崔金利

（江鈴汽車(chē)股份有限公司 產(chǎn)品研發(fā)總院，江西 南昌 330001）

儀表板系統(tǒng)是整車(chē)內(nèi)飾中最重要、最復(fù)雜的系統(tǒng)，其造型風(fēng)格、外觀質(zhì)量以及所包含的功能配置直接影響整車(chē)內(nèi)飾的品質(zhì)[1]。儀表板系統(tǒng)通常包含儀表板總成、副儀表板總成、轉(zhuǎn)向護(hù)罩總成等零部件。其中儀表板總成主要包含本體（軟質(zhì)、硬質(zhì)）、前除霜風(fēng)管、組合儀表罩、左下護(hù)板、雜物箱、左右側(cè)飾板、風(fēng)口、儲(chǔ)物盒、裝飾件等零件，其周邊匹配零件較多，如前擋玻璃，前圍鈑金，A柱，轉(zhuǎn)向護(hù)罩等，因此，本文針對(duì)儀表板系統(tǒng)，簡(jiǎn)單介紹其在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中與周邊件的匹配關(guān)系。

汽車(chē)的各種異響歷來(lái)都是投訴榜的前排問(wèn)題，對(duì)整車(chē)品質(zhì)有極大的影響，在車(chē)輛開(kāi)發(fā)前期，必須重視并盡快解決異響問(wèn)題[2]。儀表板總成區(qū)域由于周邊零件較多，因此，在路試耐久時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)異響問(wèn)題，本文針對(duì)此情況，利用常用的有限元分析方法，在設(shè)計(jì)階段就對(duì)儀表板總成進(jìn)行模態(tài)分析，降低后續(xù)零件試制過(guò)程中出現(xiàn)異響問(wèn)題的概率。

1 儀表板概述

儀表板按舒適性可分為硬質(zhì)儀表板、軟質(zhì)儀表板。硬質(zhì)儀表板其本體是注塑工藝制成并表面腐蝕皮紋，因其工藝簡(jiǎn)單、投資低等優(yōu)勢(shì)普遍用于中低檔車(chē)。軟質(zhì)儀表板是在注塑骨架外吸附并黏結(jié)或在注塑時(shí)復(fù)合表皮，使其外觀有皮質(zhì)感，同時(shí)在骨架和表皮之間填充聚氨酯泡沫，吸塑表皮的背面也可以直接附帶一層泡沫，這樣既提高觸感又增加吸收能量的能力[3]。目前表皮主要有真空熱成形表皮和搪塑表皮，真空熱成型表皮可分陽(yáng)模真空吸附表皮和陰模真空吸附表皮，三種不同的表皮成型工藝優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示，由于陽(yáng)模真空吸附成型工藝會(huì)使表皮皮紋深淺不一，外觀不太接受，目前軟質(zhì)儀表板使用較多的是陰模真空吸附成型及搪塑工藝。

表1 三種不同成型工藝的性能

2 儀表板與周邊件匹配設(shè)計(jì)要求

2.1 儀表板與A柱上飾板搭接關(guān)系

硬質(zhì)儀表板與A柱上飾板的間隙一般定義為0.5 mm，軟質(zhì)儀表板與A柱上飾板的間隙可定義為0 mm。為確保儀表板與A柱上飾板匹配美觀，一般儀表板上設(shè)計(jì)有限位插槽，A柱上飾板上至少有兩個(gè)插片插入到儀表板對(duì)應(yīng)插槽內(nèi)，以便控制儀表板與A柱上飾板的Y向間隙，如圖1(a)所示。A柱上飾板下端需要有一段直線段與儀表板搭接，且搭接深度至少6 mm，確保良好的匹配外觀，如圖1(b)所示。

圖1 儀表板與A柱匹配關(guān)系

2.2 儀表板與前擋玻璃搭接關(guān)系

儀表板前端分模線與前擋玻璃的配合間隙L3一般為5～8 mm，為了密封與減震，儀表板前端需粘貼海綿，海綿尺寸L4推薦使用10 mm×10 mm，為保證海綿壓縮后不被視線所看到，海綿粘貼區(qū)域要在儀表板分模線以下，且分模線到儀表板末端邊界距離L1一般為15～18 mm。在儀表板分模線處，通常預(yù)留0.5 mm 的寬度，便于上下模具拼接方便[4]，降低分模線出現(xiàn)毛刺的風(fēng)險(xiǎn)。為防止異響，要求儀表板本體末端與前圍鈑金的配合間隙L2不小于6 mm，本公司規(guī)范推薦8 mm以上，如圖2所示。

