仪表板设计指南

仪表板设计指南
编制：
审核：
批准：
1. 适用范围
本设计指南适用于注塑仪表板、吸塑仪表板、搪塑仪表板。

2．简要说明
2.1 简介
仪表板是汽车中非常独特的部件，集安全性、功能性、舒适性与装饰性于一身。

除了要求有良好的刚性及吸能性，人们对其手感、皮纹、色泽、色调的要求也愈来愈高。

仪表板因其得天独厚的空间位置，使愈来愈多的操作功能分布于其中，除反映车辆行驶基本状态外，对风口、音响、空调、灯光等控制也给予行车更多的安全和驾驶乐趣。

因此，在汽车中，仪表板是非常独特的集安全性、功能性、舒适性与装饰性于一身的部件。

首先，它需要有一定的刚性以支撑其所附的零件在高速和振动的状态下保证正常工作；同时又需要有较好的吸能性使其在发生意外时减少外力对正、副驾驶员的冲击。

随着人们对车的理解愈来愈超出其功能，对仪表板的手感、皮纹、色泽、色调也逐渐成为评判整车层级的重要标准。

仪表板通常包含仪表板本体（壳体）、仪表、空调控制系统、风道/风管、出风口、操作面板、开关、音响控制系统、除霜风口、除雾风口、手套箱、左盖板、装饰板等零件。

大部分仪表板还包含：储物盒、驾驶员侧手套箱、扬声器等饰件和时钟、金属加强件、烟灰盒、点烟器、杯托等功能性零件；部分中高档汽车设计有卫星导航系统、手机对讲系统、温度传感系统，USB-SD卡接口等高端产品。

仪表板简称IP（Instrument panel）,是汽车内饰的重要组成部分。

2.2 仪表板的分类
仪表板按安全性可分为无气囊仪表板和副气囊仪表板。

随着人们对安全性的重视，客户对带PAB仪表板需求加大，主机厂也将此作为卖点之一。

但是气囊打开在保护乘客的同时，也可能伤害乘客，尤其是儿童。

因此，现在设计仪表板气囊已开始加装PAB屏蔽开关。

为气囊的正常开启，在气囊上方多设计有气囊盖板，在其打开时释放气囊。

但其与仪表板匹配处存在可视装接线，影响整车美观。

为此，近年愈来愈多车型的仪表板设计为无缝气囊仪表板。

既能保证气囊正常开启，又无可视装接线。

仪表板按舒适性可分为硬塑仪表板、软质仪表板。

仪表板本体以注塑工艺制成的为硬塑仪表板，因其工艺简单、投资低等优势而被广泛应用，尤其是中低档车。

软塑仪表板是在注塑骨架外吸附并粘结或在注塑时复合表皮，使其外观有皮质感，同时在骨架和表皮之间填充聚氨酯泡沫，吸塑表皮的背面也可以直接附带一层泡沫，这样既提高触感又增加吸收能量的能力。

目前表皮主要有真空热成形表皮和搪塑表
皮。

前者是传统的仿真皮工艺制成；后者在近年因其花纹均匀、无内应力、设计宽容度高等特点被广泛应用，并得到客户高度认可，将成为中高档车主导。

按驾驶方向仪表板可分为方向盘左置仪表板和右置仪表板。

2.3 仪表板的主要加工工艺
仪表板生产的主要工艺：
针对不同仪表板，涉及的工艺及流程也有较大差异，可粗略归纳为以下几种：
1、硬塑仪表板：注塑（仪表板本体等零件）→ 焊接（主要零件）→ 装配（相关零件）；
2、软质仪表板: 注塑骨架→真空成形/搪塑（表皮）→ 发泡（泡沫层）→ 切割（边、孔等）→ 焊接（主要零件，如需要）→ 装配（相关零件）
具体涉及的主要工艺如下：
1）注塑工艺
将干燥后的塑料粒子在注塑机中通过螺杆剪切和料桶加热熔融后注入模具中冷却成形，是仪表板制造应用最广泛的加工工艺，用来制造硬塑仪表板本体、吸塑和软质仪表板的骨架及其它大部分相关零件。

