汽车仪表板系统设计开发指南

汽车仪表板设计开发指南
仪表板是汽车内饰中结构最为复杂,零部件数量最多的总成零件。

仪表板的外观质量和风格决定了客户对整车内饰的评价，它包括了许多功能性的零件，如组合仪表、音响娱乐系统、各种电器开关、空调控制器等等零件，同时在仪表板设计上还涉及到许多安全法规的要求，如驾驶员可视区域的要求、头部撞击的要求、膝部撞击的要求等。

所以仪表板的设计有着较高的设计难度。

一、仪表板零件简介
仪表板总成是汽车座舱系统(COCKPIT)的重要组成部分，它包含的零部件种类和数量要看座舱系统的具体结构和对它如何划分，一般而言，仪表板总成由以下几部分组成：
1.仪表板本体：它是座舱系统的载体和框架。

从触感上可分为硬
塑仪表板和软化仪表板。

硬塑仪表板一般用于低价的家庭用车。

为了提高仪表板的外观质量（大型注塑件上易产生注塑缺陷）和
触感，常常在仪表板的表面喷涂软触漆。

另一类是软化的仪表
板，可以通过发泡材料在表皮和骨架之间发泡，或是将带有泡沫
背基的表皮复合到仪表板骨架上来达到软化的效果。

第一种方式
可以制造形状复杂的仪表板，外观和触感较好，但模具、设备的
投入较大；第二种方式只适应于较平坦的仪表板，泡沫的背基一
般为3－4毫米，但工艺简单，投入较少。

2.各种电器仪表：开关及音响娱乐系统。

这些都是一些功能性的
零件，如组合仪表、车灯开关、收音机、保险盒、继电器盒等
3.通风系统：主要由空调机、空调控制器、各种风道和出风口组
成，提供汽车除霜除雾功能及车内环境温度控制。

4.副驾驶侧安全气囊：它是现代汽车必备的安全设备，通常气囊
系统由气体发生器、气袋、安装金属框架、气囊导向框架和气囊
盖板组成。

现流行没有气囊盖板的气囊，它是用激光切割仪表板的背面，POLO和AUDI A6的仪表板就是无缝气囊。

5.手套箱和各种储物盒
6.各种各样的装饰面板
7.金属加强粱：加强粱承受了座舱系统各个零件的载荷，包括气
囊发射的动载荷及转向管柱、方向盘、收音机、组合仪表、手套箱等的静载荷。

所以COCKPIT都有强大的加强粱。

8.各种各样的电子线束.
以上8部分零件再加上方向盘和转向结构，就是一个完整的COCKPIT 系统了。

COCKPIT可以在仪表板生产厂家进行预装配，然后以模块的形式安装到整车上，可以减少整车厂装配线的长度，提高效率，降低成本，是目前国际上流行的生产方式。

二、仪表板的设计流程
Styling design Engineering&
packaging design
Modeling&make engineering drawing
1.市场调查、客户需求研
2.设计风格定位
3.造型方案初始效果图
4.最终完善效果图
5.TAPE DRAWING
7.制作sitting buck&clay
8.扫描clay模型
9.A surface造型
10.A surface发布
11.假人布置
12.人体工程
学研究
13.仪表板结
构布置（5个
主断面）
14.产品结构
设计（BAP设
计）
15.产品零件造
型
16.产品工程图
纸
输出
信息
输出
信息
6.决定初始油泥模型尺寸
三、仪表板设计流程介绍
1.在此阶段，要分析需要设计的车型的市场定位及所有竞争车型的
情况，同时了解客户对设计的总体要求，并且分解到具体零件的设计要求上。

