一套乘用车仪表板正向设计思路

10. 16638/ki. 1671-7988. 2018. 06. 043
一套乘用车仪表板正向设计思路
张明，吕崇建，蒋志军，张志刚，李隆欣
(北京汽车股份有限公司，北京100300)
摘要：乘用车仪表板是汽车内饰系统中构造最复杂、装配零件最多、最受关注的模块之一。

近几年来，各大主机 厂对汽车仪表板的低成本、高质量要求越来越高，模块化设计和得到充分验证的工程结构是主机厂缩短生产周期 (快)，提高整车装配质量(准)，降低总装线投入成本(省)的杀手锏。

作者结合10多年汽车设计、制造经验，归纳 总结出一套具有实际指导意义的仪表板正向设计思路，为后续仪表板正向开发提供有效借鉴。

关键词：仪表板；模块化；开发流程；结构设计
中图分类号：U468文献标识码：A文章编号：1671-7988(2018)06-131-09
A passenger car is generally positive design ideas
Zhang Ming,Lv Chongjian,Jiang Zhijun,Zhang Zhigang,Li Longxin
(Beijing automobile Limited by Share Ltd,Beijing 100300 )
Abstract: The passenger car dashboard is one of the most complex parts in the automotive interior system,which has the largest and most assembled parts.In recent years,requirements of major OEMs with low cost and high quality of car dashboard is more and more high,engineering structure,modular design and full verification is the host plant to shorten the production cycle,improve(fast)vehicle assembly quality,assembly line(quasi)lower cost(province)killer.In this paper,the author combined with 10 years of automotive design,manufacturing experience,summed up a set of practical guiding significance of the positive design of the instrument board,for the future development of the dashboard to provide effective reference.
Keywords: Instrument panel; modularization; development flow; structure design
CLC NO.: U468 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)06-131-09
1概述
1.1前言
针对现下纷繁的汽车市场，广大消费者对于购车的需求 己不仅仅局限于其本身的实用操控性，对内饰的感官舒适度 的追求也越来越高，在整个内饰中仪表板（Instrument Panel)则是不可或缺的一个重要模块，其点缀驾驶舱的功能更是“画 龙点晴”的一笔，除此以外还具有如下功能：
作者简介：张明（1983-)，性别，男，中级工程师，学士，主要研究方向为汽车仪表板产品设计。

V提供安装副驾驶员气囊、膝部气囊等安全件载体，当发生碰撞时，能有效保护车内乘员安全。

V提供安装方向盘、出风口、手套箱、仪表、影音、导 航等功能件载体，为乘员提供储物、操纵、冷暖风、娱乐及 车辆行驶信息的功能。

1.2分类（按工艺、表面材质分类）
1.2.1硬质仪表板
分为整体注塑（考虑降本与降重）和分体注塑（考虑分 色），料厚一般为3mm，材质PP-EPDM-TD20，见图1，注 塑成型，适用于小型车等低端车型，不详细介绍。

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汽车实用技术
图1硬塑仪表板示意图
1.2.2上软下硬仪表板
如搪塑发泡、P V C包覆、阴模吸塑、T P O表皮、PU 喷涂，见图2、图3,为増加触感，骨架表面吸附一层卜1.2mm 厚的PV C和2-5m m厚的无纺布，既实现软硬及分色工艺* 又有利于造型多样化需求；搪塑发泡手感较好且成本适中》是0鍾'中、高端车型的主流，也是本文重点阐述的内 容。

图2上软下硬仪表板（左）搪塑发泡（中）p v c包覆（右）
图3 TPO表皮（左）阴模吸塑（中）PU喷涂（右）
1.2.3软质仪表板
为西:显高档豪华，其表面包覆一层厚度为真皮或带背泡海绵，质感及缝线有效提升车内档次感，见图4, 但考虑原材料、加工、人工成本较高，仅豪华车采用，本文 也不重点阐述。

图4软质仪表板（真皮包覆）示意图
1.3组成
某车型仪表板基本组成，见图5。

上i R前除B5K组合中央出风口出P!■口a极
图5某S U V仪表板分块示意图1.4仪表板开发流程
2工程设计
2.1技术方案
编制正向设计“技术方案”，是工程设计的重点，既能整 体管控各零部件搭接形式，又能有效集成伩表板模块化，减 少开发风险。