硬塑仪表板材料多使用PP，仪表板骨架的材料主要有PC/ABS、PP、PPO（PPE）等改型材料。

其它零件则根据作用、结构和表观要求的不同另选择ABS、PVC、PC、PA等材料。

注塑工艺在四、五十年代迅速兴起后，得到了大力发展，经过在设备、模具上的不断增加、改造、选装不同用途的设备，使注塑工艺形成多种分工艺，比如气辅注塑、嵌件注塑、双色注塑等。

1 气辅注塑是气体辅助注塑的简称，发明于八十年代初，推广于九十年代，
是将熔融塑料粒子注入模具的同时注入一定量的惰性气体，并通过气路、结构的设计和工艺控制使零件的特定区域形成中空结构的注塑工艺。

中空结构的形成
增强了零件的机械性能的同时减少了零件壁厚，改善零件外观，降低了材料成本和成形周期。

因此该工艺不仅在汽车制造业得以应用，在家电制造业得到长足的发展，主要应用于结构件，尤其是有外观要求的结构件。

近年用水代替惰性气体的研究与应用也取得了一定成果；；
②嵌件注塑在家电业较普及，在仪表板生产中各电器开关的制造均采用该工艺。

它是将需嵌于注塑件的金属零件在注塑前置于模具内，注塑后熔融的塑料将其部分包覆成为零件；
③双色注塑：在双色注塑机上，在同一生产周期内向专门的注塑模内同时/先后注射不同颜色/种类的原料，使产品具有不同的外观/性能，但因其在设备和模具的巨大投资而逐渐被二次注塑取代。

二次注塑就是注塑零件为嵌件的嵌件注塑，主要应用于机械性能和外观要求较高的零件，材料选择是该工艺的关键。

2）真空热成形工艺
该工艺将表皮片材加热到玻璃点软化温度，在密闭的型腔内加注气体使其得
到一定拉伸，进而以真空吸附于有温控模具冷却并得到产品。

主要用于仪表板表皮和外观要求高的零件生产，材料主要为PVC/ABS。

因环保的要求，八十年代开始新材料的研发，近年TPO和TPU有一定的应用。

3）搪塑工艺
将粉末原料均匀撒布于加热的模具表面，使其熔融并保持一定时间，使物理、化学双重反应充分进行后冷却定性，得到模具形状的产品。

不同的加热方式对产品质量、模具寿命等起决定作用，主要有风加热、油加热和砂加热等方式。

该工艺主要用于高档车仪表板等手感、视觉效果要求高的产品。

目前材料主要是PVC，也是基于环保要求，TPO、TPU等材料有一定的应用。

4）发泡工艺
将聚氨酯充分混合后注入模具的表皮与骨架中间、交联固化，在其间形成要求形状泡沫的加工工艺，泡沫连接了表皮与骨架，又改善零件的手感。

该工艺是软质仪表板生产的必须工艺，分开模浇注和闭模浇注。

①开模浇注是在模具开启状态下将发泡料浇于表皮内侧，然后放置骨架、关闭模具，使其交联固化，该工艺宽容性高，设计自由度大；
②闭模浇注是在模具中放好的表皮与骨架之间注入发泡料，使其交联固化的发泡工艺，该工艺的工艺稳定性好，设备投入低，但设计难度大。

5）油漆工艺
油漆工艺是在零件表面喷涂油漆，使油漆在与基材反应的同时自身交联固化形成漆膜。

油漆有单组份油漆和双组份油漆；基材有金属和塑料件之分，仪表板制造多指塑料件，塑料件又分极性和非极性材料。

极性材料多可直接喷涂，如ABS、
PVC/ABS等；非极性材料需预处理或喷底漆，火焰处理和等离子处理等预处理技术也日臻成熟。

对仪表板零件进行油漆主要是改善外观，根据主要不同由有装饰漆和软触漆之分。

软触漆不仅改善外观，而且大大改善手感，成为近年中高档车追求的工艺。

６）切割工艺
近年随着各种新工艺在切割中得到应用，切割工艺也向多元化发展，冷冲、热刀切割、冷刀切割、水刀切割、激光切割、铣切割在仪表板制造中发挥重要作用，并将很多设想成为可能。