圖2 儀表板與前擋玻璃匹配關(guān)系

2.3 儀表板與前圍鈑金匹配設(shè)計(jì)

儀表板前端搭接在前圍鈑金上，配合間隙保證在6 mm以上，防止干涉異響。本公司一般有兩種類(lèi)型的儀表板與前圍鈑金匹配結(jié)構(gòu)。一種是用卡簧先卡在前圍鈑金上，儀表板上有插片，通過(guò)插片插入到卡簧上，控制Z向配合尺寸，而Y向尺寸放開(kāi)，如圖3(a)所示。另一種就是聚甲醛（Polyformaldehyde, POM）固定座，先與前圍鈑金上的銷(xiāo)子固定，再與儀表板進(jìn)行對(duì)接，如圖3(b)所示。儀表板與前圍鈑金間支撐點(diǎn)要求分布合理，考慮公差累積影響，支撐點(diǎn)間距盡量控制在 300～400 mm，最好350 mm以下，應(yīng)避免塑料件 和鈑金件直接配合，否則容易造成塑料件的磨損。儀表板與前圍鈑金的配合結(jié)構(gòu)盡量布置靠近儀表板前端，可見(jiàn)性好[5]，在裝配時(shí)工人站在前艙外可以很方便地看到，以便指導(dǎo)模塊安裝工人操作，儀表板上配合結(jié)構(gòu)Z向高度不要太高，以免形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度弱，難以裝配到位。

圖3 儀表板與前圍鈑金匹配關(guān)系

3 儀表板模態(tài)分析

3.1 有限元模態(tài)分析理論基礎(chǔ)

模態(tài)是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析的基礎(chǔ)，包括固有頻率和振型，是振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性；對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、動(dòng)載荷的產(chǎn)生和傳播以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)的形式等具有重要影響，在儀表板設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)進(jìn)行模態(tài)分析，可以提前判斷存在異響的可能性。作為具有有限個(gè)自由度的彈性系統(tǒng)，振動(dòng)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。為加速度向量；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(lì)。

在無(wú)阻尼自由振動(dòng)情況下，進(jìn)行傅式變換可得

變換為特征方程：

式中，ω為系統(tǒng)固有頻率；φ為系統(tǒng)振型。

3.2 有限元模態(tài)分析

將由 Catia創(chuàng)建的儀表板模型導(dǎo)入到Hypermesh有限元分析軟件中進(jìn)行3D網(wǎng)格劃分，儀表板模型包含儀表板本體，管梁、手套箱，左、右端蓋等，單元類(lèi)型為六面體及四面體單元，單元尺寸為4 mm，單元總數(shù)為217786個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為216385個(gè)，零件材料及材料特性如表2所示，約束儀表板和管梁及車(chē)身所有固定點(diǎn)的6個(gè)自由度，通過(guò)Abaqus求解器進(jìn)行求解，計(jì)算儀表板的模態(tài)，由圖4可知，儀表板的一階和二階模態(tài)分別為45.3 Hz和51.2 Hz，滿足公司標(biāo)準(zhǔn)儀表板自然頻率不小于32 Hz的要求。

圖4 儀表板一階、二階模態(tài)

表2 儀表板材料特性

4 結(jié)論

本文介紹了儀表板的分類(lèi)，及軟質(zhì)儀表板搪塑工藝，陽(yáng)模真空吸附和陰模真空吸附工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，并簡(jiǎn)要概述了儀表板與A柱上飾板、前擋玻璃、前圍鈑金等周邊件的匹配設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)車(chē)型開(kāi)發(fā)提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)零件試制過(guò)程常出現(xiàn)儀表板由于設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的異響問(wèn)題，在零件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中利用常用的有限元分析軟件對(duì)某一儀表板進(jìn)行模態(tài)分析，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)提前驗(yàn)證儀表板設(shè)計(jì)的合理性，通過(guò)分析，零件的設(shè)計(jì)符合本公司標(biāo)準(zhǔn)要求，從而可減少相應(yīng)的修模費(fèi)用。