技术方案主要体现新造型的各零件搭接定位关系、模块 化设计、关键技术难点^为确保工程验证和设计合理性，每 个设计结构都需要有充足的验证及依据，遵循“模块化设计，工程结构少创新”。

以某款热销SUV车型为例，介绍一下仪表板开发过程s 一款新车型开发，都需经过对标某一款或几款竞争车型 (或标杆车)，进行拆解对标，虽然新造型和标杆车有很大区 别，但成熟结构、工艺、定位等参数尽量参考标抒车，结合 专家、CAE和供应商资源，能有效降低设计风险及D V验证
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张明等：一套乘用车仪表板正向设计思路
风险，图6、图7为标杆车与新造型仪表板、横梁对比。

图6某参考车仪表板（左）、新造型（右）对比
图7某参考车横梁(左-注塑铝合金)、新横梁(右-焊接钢材)对比
2.1.1新横梁考虑参考车注塑铝合金成本高
采用低成本焊接钢材替代，因车身钣金形状、固定点布 置及数量变化不大，故新横梁安装点布局及数量参考样车，见图8。

图8横梁与车身安装点分布
定位机构采用定位销，为增加装配导向，定位销长度一 般设计为55-70m m之间，推荐70mm，采用变直径销便于装 配导向，见图9。

图9横梁与车身定位点分布
2.1.2新造型仪表板分块形式为上下分体
其本体与横梁安装采用螺栓固定，参考样车布局，见图图10上下本体与横梁安装点及定位点分布
仪表板上下分体结构形式是基于造型分色考虑，上下本 体采用螺钉连接，考虑定位分布、控制外观间隙合理性，两 安装点间距一般为50-150m m之间，见图11。

图11上下本体安装点及定位点分布
上盖板安装与定位参考某车型，采用螺钉+卡扣连接，上盖板两个卡扣起到预安装作用，考虑定位分布、控制外观 间隙合理性，两安装点间距一般为50-150m m之间，见图12。

图12上盖板安装点及定位点分布
右面板安装与定位参考某车型，安装方式及安装点间距 同上，见图13。

图13右面板安装点及定位点分布
左面板安装与定位参考某车型，安装方式及安装点间距 同上，见图14。

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汽车实用技术
图14左面板安装点及定位点分布
护膝板安装与定位参考某车型，安装方式及安装点间距
同上，见图15。

图15护膝板安装点及定位点分布
侧端盖安装与定位参考某车型，安装方式及安装点间距 同上，见图16。

图17仪表板模块组装图
2.1.4机械臂及模块通过性设计方案
支撑销与横梁销套配合尺寸见图18,装配验证表明，支 撑销尺寸己趋于标准化。

模块装配过程中与门洞距离彡80mm，避免装配干涉。

2.1.3模块化设计方案
技术难点在于所有装在仪表板骨架上的包括电器元件、转向管柱等零件集成一个模块，满足总装效率高，各零件匹 配精度高要求。

模块组件见图17。

图19 A柱上饰板与仪表板设计断面图
2.1.6仪表板与A柱下饰板配合形式
见图20,靠卡扣单边结构保证Z向间隙，靠限位筋结构 和卡紧力保证X向面差。

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张明等：一套乘用车仪表板正向设计思路
图20 A柱下饰板与仪表板设计断面图
2.1.7仪表板前端与前风挡、车身配合形式
佼表板前端与籠风挡玻璃预留5-6m m安装间隙，部分车 型采用两道海绵密封，提高NVH性能a
为避免车辆在卵石路面行驶时产生异响，在定位销或插 片上贴0.3mm毛毡消除异响6
定位销导向长度或插片长度25-30mm，取最大值增大导 向，见图21、图22。

图21仪表板前端与车身、前风挡结构断面图
图22某车型车身前端支撑结构案例（插片式）
2.1.8为避免前门护板与仪表板运动中产生干涉
仪表板与前门护板外观:间隙为4-6mm，推荐5mm，根据 车型不同，部分SUV、MPV为8-10mm。