①热刀切割是利用加热的刀具切割塑料零件的工艺，主要用于脆性材料或控制深度的切割；
②水刀切割利用高压水在细小的喷头释放，形成高压高速的水柱冲击产品使其断裂，并机器人带动高压水喷头移动形成切割的工艺。

其优势是无需模具投入、多种产品共用、高柔性；
③激光切割是利用激光束携带的能量灼烧产品，机器人带动产品移动，形成切割的新兴的塑料切割工艺。

主要应用于严格控制切割剩余厚度的产品，目前主要是硬塑无缝气囊仪表板制造；
7）焊接工艺
焊接工艺将两个相同或不同热塑性材料的零件，通过一定方式将其连接处熔融后重
新交联形成一体的成形工艺。

根据能量来源不同可分为超声波焊接、振动摩擦焊接、热板焊等。

8）装配工艺
装配工艺是仪表板生产必不可少的工艺，通过卡角、螺丝、粘结、焊接等方法将各种零件组合在一起形成产品。

根据装配方式不同，在生产管理上分为流水线装配和单工位装配。

仪表板的生产中针对不同的零件和要求，还有很多工艺门类，如水转印、吹塑、植绒、电镀等，在仪表板的制造中起着不可或缺的作用。

随着现有工艺经验的积累，各工艺门类日臻完善；科学技术的发展给新工艺的产生创造无限机会。

两者的结合给仪表板工艺发展描绘美好蓝图，同时也给整车填色，满足消费者多元化和高性价比的要求。

3．仪表板的开发流程
4．仪表板的设计
4.1. 设计思路
仪表板、副仪表板的设计思路：
1 要求满足操作的便利性、方便性；
2 全面的考虑整车造型；
3 要求包含驾驶控制子系统、信息系统、舒适性系统（例如空调控制器、收音机、开关、线束模块）；
4 各种信息系统要布置在驾驶员的视线范围内；
5 和其它内饰系统一起提供一个舒适的内部环境；
6 提供碰撞保护；
7 提供一些储存区域和方便有用的工具（如烟灰缸、硬币盒、杯托等）；
8 提供其它子系统的安装载体；
9 支持转向管柱的功能；
4.2 拔模方向的分析
根据仪表板的外表面及出风口位置确定仪表板的主拔模方向，一般都取25度到35度之间，副仪表板拔模方向为垂直方向；根据该方向分析仪表板外表面的各个地方能否顺利的脱模，其中仪表板本体等大件的拔模角度至少为6°，副仪表板上有些不可见区域可以为5°，拔模角度不得小于3°，如果小于3°可能拉伤零件表面，产生痕迹；另外，在进行拔模方向及后期的布置方案的选择上要尽量避免使用滑块，因为使用滑块首先会影响外观，在零件表面产生分模线，其次会影响模具寿命；
4.3 法规的校核
如果设计的车有出口的要求，则必须对仪表板进行法规上的校核，包括头部碰撞和内部突出物的校核；
1）头部碰撞区域的确定
头部碰撞是用一个直径165mm的圆球撞击仪表板表面，根据圆球内的传感器所测量的加速度来判断头部的伤害值；在分析时根据仪表板的外表面形状和结构，可以大致确定假人可能碰到的区域，在这些区域内我们要避免出现尖锐的突出物等影响头部伤害的零部件；
①通过一个YZ平面去贴合仪表板外表面，产生一系列的交点，连接这些交点所得到的线即是仪表板水平线,水平线上面的区域即头部碰撞区域，水平线下面区域即膝盖碰撞区域；
下图中的黄色的线即是仪表板的水平线：
②从玻璃内表面往里100mm（如下左图），得到另外一曲线即为头碰的上区域（如下右图）；
