汽車門內飾板設計及有限元分析

萬全明

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330010）

汽車門內飾板是駕駛艙內飾系統除儀表板外最重要的外觀內飾件，其設計的成功與否一定程度上決定了車輛是否受顧客青睞。汽車門內飾板位于駕駛艙，它除了反映汽車內部空間的功能之外，還是人們體驗駕駛樂趣、感受汽車內在品質及滿足消費心理需求、品味空間舒適度的主要載體[1]。因此，汽車門內飾板的設計非常重要。

1 門內飾板的成型工藝

門內飾板按其成型工藝可以分為硬質門內飾板和軟質門內飾板。1）硬質門內飾板其本體及扶手等各組成件都是注塑成型，無軟包件，工藝簡單，成本較低，但塑料感太強，給人一種低端內飾的感覺，因此，目前此種方式的門內飾板使用不多。2）軟質門內飾板是在扶手或扶手處裝飾板用軟包工藝，既提高觸感又增加吸收能量的能力，使駕駛感更舒適，目前一般都采用此種方式的門內飾板。

根據軟包處表皮的成型工藝可以分為陽模真空成型、陰模真空成型以及搪塑成型工藝。1）陽模真空成型是將表面帶有紋理的母皮進行加熱，當表皮達到拉伸成型溫度要求時，上升陽模，使加熱表皮與陽模形成真空腔，開啟陽模真空抽吸系統，使表皮緊貼于陽模表面，冷卻后脫模，制得定型的表皮，成型表皮即可轉入下道發泡成型工序。陽模真空成型的優點是模具投資小，壽命長，生產效率高。缺點是表皮紋理在抽真空時會由于拉伸而有損失，導致表面出現局部紋理較淺區域，零件外觀評審很難通過。2）陰模真空成型技術是將熱的不帶皮紋的母材放置在發泡層與陰模的型腔之間，通過真空吸附使母材與模具型腔（模具型腔已制作紋理）接觸，冷卻后片材收縮離開與發泡層吸附貼合成型[2]。陰模吸塑成型工藝不會出現皮紋拉伸變形現象，而且可以在一個零件上實現不同的皮紋形式，皮紋均勻清晰，手感好。3）搪塑成型工藝是將粉末原料均勻散布于加熱的模具表面，使其熔融并保持一定時間，使物理、化學雙重反應充分進行后冷卻定型，得到模具形狀的產品。不同的加熱方式對產品質量、模具壽命等起決定性作用，主要有氣加熱、油加熱和砂加熱等方式。該工藝主要用于高檔車儀表板等手感、視覺效果要求高的產品。目前材料主要是PVC，基于環保要求，TPO、TPU等材料也有一些被應用成為中高檔車主導用料[3]。

2 門內飾板的設計要求

2.1 門內飾板定位方式

門內飾板一般采用塑料卡扣的形式進行固定，可以在門內飾板與儀表板配合處增加螺釘或子母扣固定，相鄰緊固件之間的距離一般為100 mm～200 mm，且塑料卡扣應均勻分布在門內飾板周圈范圍內。為保證門內飾板表面沒有縮印，卡扣應安裝在卡扣座上，卡扣座根部需進行減膠處理，由于卡扣座的“狗窩”結構需要設計斜頂出模，在斜頂運動范圍內不應該有筋或其他結構，否則卡扣座無法出模。在門內飾板四個角處應布置有卡扣控制其與門鈑金的間隙。在門內飾板上邊界處，卡扣距離水切邊界40 mm～80 mm，這樣既便于控制門上邊界的強度又利于線上門內飾板的安裝[4]。

汽車門內飾板的定位方式如圖1所示，門內飾板一般由兩個定位柱進行定位，一個主定位，一個副定位，對應的安裝孔則分別為圓孔和腰型孔。兩個定位柱時，一個主定位控制X、Z方向，一個副定位控制Z方向，定位柱在高度方向上一般布置在距離上邊界40 mm～100 mm處，在前后方向上一般布置在距離前后外邊界1/4長度的位置上，在需要控制的方向上，鈑金開孔與定位柱間隙一般為0.3 mm～0.5 mm，副定位在非限位方向上間隙1.0 mm～2.0 mm。