见图23,
图23仪表板与前门护板间隙图
2.1.9主、副仪表板搭接技术方案
图24主、副仪表板搭接图
采用插接结构，有利于隐藏外观间隙不均现象，个别 SUV、MPV车型Y向外观间隙为1mm，轿车通常为0.5mm，见图24。

2.1.10氛围灯设计方案
灯带卡紧原理是利用卡座大半圆弧包住灯带，以限制灯 带径向窜动，创新技术难点在于大半圆弧与灯带有效接触包 角171° W和卡座的整体脱模。

经实车验证，该包角可有效 获得较好的卡接力和防脱落效果，见图25、图26«
图25手套箱、护膝板上部氛围灯分布及安装点布置图
图26氛围灯结构设计断面图
2.1.11仪表板端盖与前门框密封条配合形式
见图27,密封条根部与端盖间隙A为3-4mm，推荐经 验值3mm;端盖与唇边搭接量C彡6mm。

唇边变形后与侧板 根部>3mm。

图27仪表板与前门密封条搭接示意图
2.2主断面
主断面作用是分析造型是否成立，同时指导后期工艺数 模制作。

关键断面有3个，见图28,分别是序号1、2、3。

同时 增加若干个辅助结构断面，以反映各功能件、底盘及电器件 不I同位置结构搭接形式。

主断面主要反映如下猶息：
V仪表板各零件搭接关系；
V人机、法规、功能、工含:校核；
V外观各零件间隙、面差、圆角t
V零件材料、拔模方向及角度、分模线；
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汽车实用技术
V总装工艺、工具空间、运动件运动轨迹校核；
V与假人、车身、电器件、底盘操纵机构和运动极限位 置校核。

图28主断面分布图
输入条件：
V整车配置功能定义；
V仪表板效果图及CAS面初步分块；
V满足国、内外相关法规，见附录1;
V DTS、色彩清单及脱模角度定义；
V总体人机、车身、电器布置、底盘操纵机构布置、内外饰密封边界。

2.2.1驾驶员侧纵向，见图29:数据冻结。

主要包含如下几部分：
V总体人机；
V工艺与结构可行性分析；
V国内外法规校核，见附录1;
a)总体人机：
方向盘盲区及视野校核、前除霜、出风口、手套箱，驾 驶员脚部空间校核，详见以下详解。

b)工艺与结构可行性分析：
搪塑发泡，表皮最小圆角要求R^lmm，表皮厚度一般 为l-1.2mm，发泡层厚度一般为8-12mm，最厚区域一般产 生在帽檐处，封胶边最小宽度>3mm;
脱模要求，粗皮纹脱模角度>6度，细皮纹>3度，光板 面>1度，加强筋、斜顶、滑块、抽芯>0.5度。

滑块运动空 间>1.7—2.5倍抽芯长度。

加强筋大端厚度取值0.4t-0.6t，小端最小0.8mm;—般 取〇.5t，高度彡3t，间距彡4t。

2.3.1方向盘盲区及视野校核
详见SAE J1050规定，①要求组合仪表显示区域应100% 可视，帽檐处是校核关键区域：②要求下视野满足彡5° [2]，轿车一般取6° ;SU V为增大驾驶员视野，一般为6-8° ;推荐8°，③方向盘手操作空间要求彡90mm;紧凑车型彡 70mm，中大车型彡100mm，见图32。

2.3工程可行性分析
仪表板造型分块在内外饰造型风格上变化是最大的，周边匹配零件的数量也最多，工程可行性分析越彻底，后期工 艺数据及R P件验证返工就越少。

工程可行性分析贯穿整个设计过程，从造型效果图到3D
图36组合仪表下视野断面图
2.3.2前除霜布置
见图37,布置关键点：①玻璃黑区与前风挡冲击点距离 一般为100〜200mm，SUV等车型取180-200mm;②出风方向与前风挡玻璃夹角a=18〜25°，SUV等车型取23-25° ;
③除霜格栅应布置在前下视野线下。

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张明等：一套乘用车仪表板正向设计思路
2.3.3出风口布置
上吹风角度要达到95%头部包络上部150m m以上t下
吹风角度要至少吹到乘员H点以上120m m处，中间最大出,
风角度吹到喉点，保证乘员乘坐舒适性；见图38。