③主驾驶方面，由于DAB已经成为必备的装置，所以我们要根据方向盘和DAB确定一个免检的区域；分别在转向管柱的上、下止点的位置，把方向盘的外径往外扩127mm，得到两个圆，过在上止点的方向盘的最低点作一直线，该直线与前
两个圆的交线区域即是驾驶侧的免检区域；如下左图所示；这样我们得到一个新的范围，如右图中绿色所示：
④副驾驶侧的碰撞测试区域，在副驾驶侧的H点，以H点为起点，往上作一736mm的直线，然后以最高点向下82.5mm处点为圆心，作以直径为165mm的圆，我们称其为碰撞柱；然后以H点为圆心，旋转碰撞柱使之与仪表板碰撞，产生一系列的交点，连接这些交点得到一曲线，该曲线即为副驾驶头部碰撞的下边界；上边界的求法：改变碰撞柱的旋转点，在原来H点的基础上沿X负方向移动
127mm、Z的正方向移动19mm，得到另一根碰撞柱，根据前述方法使之旋转与仪表板产生一系列的交点，连接这些交点得到另一曲线，该曲线即为副驾驶头部碰撞的上边界；
测试方法
下图红色区域是根据上述方法得出的副驾驶头部碰撞的测试区域，其中右侧连线是根据门护板和A柱护板的表面偏移82.5mm得出的；
上图中绿颜色所围成的区域即为免测试区域，黄色围成的区域是头碰的可能区域，红色围成的区域为撞击测试区域，在该区域内尽量避免出现尖角，边缘圆角半径要求3.5mm以上，不允许出现凸台等造成头部伤害的零部件，要求在测试的时候，以24km/h撞击仪表板时，头部受到的冲击值在3/1000s内不得大于80g;
上图中的仪表板的侧风口和仪表罩都在头部撞击的范围内，通过撞击测试的可能性比较小；
2）内部突出物的校核
要求头部能碰到的地方最小圆角半径不小于3.2mm，设计时候一般都按照不小于3.5mm设计；中间驾驶侧区域的电器开关件即其它得安装件最小圆角半径
2.5mm,下表中详细的说明了圆角半径与高度的关系以及判断的标准；
其中：
①突出物高度在3.2mm以内时，圆角半径如果小于2.5mm，则不满足要求；
②突出物高度在3.2mm与9.5mm的范围内时，首先圆角半径要求不得小于
2.5mm，另外过最高点往下
3.2mm作突出物的截面，该截面的截面积要求大于
2.0cm2，如果这两个条件不能同时满足则不满足要求；
③突出物高度大于9.5mm时，首先圆角半径要求不得小于2.5mm；运用378N的力撞击突出物，撞击后突出物没有断裂而且高度小于9.5mm，说明该材料是软材料，通过最高点往下2.5mm以内作突出物的截面，如果截面积大于2.0cm2，
则满足要求；如果撞击后没有断裂而且高度大于9.5mm，不满足要求；如果撞击后断裂，并且断面上没有尖角出现，则通过断裂面的最高点往下6.5mm以内作截面，截面积如果大于6.5cm2，则满足要求，反之不满足；
④如果宽度大于高度的两倍（如下图），则圆角半径大于0.5mm就满足要求；
另外像烟灰缸、杯托等件不仅要检查闭合时的状态，而且打开状态也要检查，检查时是用一直径165mm的球在仪表板表面滚动，校核各处的圆角半径。

对于在仪表板水平线以下的区域，主要检查有没有尖锐的突出物，防止腿部的伤害，如下图所示，要求厚度不得小于25mm，半径不得小于3.2mm；
对于出风口，下表给出了一个设计要求值：
对于调节风门的拨轮，校核方法与上述第③条一致；
4.4 仪表板安装方式的选择
在生产线直接装配还是单独采用COCKPIT仪表板分装线, 重点控制PAB售后同时还应考虑返工和售后更换的宜人性和成本。