2.设计风格可以有运动型、家庭型、舒适型、豪华型、亲和型等
等，在确定风格后，就可以决定仪表板上的特征。

3.通常设计师要绘制很多张设计效果图，通过评审，提炼后完成5
张效果图提供给客户选择。

4.在参考了客户的选择之后，完成一到两张能够达到照片效果的
效果图。

需要应用一些电脑软件来完成。

5.用粘贴胶带在1：1的图纸上绘制仪表板的外形和特征，将效果图
的信息转换到车身空间上。

6.在这一阶段，需要有工程设计的信息输入，完成初始曲面后可以
用于加工初始油泥模型。

有了5个主断面的信息，可以决定油泥加工原料的尺寸。

7.SITTING BUCK是根据汽车车身的尺寸，用木材、FOAM BLOCK、
POLYWOOD等材料制作与车身一致的框架用于放置油泥模型。

油泥模型的制作需要很高的技巧和创造性的工作。

一般油泥完成后需要进行评审，评审时通常需求对仪表板进行一些装饰，如在表面裹缚表皮或喷涂油漆和皮纹，使得其外观接近实际产品。

在制作油泥模型时，需要有人体布置、人体工程学、仪表板布置、制造工艺、装配工艺等多方面的信息输入。

油泥模型的精度一般可达到±2mm，德国大众公司往往将模型的精度控制在1毫米，但需要时间和费用。

8.可以用多种方法扫描油泥模型,如接触式的三坐标扫描，激光扫
描和高精度光学照相机拍照等，可以采集到反映油泥模型形状的数学点云。

9.高质量的A表面是产品具有高质量外观和配合的基础。

对CLASS
A SURFACE的要求不同主机厂有不同的要求，不同的CAD软件能
够达到不同的精度。

ALLIAS和ICEAM SUF是主要的CAD软件，相比较ICEAM SUF更专业一些。

CLASS A曲面质量可以用CAD软件的高光、反射线、高斯曲率等工具检查曲面是否有波纹，面片之间是否有缝隙和是否曲率连续。

CLASS A曲面的精度要达到0.01毫米，相切的面片的角度偏差不超过1.4分（0.02度）。

通常也可以将所有面片连成一个SKIN，然后偏一个厚度，生成一个壳体，如果能够成功，说明曲面的缝隙和连续性是可以接收的。

在这个阶段必须注意的是，CLASS A曲面必须完全按照结构设计提供的断面，并且完成所有可见面上的园角和第一个翻边，定义所有的间隙大小，这样可以保证工程师在以后的造型中完全按照造型师的设计。

10.在CLASS A曲面发布之前，一般需要用数控加工一个模型，与油
泥模型比较。

只是因为在做CLASS A表面时，往往都根据扫描点云作一些微调，需要在发布前在作一次检查。

11.人体布置是根据SAE或ISO标准的要求，确定假人在车中的位
置。

包括H点、眼椭圆、脚踪点、肩膀宽度等信息，为人机工程研究提供参数。

12.涉及到仪表板的人机工程研究主要包括：组合仪表可视区域研
究、仪表板在组合仪表区域遮挡直射光线和反射光线研究、手操作空间研究、腿部空间研究、头部撞击区域研究等。

通过这些研究，才能保证可操作性和人体的舒适性。

13.5个主断面包括：A)通过左出风口断面,主要显示风道与除雾、除
霜风口的连通方式，空调出风口的安装方式，大灯开关的安装方式，保险丝盒、继电器盒及驾驶员下盖板的安装方式等空间布置。

B)通过驾驶员中心的断面，主要显示组合仪表的安装方式、组合仪表罩盖的安装方式及转向柱和方向盘的信息。

C)通过车身
中心的断面，主要显示空调机与风道的连接方式、中央面板的安装方式、空调出风口与风道连通方式及安装方式、收音机安装方式、仪表板与副仪表板、空调控制器安装方式等。

D)通过副驾驶员中心的断面，主要显示副驾驶气囊的结构和安装方式、手套箱结构和安装方式。

E)通过右出风口断面,主要显示风道与除雾、除霜风口的连通方式，空调出风口的安装方式。

有以上这5个原理断面，仪表板的基本设计概念就完成了，这些断面要提供给油泥制作，决定初始油泥的尺寸。

14.这个阶段是设计的关键阶段，将在后文详细介绍一些设计规则
和要点。

完成结构设计可以说仪表板的设计的80%已经完成，它包括所有零部件的工作方式，安装方式，空间布置等，可以输出给外表面造型。

15.零件造型是根据结构设计图纸和已发布的外表面，建立产品的
三维数学模型。

在造型的过程中，可能发现一些结构设计的错误、或发现更好的设计结构。

16.产品工程图纸的作用随着CAD技术的提高而不断的减弱，工程
图纸上可以只包括一些技术信息、关键装配尺寸公差信息、
GD&T信息，所有的产品尺寸可以在3维模型上得到。

现在有些软件甚至可以在3维模型上标注GD&T信息。

这些信息主要是为了检验产品，制作产品检具提出要求。

四、零件设计参考规则
∙仪表板应避免尖锐的特征线过渡的门板上，特征的最小园角为6mm.
∙门板设计应比仪表板表面低2mm，仪表板和门板之间的间隙为6mm+/-4mm.
∙对于需要油漆的双色仪表板，应将油漆分界线设计为水平，并且设计一凹槽来避免视线看到油漆分界线。

凹槽建议尺寸：硬质仪表板
2mm(深)X4mm(宽)(MIN2mmx2mm)软质仪表板4mm(深)X8mm(宽)
(MIN4mmX4mm)
∙软化仪表板的厚度一般为10mm+/-mm,在仪表板的组合仪表处的泡沫厚度一般不超过15mm，若遇到超厚的情况，可以在骨架上加筋或增加钢丝来解决。

