霍長(zhǎng)宏，陳健，楊春光

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230022)

某儀表板手套箱鎖止失效的研究

霍長(zhǎng)宏，陳健，楊春光

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230022)

對(duì)某系列商用車按壓式儀表板手套箱鎖止失效問(wèn)題進(jìn)行具體分析，并制定整改方案，理清了按壓式鎖止機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍。分析過(guò)程表明：受力狀況是影響按壓式手套箱鎖止功能的關(guān)鍵因素，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中要重點(diǎn)注意。文中的分析過(guò)程和得出的最終結(jié)論，為商用車領(lǐng)域儀表板手套箱設(shè)計(jì)提供了參考。

儀表板手套箱;鎖止失效；按壓式；雙點(diǎn)鎖止

Abstract:The failure problem of a kind of commercial vehicle push type glove-box was analyzed and the solution was set out,the applied range of the push type locking-device was defined.The analysis process indicates that stress condition is the key factor affecting the function of the push type locking-device which should be pay great attention during structure design.The analysis process and the conclusion provide reference for commercial vehicle push type glove-box design.

Keywords:Instrument panel glove-box;Locking failure;Push type;Two point lockup

0 引言

儀表板系統(tǒng)是整車內(nèi)飾中最重要的系統(tǒng)，是集功能性、安全性、舒適性和裝飾性于一身的部件，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接決定著整車內(nèi)飾的品質(zhì)。儲(chǔ)物設(shè)計(jì)是儀表板設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容，也是內(nèi)飾設(shè)計(jì)中最重要的課題之一。物品的多樣性、儲(chǔ)物空間的美觀舒適性以及儲(chǔ)物功能件的安全性，都越來(lái)越成為人們不斷追求的目標(biāo)，這對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求[1]。手套箱是儀表板系統(tǒng)中具有儲(chǔ)物功能的主要零件之一，也是儀表板中與人聯(lián)系最緊密的部件之一。 手套箱通常置于副駕駛的膝部前方，對(duì)汽車內(nèi)飾的整體感官效果至關(guān)重要[2]。其功能實(shí)現(xiàn)更是設(shè)計(jì)成功與否的第一要素。

文中從實(shí)際車型設(shè)計(jì)出發(fā)，詳細(xì)歸納總結(jié)了某商用車儀表板手套箱的失效現(xiàn)象、整改過(guò)程，最終形成解決問(wèn)題的方案?；谏钊氲睦碚撗芯坎⒔Y(jié)合市場(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)商用車領(lǐng)域儀表板大型手套箱設(shè)計(jì)有較高的指導(dǎo)作用。

1 失效問(wèn)題的出現(xiàn)

某公司某高端商用車小批量試裝車輛在道路試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)乘員側(cè)手套箱在行駛過(guò)程中自動(dòng)彈開(kāi)等故障，手套箱鎖止功能失效 (見(jiàn)圖1)。

作者隨機(jī)抽取同批試裝車輛5臺(tái)套進(jìn)行同等工況可靠性道路試驗(yàn)，5臺(tái)車輛的乘員側(cè)手套箱均出現(xiàn)行進(jìn)過(guò)程中的盒蓋自動(dòng)彈開(kāi)故障，拆解分析發(fā)現(xiàn)鎖鉤無(wú)損壞，鎖機(jī)構(gòu)失效。

2 手套箱設(shè)計(jì)可靠性要求

(1)耐久性試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：

①測(cè)試必須在相同的系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行；

②測(cè)試要在開(kāi)關(guān)10次/min的情況下進(jìn)行3 000次，測(cè)試后沒(méi)有變形、鎖止失效。

(2)耐疲勞試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：

①在正常溫度(-40±2)℃和條件下試驗(yàn)后樣件無(wú)變化；

②振動(dòng)條件：振幅2～2.5 mm,振動(dòng)加速度3.5g,時(shí)間24 h。

要求試驗(yàn)后，雜物盒無(wú)明顯變形，功能正常[3]。

(3)強(qiáng)化路路試試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：

滿足可靠性3×104km強(qiáng)化路試驗(yàn)無(wú)鎖止失效問(wèn)題[4]。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