要求组合仪表、中央电器盒等经常拆卸维修的电器件满足不拆卸仪表板就能方便取出及安装（只需要拆卸一部分仪表板附件，如组合仪表罩、左下护板等）；安装方式的选择是在设计初期就要确定的问题，两种装配的方式对固定方式的选择有着重大的影响；
现代轿车装配作业中，借助计算机和机械手的帮助，焊接、喷漆、安装机械件等许多工序都实现或部分实现了自动化化。

但有些工序却难以让机械手操作，例如仪表板、内饰件安装等，耗费人工最多的地方就是内饰件装配。

例如仪表板，有线束、控制面板、饰木条、线束、各种开关电器件等，涉及饰件、电器装配工等工人。

如果这些零配件都在总装流水生产线上安装，会使生产线拉得很长，管理复杂。

如果将这些零配件安装上仪表板的工作在总装生产线以外的地方装配好，然后再将已成半产品的仪表板装配模块套在驾驶舱内，那么总装生产线上的工序将会简
化，生产线将会缩短，成本将会降低。

这种新型作业方式，也就是模块化装配方式。

实现模块化生产，零配件生产商的角色将会发生重大变化。

在“模块化”生产方式下，汽车技术创新的重心在零部件方面，零部件设计者要参与汽车厂商的产品设计。

汽车厂商方面则以全球范围作为空间，进行汽车模块设计的选择和匹配设计，优化汽车设计方案，将汽车装配生产线上的部分装配劳动转移到装配生产线以外的地方去进行。

采用“模块化”生产方式有利于提高汽车零部件的品种、质量和自动化水平，提高汽车的装配质量，缩短汽车的生产周期，降低总装生产线的成本。

实现模块化生产，零配件生产商将会承担以前由汽车制造商承担的装配工作。

内饰件集中在驾驶舱和车门上，驾驶舱模块包括仪表板、横梁、仪表、空调通风系统、安全气囊、控制面板和线束。

4.5 截面线的布置
仪表板的截面线包括主、副驾驶侧主断面、中间Y0主断面、相关零部件的布置断面、仪表板本体与电器件、底盘件、车身、其它内饰等的配合断面、相关零部件的固定断面等等、所有布置断面完成大概有120个截面线；
1）仪表板的固定点的分布
仪表板本体如果固定不牢靠，则会出现振动、噪声等质量问题，仪表板的固定点的分布一般都是通过12处固定点来固定仪表板，其中包括与前挡板上4个定位机构，在两侧A柱区域的分别布置一个固定点；左右两侧盖板处各分布一个固定点；左下端前机盖拉手处分布一个固定点，右下端分布一个固定点，中间部位分布两个固定点；需要主要的是所有固定点的螺栓中心的坐标必须为整数，减小相对误差。

仪表板上附件一般考虑采用卡子和螺钉固定,较易装配牢固；如中控面板一般采用卡子和螺钉组合使用；换档面板一般直接采用卡子；还要考虑定位销定位,如副仪表板与仪表板的配合部位、内部各风管在仪表板上的布置等.
仪表板内部配合件的各种紧固方式一般都是卡接,打螺钉,定位销或铆接,超声波和振动摩擦焊等方式,具体要根据零件的重量和使用频率综合考虑一下安装强度。

如杯托须考虑后部有支撑定位销；手套箱外板和内板之间采用振动摩擦焊；仪表板本体与铁支架可以采用铆钉铆接或者打螺钉等，自攻螺钉一般需要夹片配合固定在塑料件上，才能保证固定牢固。

2）仪表板的视野性
1 汽车标准对各类汽车的盲区都有规定，对汽车的下视角也有一定的要求，为此，仪表板整体布局时，在确定仪表位置及仪表罩高度时，应保证其不得越过下视角（5°）的边界线，这样可以确定仪表板罩的上边界。

