不銹鋼具有較高的強(qiáng)度，充電口蓋主體繞著運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生破壞斷裂變形。

3.2 ? 充電口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.1 充電口蓋主體

充電口蓋主體開啟運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，需要避讓前格柵，其特征形狀根據(jù)模擬運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)。圖3為該充電口蓋主體預(yù)變性前后重疊效果圖，為滿足零件運(yùn)動(dòng)以及開啟后零件抵抗外力作用所需的強(qiáng)度要求，零件內(nèi)部需設(shè)計(jì)必要加強(qiáng)筋條以及結(jié)構(gòu)特征，在注塑過(guò)程復(fù)雜的特征結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與前格柵干涉，以及裝配的間隙與理論設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)，需進(jìn)行模流分析，并根據(jù)模流分析的結(jié)果，提前考慮預(yù)變形趨勢(shì)，在原有理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，重新修正設(shè)計(jì)，可有效避免充電口蓋運(yùn)動(dòng)過(guò)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(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

充電口蓋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)充電口蓋日常開啟以及關(guān)閉的主要要部分，圖4為充電口蓋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不銹鋼軸銷穿過(guò)安裝座的上端固定孔，再將充電口蓋主體、彈簧，轉(zhuǎn)軸套串在一起，最后不銹鋼軸銷穿過(guò)安裝座下端固定孔。鋼軸銷上端有法蘭結(jié)構(gòu)，防止充電口蓋開啟過(guò)程轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性下掉脫落。同時(shí)，鋼軸銷上端與上安裝座孔固定位置存在壓花結(jié)構(gòu)，壓花與安裝孔過(guò)盈0.15mm，避免轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸銷跟轉(zhuǎn)松脫。充電口蓋主體實(shí)現(xiàn)繞著固定在安裝座上下兩端的不銹鋼軸銷運(yùn)動(dòng)，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(shí)軸銷跟轉(zhuǎn)。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(dāng)充電口蓋主體旋轉(zhuǎn)至90°時(shí)，與安裝座上設(shè)計(jì)的限位筋接觸，達(dá)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(yùn)動(dòng)

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(shí)現(xiàn)外觀設(shè)計(jì)美觀，以及充電口蓋運(yùn)動(dòng)過(guò)程不會(huì)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(shè)計(jì)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(guò)造型特征優(yōu)化來(lái)弱化兩者的段差。

依據(jù)以上的尺寸關(guān)系要求，對(duì)零件進(jìn)行UG軟件運(yùn)動(dòng)模擬分析見圖6。充電口蓋開啟到極限角度過(guò)程時(shí)，結(jié)合充電口蓋的重量、Y向長(zhǎng)度等因素，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與其他零件的相對(duì)間隙要求大于等于1.5mm。

3.2.4 微動(dòng)開關(guān)提醒結(jié)構(gòu)

微動(dòng)開關(guān)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(guān)閉到位。當(dāng)充電口蓋關(guān)閉時(shí)，充電口蓋主體一直按壓著微動(dòng)開關(guān);當(dāng)充電口蓋解鎖后，彈簧作用力將其充電口蓋主體彈出，微動(dòng)開關(guān)接地 OV，相應(yīng)的信號(hào)會(huì)輸入給BCM，并在儀表上顯示未關(guān)閉充電口蓋，微動(dòng)開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7所示：

3.3 ? 關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)功能性能要求

充電口蓋需要滿足運(yùn)動(dòng)功能的可靠性，針對(duì)關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)功能的可靠性，制定合理的試驗(yàn)項(xiàng)目，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證分析。完整的驗(yàn)證需要結(jié)合路試、整車試驗(yàn)、零部件臺(tái)架試驗(yàn)、客戶操作使用、感知評(píng)估等多方面評(píng)估。為驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，可以根據(jù)表2中試驗(yàn)方法和參數(shù)，在模擬裝車狀態(tài)下進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，初步快速判定運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文從充電口蓋材料的選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)控制，運(yùn)動(dòng)開啟原理分析，微動(dòng)開關(guān)提醒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及臺(tái)架試驗(yàn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。闡述了一種簡(jiǎn)易塑料充電口蓋的設(shè)計(jì)，將可作為類似零件的設(shè)計(jì)優(yōu)化參考、可靠性試驗(yàn)方案借鑒。

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