商用車儀表板手套箱按其打開(kāi)方向可分為上翻式手套箱和下翻式手套箱。相比傳統(tǒng)的下翻式手套箱，上翻式手套箱具有造型新穎、打開(kāi)視野好和使用方便的特點(diǎn)，近年來(lái)尤為受商用車車企青睞，在其高端品牌商用車上使用(圖2)。如圖1所示，某系列商用車車型手套箱即為典型的上翻式手套箱結(jié)構(gòu)，由本體1、箱蓋2、緩沖墊3、鎖扣4、彈簧鉸鏈總成5、鉸鏈銷6、緊固件7、鎖鉤8組成(圖3)。使用盒蓋上鎖鉤與手套箱本體上的迷宮鎖扣機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)按壓鎖止(圖4)，使用鉸鏈和彈簧實(shí)現(xiàn)盒蓋翻轉(zhuǎn)打開(kāi)。

考慮到商用車用戶的使用要求，一般設(shè)置手套箱以儲(chǔ)物最大化為原則，其X、Y、Z三方向尺寸均比較大，從而導(dǎo)致盒蓋自身質(zhì)量較大。此車型手套箱盒蓋質(zhì)量即達(dá)到0.542 kg。

4 問(wèn)題分析及解決

4.1 問(wèn)題分析

4.1.1 實(shí)際檢測(cè)

首先，對(duì)鎖止失效問(wèn)題產(chǎn)生的原因從制造角度進(jìn)行分析。依次對(duì)本體、箱蓋、緩沖墊、鎖扣、彈簧鉸鏈總成、鉸鏈銷和鎖鉤進(jìn)行尺寸核查，結(jié)果制造誤差在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)；并對(duì)手套箱總成進(jìn)行檢具檢測(cè)，亦滿足總成檢具要求。

故制造和裝配誤差不是鎖止失效問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因。

4.1.2 理論校核

分析手套箱盒蓋的受力狀況，打開(kāi)狀態(tài)下，盒蓋承受自身重力、彈簧力；關(guān)閉狀態(tài)除重力和彈簧力外，還有緩沖墊彈力、鎖扣鎖止力；如需開(kāi)啟盒蓋，還需增加開(kāi)啟操作力。

(1)靜止?fàn)顟B(tài)下(圖5)，為保證盒蓋正常開(kāi)啟時(shí)能都在頂端停留，則T彈簧>TG

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·g·LG

其中：m=0.542 kg，彈簧力臂L彈簧=24 mm，重力力臂LG=91.15 mm，代入得

F彈簧≥20.58 N

此處如繼續(xù)增大手套箱大小，彈簧力將進(jìn)一步增大。

(2)開(kāi)啟操作力校核(圖6)

為保證Push結(jié)構(gòu)開(kāi)啟手感，一般要求開(kāi)啟操作力在15～25 N為宜。按受力狀態(tài)分析

T操作力>T彈簧+TBUMPER-TG-T鎖扣

T操作力=F操作力·L操作力

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T鎖扣=F鎖扣·L鎖扣

其中:m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F(xiàn)彈簧=21 N,L彈簧=24 mm，LG=91.15 mm，F(xiàn)BUMPER= 30 N,LBUMPER=198.2 mm，F(xiàn)鎖扣=8 N,L鎖扣=190.7 mm，代入得

F操作力≥37.22 N

與要求操作力相比，校核得出的操作力偏大，易造成開(kāi)啟手感不佳問(wèn)題，影響操作舒適性。

(3)關(guān)閉狀態(tài)整車向下加速度3g校核

由于商用車使用工況復(fù)雜，經(jīng)常在壞路山路等路面上行駛，偏硬的懸架系統(tǒng)也會(huì)帶來(lái)較大的駕駛室振動(dòng)加速度，此處以3g加速度進(jìn)行手套箱受力校核。

當(dāng)整車受到向下3g加速度時(shí)，

T鎖扣+TG

T操作力=F操作力·L操作力

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·4g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T鎖扣=F鎖扣·L鎖扣

其中：m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F(xiàn)彈簧=21 N,L彈簧=24 mm，LG=91.15 mm，F(xiàn)BUMPER=30 N,LBUMPER=198.2 mm，F(xiàn)鎖扣=8 N,L鎖扣=190.7 mm。代入得出T彈簧+TBUMPER遠(yuǎn)大于T鎖扣+TG，故鎖扣無(wú)法沿著Push方向運(yùn)動(dòng)，向上3g加速度時(shí)鎖扣脫開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)較小。