2 从驾驶侧假人眼球的上边界的视线射向仪表上边界时，视线不能被仪表罩挡住，这样确定了仪表罩的内侧的边界范围；通过假人眼球上边界的视线通过前风档的反射到仪表下边界的光线是仪表罩前方的范围，通常也用假人头部作为范围校核，见下图：
图3-1
3）仪表板前端与前风档的配合截面线
图3-2
仪表板与前风档间隙4mm～7mm左右，该处间隙不要太大，设计取3～5mm，装车验证时候很可能超过5mm；上图中15mm的距离是用来贴海绵条的，0.5mm的台阶面是为了两个模具之间拼接方便、减小分模线问题；在仪表板最前端厚度在
1.5mm～2mm左右。

4）前除霜风口的布置
为满足国家强检标准GB11556对除霜性能的要求，在仪表板上布置格栅时可以参照以下方法：
图3-3
以上图为例，要求：L1在178mm左右，L3≥1.5 * L4；L5≥2.0 * L4, α最佳角度为30°到35°，具体要根据玻璃型面及除霜口位置与A、B区下边缘的关系确定除霜角度；出风口中心与B区下边缘距离在30mm以内较好，如果在仪表板前端有辅助出风装置，那么该置可以相应的放大。

下表格给出了一个α角与L2之间关系的参考值：
前除霜隔栅可以单独做成一个件，也可以和仪表板本体一起成型；当完成所有内饰模型的表面数据和风道的数据后，可以对除霜效果进行CAE分析，如果按照上述要求做出的除霜效果不满意，可以对格栅位置或者叶片方向进行调整至除霜效果良好。

另外设计完成后要进行快速成型样件验证。

附件一中显示了奇瑞现在几款车中的前除霜风管参数的对比分析；设计前除霜风管导向叶片的时候可以参考以下比例：1：2.3：1.8：1。

5）侧除霜风口的布置要求
侧除霜的四个影响因素：气流、出风方向、距离、开口面积；
1、气流：空调提供的暖气流；
2、方向：气流沿着出风中心到玻璃要求除霜的中心的连线的方向到达目标点，要求吹风角度为15°- 40°，最佳角度为20°到25°；玻璃上终止点要求是靠近B柱护板的玻璃边缘向上60％-90％；空气在流动的工程中要求没有被阻挡；
其中有三个关键词的含义：
① 玻璃除霜区域：通过驾驶侧95％假人的眼点的视线到后视镜镜面的轮廓线与侧玻璃的交线所围城的区域；
② 玻璃侧除霜中心：根据确定的玻璃的除霜面积进行网格划分，除霜中心处在靠近上面的1/3及靠近前面的1/3的交点；有时候也直接去除霜范围的几何中心，见图3-4；
图3-4
③ 出风中心：侧除霜风口的几何中心；
④ 气流方向：从出风中心到玻璃除霜中心的连线；
⑤ 气流平面：通过除霜中心的玻璃的法线与气流方向所构建的平面；
⑥ 吹风角度：气流平面与玻璃的交线与气流方向的夹角；
3、距离：从除霜中心到出风中心点的距离要求在250mm以下；
4、开口面积：侧除霜口有效面积645mm2左右，该面积要求不是很严格，主要与气流量和出风方向有关；有效面积指没有隔栅阻挡的面积；
6）侧除霜风口
图3-5
见图3-5，除霜隔栅的长度不得小于10mm，便于出风导向；需要注意的是像这些一个件安装在另外一个件上面的时候，两个配合面之间通常由于公差方面的原因，不是0间隙的贴合的，一般我们设计的时候要预留0.3mm的间隙，然后局部通过加强筋的方式来控制这个尺寸精度以及进行定位。

7）侧除霜风管
图3-6
侧除霜风管和空调出风管之间距离要求在5mm以上，如图3-6；
8）风管的布置
图3-8
如图3-8，空调风管上表面距离仪表板本体下表面之间间隙要求有20-25mm
左右，其中风管上吸水隔音海绵厚度3-5mm左右，仪表板本体上隔音防潮海绵厚度3-5mm左右，两者之间最小距离10mm，另外再加上加强筋的厚度，一共要预留间隙20-25mm左右。

风管的截面积根据HVAC的开口面积确定，一般来讲，风管最小截面积4500mm2。