2.2 門內飾板揚聲器面罩的設計要求

門內飾板揚聲器面罩開口面積S大于揚聲器面積的40%，開口大小一般直徑為2 mm，孔邊間距一般為1.2 mm～1.8 mm。揚聲器面罩可與門內飾板一體注塑成型，也可以單獨拆件，卡接在門內飾板本體上。為保證揚聲器聲音的透過性，揚聲器面罩開口邊界應不小于揚聲器最大振幅邊界。門內飾板使用塑料卡扣如圖2所示，視覺區域劃分如圖3所示。

圖2 門內飾板使用塑料卡扣

圖3 視覺區域劃分

2.3 門內飾板與儀表板設計要求

一般轎車門內飾板與儀表板的間隙為5 mm～8 mm，商用車一般為8 mm～10 mm。門內飾板與儀表板之間需要配合高度，門內飾板上段相較于儀表板上段低1.5 mm～2 mm，如圖4所示。兩者配合僅有Y向配合。如果兩者之間還有X向配合要求，則建議儀表板與門護板上段高度保持平齊[5]。儀表板上段高于門護板上段時，儀表板本體在儀表橫梁上側端設計成Z向腰型孔，無限位；儀表板本體相對儀表橫梁Z向高度左右兩側裝配隨機性比較大，一致性難以控制。最終表現在儀表板本體上端和門護板上端配合高度左右兩側偏差較大。建議將儀表板本體兩端最上段腰孔改成圓孔，以控制Z向高度。

圖4 門內飾板與儀表板的匹配

3 門內飾板剛度分析

門內飾板是駕駛室內乘客常接觸零件，根據顧客在使用過程中與其接觸頻次的大小可分為三個區域，即高接觸區域、中接觸區域以及低接觸區域[6-10]，每個區域的有限元分析標準及其合格的判斷依據不同，如表1所示。借助有限元分析軟件計算門內飾板的變形量是否符合表1的要求。此門內飾板材料相關參數如表2所示，采用PP+EPDM-TD2材料，屈服強度為21 MPa，彈性模量為1 800 MPa，泊松比為0.35。通過CATIA三維建模軟件建立門內飾板的三維模型，并將所建立的模型導入到HyperMesh有限元分析軟件中進行3D網格劃分。本次模型單元劃分采用四面體網格，其基本尺寸為3 mm，單元總數為105 468個，節點總數為119 489個。約束此門內飾板所有與鈑金的卡接點的6個自由度，用直徑10 mm的圓盤接觸內飾板表面，并施加20 N的力，再通過ABAQUS有限元分析軟件進行求解，計算門內飾板在不同工況下的剛度是否符合設計標準的要求。由于高接觸區域要求更加嚴格，本研究只針對門內飾板高接觸區域進行分析。由于門內飾板扶手是乘客經常接觸的地方，僅取其中間一點作為高接觸區域一點進行剛度分析。門內飾板有限元模型如圖5所示，并從圖6可知，此門內飾板在P1處的變形量為0.186 mm，滿足江西五十鈴汽車有限公司標準的要求。

圖5 門內飾板有限元模型

圖6 門內飾板變形云圖

表1 門內飾板CAE分析結果判斷依據

表2 門內飾板材料及相關參數

4 結語

綜上所述，筆者對門內飾板的設計過程進行了簡單的探討，如門內飾板工藝的選擇、門內飾板的定位方式、門內飾板與揚聲器面罩的搭接、門內飾板與儀表板的匹配設計。在此基礎上，針對門內飾板中乘客經常接觸的區域進行分析，并對門飾板進行剛度分析，分析結果表明，此門內飾板的設計符合江西五十鈴汽車有限公司相關標準，可為后續相應車型提供參考。