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汽车仪表板本体前端刚度分析

2019-10-28 16:07 来源:汽车设计论文 人参与在线咨询

摘要:探讨仪表板本体前端不同的设计结构保证其刚度要求,防止仪表板前端刚度不足产生变形,最后无加强件结构的仪表板本体应用CAE手段对刚度进行仿真分析验证设计要求。

关键词:仪表板;刚度;CAE;仿真

0引言

随着人们生活水平的不断提高,汽车已经进入寻常百姓家,而仪表板是汽车的重要组成部分,集成装配着组合仪表、出风口、多媒体音响及副安全气囊等各项功能,是汽车内饰功能和美观的重要体现。仪表板前端结构如果设计不合理,造成前端刚度偏软,在整车装配或日晒时发生变形,严重影响内饰品质。本文探讨仪表板前端不同的结构设计保证其刚度,对于单本体的仪表板前端,通过CAE仿真分析,验证设计刚度并提出改进建议。

1仪表板前端刚度偏软失效模式

对于中低端汽车仪表板设计通常不带软质包覆,内部也无加强板设计,材料采用PP,然而如果如仪表板本体前端背面无加强板增强,也没有CAE分析刚度,仪表板前端刚度可能存在不满足要求的情况,从而发生装配或日晒变形的问题,如图1某车型仪表板前端变形。

2仪表板前端加强设计

2.1通过仪表板上骨架增加仪表板前端刚度

中高档车,仪表板上本体通常采用软质包覆结构,一般采用搪塑成型工艺,表皮、发泡及仪表板本体在搪塑模内作为一个整体成型,带有搪塑表皮的上本体装配到上本体安装骨架中,在骨架上设计4个卡爪,装配仪表板总成时,卡爪卡入前围钣金支架上,防止仪表板前端塌陷。由于搪塑仪表板本体内部设计有安装骨架与仪表板上本体连接,因此仪表板本体刚度较高,不存在前端变形问题。

2.2通过除霜风管加强仪表板前端刚度

仪表板内部设计有风管,风管进风口与空调连接,出风处与仪表板总成上出风口连接,实现将空调冷风\热风导入驾驶室的作用或者实现空调除霜除雾的功能。仪表板风管分为除霜风管和吹面风管,除霜风管分中间除霜风管、左侧除霜风管、右侧除霜风管,吹面风管分为中间吹面风管、左侧吹面风管、右侧吹面风管。除霜风管用于车身的除霜、除雾,吹面风管用于制冷、制热效果。常规设计:除霜、吹面风管均通过螺钉与仪表板安装座连接固定,与仪表板本体不接触,这样仪表板本体大面存在刚度偏软的风险,因此,本文研究方案将中间除霜风管及左右侧除霜风管与仪表板本体通过面接触震动摩擦焊固定。除霜风管通过注塑工艺成型,壁厚设计2mm,材料PP,与仪表板本体焊接后,由于双层连接,可解决仪表板本体刚度偏弱问题。

2.3通过增加仪表板加强板增加仪表板前端刚度

上述2.2除霜风管与仪表板本体采用震动摩擦焊工艺固定,需要开发震动摩擦焊模具,而且仪表板本体尺寸很大,长约1400mm,宽约600mm,因此震动摩擦焊模具很大,成本较高,然而该方案仪表板本体刚度高,装配集成度高,生产效率高。由于成本的限制,本小节讨论在仪表板前端增加加强板来实现仪表板前端刚度。仪表板前端加强板材料PP,零件基本料厚2.5mm,注塑成型,通过穿刺焊与仪表板本体连接固定。在仪表板固定板上设计有4个卡爪,前围钣金上设计翻边,仪表板总成装配时,仪表板固定卡爪与前围钣金插接固定。为防止车辆行驶颠簸时仪表板与钣金震动碰撞异响,在仪表板固定板卡爪上包覆1mm厚无纺布。该方案无需开发震动摩擦焊模具,不需要震动摩擦焊设备,穿刺焊由人工操作完成,因此成本相对较低,但生产效率较低。

2.4仪表板前端加筋并局部加厚实现增加刚度

除上述3个节点讨论仪表板前端加强方案外,本节点加强方案不增加任何零部件实现仪表板前端增强的目的,即在仪表板前端局部加厚,厚度由普通基本厚度3.0mm增加到3.5mm;背门增加加强筋设计。该方案设计有3个限位插销,通过螺钉装配在仪表板本体上,装配仪表板总成时,限位线插接在前围钣金安装孔内,Z向间隙单边0.2mm,Y向间隙单边2.5mm;Z向限位防止前端塌陷,并通过增厚、加筋增加刚度,Y向“腰型孔”放开,防止零部件尺寸偏差造成装配困难或者仪表板热胀冷缩造成尺寸变化,仪表板本体限位销处受Y向挤压力而前端起鼓。该方案成本最低,但刚度较上述3方案差,需要CAE仿真校核刚度。

3仪表板前端加强CAE仿真分析

3.1仪表板本体材料特性如表1(选用某PP材料)

3.2仿真模型建立

仪表板前端与车身的3个Z向定位销做Z向刚性固定,两侧与钣金安装螺钉做固定。

3.3模型仿真

在仪表板前端最薄弱处施加测试力,即在仪表板与车身前围两个插销中间取检测点,施加力值22N,仿真仪表板本体Z向位移量如图6所示。仿真结果:仪表板前端薄弱处位移量1.83mm,大于设计要求1.5mm,不满足要求。整改措施:仪表板前端本体厚度由3.0mm增加到4.0mm,并且在背面增加加强筋,加强筋厚1mm,高4mm,重新划分网格进行仿真。仿真结果:仪表板前端薄弱处位移量1.16mm,小于设计要求1.5mm,整改后仪表板符合要求。

4结束语

本文针对仪表板前端刚度偏软造成变形的失效,探讨了4种仪表板本体前端加强的方案:即通过仪表板上骨架增加仪表板前端刚度、通过除霜风管加强仪表板前端刚度、通过增加仪表板加强板增加仪表板前端刚度、仪表板前端加筋并局部加厚实现增加刚度。对于仪表板前端加筋并局部加厚实现增加刚度方案,进行CAE仿真分析,验证是否满足设计要求,对不满足要求问题,设计优化后重新仿真分析,满足设计要求。

参考文献:

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作者:魏文华 单位:江西江铃集团新能源汽车有限公司

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