某SUV前門內飾板設計及有限元分析

匡小娟 ，房海萍

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330010）

隨著汽車的普及，汽車內飾的設計越來越受到人們的重視[1]，其設計的好壞直接影響到用戶的乘坐舒適性、使用方便性、駕乘體驗乃至安全性，因此汽車內飾設計尤為重要。汽車前門內飾板作為內飾件的重要部件，其設計開發直接關系到產品性能的好壞，進而關系著整車質量的優劣。因此，掌握車門內飾板設計開發的正確方法是重中之重[2-5]。本文著重介紹前門內飾板的設計，包括地圖袋、門扶手、門內開扣手等的設計，最后利用有限元方法對前門內飾板進行模態分析。

1 前門內飾板概述及組成

前門內飾板是安裝在第一排座椅外側車門鈑金上的，其除包覆金屬門板起裝飾作用外，還可使車門開關方便、支撐肘腕，有屏蔽車外噪聲、吸音、防塵、防水的作用，能夠優化用戶的駕乘體驗，而且是電動車窗玻璃開關、揚聲器、門內開扣手等的安裝載體。前門內飾板由內飾板本體（一塊本體或多塊本體）、前門鎖內開拉手、扣手裝飾蓋、前門電動窗開關蓋板總成、前門內飾板儲物盒、揚聲器面罩、前門內飾板拉手盒、前門內飾板扶肘、前門內飾裝飾條等基本部件組成[6-9]，如圖1所示。前門內飾板本體采用注塑工藝，由于采用粗皮紋，因此其拔模角度要大于5°，且拔模方向一般為Y向。前門內飾板上飾板一般采用IMG工藝或搪塑工藝，觸感較好。

圖1 前門內飾板組成

2 車門內飾板的設計要求

2.1 車門地圖袋結構形式

車門內飾板下部儲物空間通常稱為地圖袋，一般由從背面裝配上去的一塊背板和車門內飾板本體共同構成，其連接方式大多采用熱鉚焊接[4]，熱熔柱直徑一般為6.5 mm，熱熔柱長度應高出門飾板本體10 mm，如圖2所示。為確保地圖袋的配合間隙，熱熔柱的布置間隙一般為100 mm～150 mm。焊接時，一般焊接柱同時起定位作用，定位間隙為0.1 mm，地圖袋與門飾板本體配合間隙為0.3 mm。

圖2 熱鉚焊熱熔柱

2.2 前門內飾板人機布置要求

前門內飾板人機布置要求包括前門內飾板扶手設計、門內開扣手設計等。

2.2.1 前門內飾板扶手設計要求

前門內飾板扶手起到支撐駕駛人員手臂，提高駕駛舒適性的作用，其設計需滿足以下人機布置要求：

1）扶手布置高度與座椅SRP點的高度差推薦值為180 mm～220 mm[10]。

2）扶手前端布置位置滿足最小布置條件：當座椅移至最前方時，扶手前端在SRP點的正上方。

3）扶手后端布置位置滿足最小布置條件：扶手后端邊界在座椅SRP點往車后移動70 mm的位置上。

4）扶手前后最大傾角需滿足的條件：X軸±3°內。

扶手人機布置要求如圖3所示。

圖3 扶手人機布置要求

2.2.2 內開啟扣手設計要求

前門內飾板需預留前門內飾板內開啟扣手安裝槽，其與開啟扣手的間隙一般在1.5 mm～2 mm之間，且開啟扣手的開啟角度一般在45°以內，其關鍵設計尺寸如圖4所示。前門內飾板上扣手安裝槽長度L2一般為110 mm～120 mm，扣手長度L1一般60 mm～80 mm，為便于操作，扣手安裝槽深度D2一般為60 mm～70 mm，扣手操作空間深度D1一般為35 mm～50 mm。

圖4 內開啟扣手設計要求

2.3 前門內飾板安裝方式

前門內飾板通常采用鳥嘴型的卡子安裝在前門鈑金上，如圖5所示，鈑金孔尺寸為Φ7.4 mm，鈑金的沖孔方向從A面到B面，如圖6所示，避免鈑金沖孔毛刺影響門板的安裝。為了控制前門飾板與門鈑金的間隙以及確保開關門試驗門飾板不脫開，后邊界的卡子間距要求不大于180 mm，卡子到門飾板上邊界的距離最好在75 mm～85 mm之間，最好做關門試驗最終確定。其他不重要的地方卡子間距一般不大于250 mm，前下角和后下角最好能布置卡子以保證與門鈑金的間隙。

圖6 鈑金沖孔方向及安裝孔尺寸

2.4 前門內飾板與內水切的關系

水切是指車門玻璃下緣凹槽里的橡膠密封條，內部叫內水切，外部叫外水切，位于車窗玻璃和車門框架之間，在升降車窗玻璃的時候切去玻璃表面上的水滴、水霧及灰塵，同時也起到美觀作用。內水切與門內飾板的配合形式有兩種，分別為分體式和整體式，如圖7、圖8所示。分體式是指內水切與門內飾板分開往車身上裝配，水切先安裝，門內飾板總成后安裝，安裝方向為Y向，門內飾板與水切的Y向間隙為1 mm，Z向間隙視水切軟硬程度來確定，一般間隙為0～0.5 mm；整體式是指內水切與門內飾板裝配成一個總成后再一起往車門上裝配，安裝方向為先上下安裝，卡住鈑金后再旋轉安裝。

圖8 整體式水切配合形式

3 前門內飾板模態分析

前門內飾板在設計開發過程中需經過各種試驗，在實際過程中，前門內飾板在鵝卵石路和顛簸路面進行路試時常出現異響情況，因此有必要對其進行模態分析。

3.1 理論基礎

模態是結構動態特性分析的基礎，包括固有頻率和振型，是振動系統的固有特性；對結構的動態響應、動載荷的產生和傳播以及結構振動的形式等具有重要影響。作為具有有限個自由度的彈性系統，振動微分方程為：

式中，M為質量矩陣；C為阻尼矩陣；K為剛度矩陣；x''(t)為加速度向量；x'(t)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。

3.2 有限元分析

將某一SUV前門內飾板的三維模型導入HyperMesh有限元分析軟件中進行3D網格劃分，單元類型采用四面體網格，單元尺寸為3 mm，此有限元模型的單元總數為63 458個，節點總數為67 346個，約束前門內飾板與鈑金所有卡接點的6個自由度。前門內飾板的材料及材料相關參數如表1所示。模態分析如圖9所示，此門板的一階模態和二階模態分別為26.78 Hz和30.12 Hz，滿足前門內飾板模態需避開發動機怠速共振頻率25 Hz的要求。

表1 前門內飾板材料及材料相關參數

圖9 模態分析結果

4 結論

1）本文簡要概述了前門內飾板的概念及組成部件，重點介紹了前門內飾板地圖袋的結構形式及前門內飾板的人機布置要求，包括前門內飾板扶手、門內開扣手等的布置要求。同時還介紹了前門內飾板與內水切的結構設計以及前門內飾板的安裝方式。

2）針對前門內飾板常出現異響的問題，利用常用的有限元分析軟件HyperMesh和ABAQUS進行前門內飾板的模態分析，分析結果表明前門內飾板的一階頻率和二階頻率分別為26.78 Hz和30.12 Hz，滿足前門內飾板模態需避開發動機怠速共振頻率25 Hz的要求。