单个出风
口有效出风面积要求小型车>4,200mm2，中大型车> 5,300mm2。

图38出风口吹风角度布置示意图
2.3.4驾驶员脚部空间
为保证脚部运动空间，踵点与护膝板下边界Z向高度，轿/丨:i彡310mm，SUV、M PV等:/K型彡320mm，推荐 330mm 左右，见图39。

U:' 95%fiA«
图41漏水孔及手操作空间示意图
2.4性能分析
仪表板不仅起到装饰作用，同时在行车中保护乘员安全 性作用，主要涉及前除霜、吹面、驾驶员小腿保护、副驾驶 员头部保护、吸音降噪、方向盘一阶振动模态。

2.4.1前除霜
根据GB 11555-2009要求，结合空调出风流量，设计时对侧除霜及前除霜进行流量及百分比分配，见图42,经多次 CFD分析及结构优化，除霜除雾满足法规要求。

流速分布见 图43。

进口S i300m*3/h
左出口中左出口中右出口右出□
38.76 110.34 112.17 38.73
百分比 12.92% 36.78% 37.J9% 12.91%
图42前、侧除霜口流量及百分比
图43前除霜目标区及流速分布图
图39踵点与护膝板的Z向空间
2.3.5手套箱布置及运动校核
①手套箱为保证与仪表板运动间隙，外观.周边间隙设计 为推荐 1.5mm;::@手套箱容积要求能装下A4文 件夹，手套箱打开后，开0|多120mm，保证取物方便些，为 避免打开后与小腿碰撞，手套箱和小腿距离，中型车彡 20mm，紧凑级轿车允许有轻微贴上，可采用增加阻尼以减 缓开启速度；③手套箱与空调等周边零件安全间隙要> 10mm，见图 40。

图40手套箱布置及运动曲线示意图
2.3.6其余结构设计
箱斗底部幵有漏液孔以防积液，见图41,竽套箱扣手的 手操作空间A、B均需满足人机要求，推荐经验值25mm。

2.4.2侧除霜
经CFD分析左、右侧视野区在15分钟内完成除霜，满 足目标要求，见图44。

图44侧除霜视野区流速分布图
2.4.3吹面风道
吹面风道各出风口的流量分配比，分3种形式：
本车型采用经CFD分析流量分配较合理，见图45。

图45各出风口流量分配比及风道速度流线图
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汽车实用技术
2.4.4驾驶员小腿保护
根据附录1中GB-11551-2014和ECE R94要求，以脚踝
为中心R265〜R437半径区域内设计碰撞缓冲结构，见图52;
或加装缓冲块、膝部气囊起到保护小腿的作用I，见图46、图
47。

考虑在风管表面包覆一层3-5m m开孔海绵，见图51。

图46护膝板内部缓冲区域
图51吹面风管表面包覆海绵
2.4.7方向盘一阶振动模态
装有方向盘、转向管柱的横梁总成，整体一阶模态范围 35〜52Hz，横梁结构刚性越强，整体一阶模态越大，可有效 避开共振频率，见图52。

图47膝部保护措施参考车型
2.4.5副驾驶员头部碰撞
在副驾驶员头部碰撞区内*造型圆角R>2.5mm，见图 48,且要满足吸能要求，涉及到出风:口叶片、电器按键具体 要求详见 GB11552-2009。

图52仪表板横梁C A E仿真及台架试验
2.5拆装维修性
2.5.1保险丝覆盖区域与检修口边界要> 5mm
便于手操保险丝更换空间;，考虑阳光传感器拆装空间，该空间要满足L>L1，见图53a
图48头部碰撞区及加速度曲线示意图
2.4.6吸音降噪
为提升NVH性能，通常在手套箱后部粘贴厚度10-20mm 废纺毡、挡脚板处粘贴吸音棉，以吸收空调运转发出的噪声《为满足吸音降噪要求，棉毡材料性能需达到特定要求，见图 49，图 50。