(4)關(guān)閉狀態(tài)整車向上加速度3g校核

當(dāng)整車受到向上3g加速度時(shí)

T鎖扣>T彈簧+TBUMPER+TG

T操作力=F操作力·L操作力

T彈簧=F彈簧·L彈簧

TG=m·2g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T鎖扣=F鎖扣·L鎖扣

其中：m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F(xiàn)彈簧=21 N,L彈簧=24 mm，LG=91.15 mm，F(xiàn)BUMPER=30 N,LBUMPER=198.2 mm,L鎖扣=190.7 mm。

代入得

F鎖扣>39.9 N

表1為鎖扣廠家給出的鎖扣技術(shù)要求。

表1 鎖扣技術(shù)參數(shù)

其中鎖扣能承受的最大濫用力為40 N，故此時(shí)需減小彈簧力大小，以保證鎖扣不脫開(kāi)。但彈簧力目前按保證盒蓋正常開(kāi)啟時(shí)能在頂端停留的最小值計(jì)算，沒(méi)有進(jìn)一步減小的空間。此處如繼續(xù)增加手套箱大小，鎖扣所承受的反向作用力還會(huì)進(jìn)一步增大，鎖止失效將更加頻繁。

由此來(lái)說(shuō)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)構(gòu)中使用的迷宮結(jié)構(gòu)鎖止更適用于小型手套箱和工況比較好(振動(dòng)加速度較小)的乘用車，而因?yàn)樯逃密囀痔紫浯笮突蜕逃密嚨妆P懸架偏硬、振動(dòng)加劇的特征，迷宮鎖不能滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

4.2 解決方案

鑒于上述分析，作者得出了以下結(jié)論：商用車大型上翻式手套箱應(yīng)避免使用按壓式手套箱結(jié)構(gòu)，從受力上看，應(yīng)盡量選擇解鎖方向與車輛所受上下加速度方向呈大角度的方案，重新設(shè)計(jì)新的鎖止結(jié)構(gòu)。那么解決問(wèn)題的方法眾多，查看現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)，分析鎖結(jié)構(gòu)在此系列商用車雜物盒上布置的可行性。 以下給出一種雙點(diǎn)鎖止方案的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

該結(jié)構(gòu)通過(guò)齒輪齒條實(shí)現(xiàn)雜物盒兩端鎖止(圖8)，解鎖方向與車輛所受上下加速度方向呈垂直設(shè)置，進(jìn)而將振動(dòng)工況對(duì)手套箱功能實(shí)現(xiàn)的影響降至最低。

5 總結(jié)

根據(jù)最終方案迅速啟動(dòng)重新開(kāi)發(fā)鎖機(jī)構(gòu)，完成后進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，未發(fā)生鎖止失效問(wèn)題，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確認(rèn)方案有效。將此結(jié)構(gòu)應(yīng)用于該品牌全系列車型，均無(wú)同類問(wèn)題再現(xiàn)。

通過(guò)此次分析和整改方案的制定，識(shí)別了按壓結(jié)構(gòu)手套箱的受力校核方法，從而明確其使用范圍，并給出大型上翻式手套箱推薦鎖止機(jī)構(gòu)，給商用車大型上翻式手套箱的設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

【1】 朱瑤杰,王建.乘用車手套箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)剖析[J].輕型汽車技術(shù)，2002(9):24-27.

【2】 普春杰.乘用車內(nèi)飾的色彩設(shè)計(jì)基本原則[J].客車技術(shù)與研究，2007(4)：31-33.

【3】 張志軍.汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)概論[M].北京:人民交通出版社,2008.

【4】 曹渡.汽車內(nèi)外飾設(shè)計(jì)與實(shí)戰(zhàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

ResearchonLockingFailureofaKindofInstrumentPanelGlove-box

HUO Changhong,CHEN Jian,YANG Chunguang

(Technical Center,Auhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230022,China)

2014-09-22

霍長(zhǎng)宏(1981—)，女，本科，工程師，現(xiàn)從事汽車內(nèi)外飾設(shè)計(jì)工作。E-mail：huo_changhong@126.com。