图49废纺毡及吸音棉性能定义、声学曲线图
图50手套箱背面贴废纺毡、副驾驶员挡脚板贴吸音棉
为减少空调管路风燥*同时避免风管表面产生冷凝水，
图53保险丝盒手操空间（左）、阳光传感器手操空间（右）
2.5.2空调滤芯维修更换
需拆掉手套箱后进行，要求滤芯包络与仪表板下本体开 口周边距离（A、B)要>10mm;安装PAB固定螺栓，工具 空间校核，要求套筒（①28mm)套筒与周边件最小距禽G >20mm，见图 54。

图54空调滤芯维修空间（左）、P A B固定螺栓工具空间（右）2.6结构设计
2.6.1设计原则
V用定位、局部限位结构保证外观间隙、面差；
V安装结构须釆用现有成熟结构；
V端盖、堵盖便子拆装（开设拆卸槽)；
V尽量减少滑块、斜顶、抽芯数量；
V同类型标准件、非标准件尽量从库里统一，如卡扣、螺栓或螺钉；
138
张明等：一套乘用车仪表板正向设计思路V开模具前R P件验证装配可行性；
v储物箱设有漏水孔以防液；
v轻量化设计（局部减薄、挖孔)s
V美化外观（分模线尽量放在外观圆角下，B O SS柱或 卡扣座根部减薄处理)；
V提高装配效率（设有预安装结构）。

2.6.2输入条件
V DTS；
V主断面；
V A面|
V相关周边件；
V装配流程|
V设计方案；
V篇幅有限，不在详细阐述；
V案例1火山口设计，案例2轻量化设计，案例3预安 装设计，见图55。

图55火山口（左）、局部掏空（中）、预安装（右）
注；火山□设#,P P和ABS材料火Linn特征有所不同, P P加料，ABS减料。

结束语
总结以上模块化案例及工程结构设计经验，模块化装配 能有效缩短主线长度，降低总装线投入成本，同时装车充分 验证的工程结构，作为标准模块，以指导后续开发项目。

，
附录1国、内外相关法规项
标准号标准名称主要内容
GB 11552-2009乘用车内部凸出物
要求头碰区域圆角R>2.5_。

GB8410-2006汽车内饰材料的燃烧特性要求平均燃烧速度各l〇〇mm/s。

E C E R94
关于就正面碰员保护方
面批准车雛统一规定
5.2.1.7条要求小腿压缩力指标
(T C F C) ^8K N;
5.2丄8条要求小腿性能指标（T O矣1.3;
5-2丄9条要求膝潜动位移矣15tm nc GB 11562-2014
汽车驾驶员前方视野技
术要求及测量方法
仪表板表面满足低于下视野角度5度。

GB 11555-2009
汽车风窗玻璃除霜和除努
系统的性能和试验方法
20分钟后A区有80%已完成除霜；
25分钟后Y区有80%已完成除霜；
40分钟后B区有95%已完成除霜。

GB 11551-2014汽车正面碰撞的乘员保护
4.2.2条要求
头部性能指标（H P C) 1000;
胸部压缩指标（T h C C)妄75m m;
胸部黏性指标（V.C)
参考文献
[1] 张明.一种汽车伩表板的氛围灯安装结构及汽车+CN201420565
638+实用新型专利+2〇2〇142〇565638,Utility model patent, 2015.
[2] 任金东.汽车人机工程学.北京.北京大学出版社.2010.
大众开发创新技术保障人机合作安全
3月26曰，大众已经开发出一种独特的创新技术，使人类能够安全地在工业机器人的附近工#，而不需
要通过一个固定的安全屏障，这个安全屏障通过使用一种可靠的检测任何员工运动的激光安全扫描装置来保
障工人安全。

一个高级控制系统将协调人员和机器人的动作，一旦工人进入相关的安全区域，机器人就会减
慢和停止动作。

人机合作主要关注的是与轻量化的机器人的合作，这些机器人重量轻、负载轻。

现在我彻想让工业机器
人适合于与人合作，因为大型工业机器人可以举起更重的部件并将它扪传递给工人，可以减轻工人的负担。

安全区域将根据机器人的运动动态调整。

这意味着有关员工是完全安全的，并且在任何时候都完全清楚安全
地带。

已开发的原型证实了一种新形式的合作技术的可行性和一种全新的安全概念。

（来源t汽车制造网）
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