∙在仪表板上需要冲切的区域，骨架料厚减少到1.5mm~2mm，泡沫厚度也减少为4~5mm。

ABS/PVC真空成型表盘和搪塑表皮可做到2mm最小内园角和3.2mm最小外园角。

∙真空成型的最大拉伸比是：凸起为2：1凹陷为1：2
∙在CLASS A表面应避免尖角和内凹
∙边界园角：手套箱开口6mm~10mm MIN;气囊开口4mm~5mmMIN；空调出风口开口 3.2mm MIN
∙转角的园角：手套箱8~10mm MIN；气囊5～6mm MIN;空调出风口开口为6～8mmMIN；所有冲切园角最小为3mm.
∙搪塑表皮上的造型特征槽的宽深比为3:2
∙将紧固位置尽量设计接近定位，应避免用紧固的特征用于定位
∙设计一部件与另一部件装配时，应尽量设计为四周封闭，中央安装零件，这样才能达到较好的配合效，PICTURE FRAME的最小宽度为12mm。

∙将组合仪表的定位柱设计在仪表板骨架上，而不是设计在组合仪表上，在骨架上的CLIP开口需要倒角，起导向作用。

∙设计定位柱要比CLIP长2mm MIN,可保证部件的定位准确性
下面是对RIB和BOSS的设计要求
∙空调出风口和除雾器的沉坑的尺寸精度为+/-1mm,相对基准的精度为+/-1.5mm
∙表皮表面到骨架下表面的公差为+/-1.5mm,仪表板外表面到仪表板上凹陷表面的公差为+/-1mm
∙在螺钉头下的局部不应有泡沫，或泡沫厚度小于1mm，这是因为在压力下，泡沫结构会发生蠕变，会使紧固失效。

∙
∙在仪表板上最好只设计两个零件有配合关系
∙在仪表板的两端，设计5~10
度的脱模角度。

∙材料选择
软质仪表板0间隙配合或有0.5mm过盈.
NET
2MM
∙设计塑料件的外园角为1.5X 壁厚,最小园角为3.2mm,内园角为0.5X 壁厚.
∙
除了空调出风口和一些小零件可以用形状与仪表板定位外,设计零件与骨架或副仪表板用一个4方位的定位和一个2方位的定位.
NET
R=1.5X WALL THICKNESS
R=0.5X WALL
THICKNESS
4-5MM SHELF FOR STORAGE
BIN
五、仪表板系统设计规则
∙仪表板一般提供最少4个出风口，通常空调出风口的作用范围达到车厢内50％的空间。

∙当驾驶者坐在最远的位置时，驾驶侧出风口可调节吹风方向，吹到驾驶者右肩；中间出风口可以吹到驾驶者左肩；同样，当副驾驶者
坐在最远的位置时，副驾驶侧出风口可调节吹风方向，吹到副驾驶者左肩。

∙出风口向上应能够吹到99％的眼椭圆，向下应能够吹到假人的H 点。

∙所有的出风口最少高于前座椅H点356毫米；从出风口作到99％眼椭圆的切线，切线长度不大于653毫米。

∙出风口需布置在没有任何零件（方向盘、驾驶侧气囊、控制器）阻挡气流吹向目标的地方，能够吹到人腰部以上80％的空间。

如果不能，就要考虑辅助出风口。

∙冷凝机、热交换器、压缩机与装在同一表面上的零件的最小间距为3毫米；空调风道、除雾器、感应器与仪表板上安装的线束、仪表板加强件、其余仪表板安装件之间的最小间距为6毫米；热空调的
EATC控制总成与仪表板上安装的线束、仪表板加强件、其余仪表板安装件之间的最小间距为12毫米；仪表板上安装的中央空气分配
器、除霜器喷嘴与烟灰缸、杯托、收音机、CD机之间的最小间距为12毫米；冷凝机、热交换器与装在不同一表面上的零件的最小间距为15毫米；
∙除霜器喷嘴必须布置在距前挡风玻璃底部45毫米到100毫米的范围内。

∙从驾驶者99％眼椭圆看去，不能从前挡风玻璃C区域和侧面车窗上透视看反光镜的区域看到显示零件的反光。

每个显示屏发出的光线不能反射到其他仪表上。

∙在仪表板上任何部位上安装的装饰板，当20N的力作用在1.5平方厘米的范围上，变形不超过1.5毫米。

∙仪表板系统要求在－40度到82度的环境温度下，40度时相对湿度达到90％，满足外观和功能的要求。

∙仪表板设计的可靠性目标：2年内或30，000MILES98％；6年内或90，000MILES94％；10年内或150，000MILES90％。

∙仪表板设计必须符合轿车内部凸出物的法规要求。

∙满足防止仪表板在车窗上产生倒影的要求。

∙满足头部撞击的要求。

∙烟灰缸打开和关闭的最大作用力：抽拉形式-15N；PUSH－PUSH形式15N；其余形式-10N。

∙前烟灰缸打开的宽度为100毫米，打开的面积为5000平方毫米；总容积为200立方厘米；后烟灰缸打开的宽度为75毫米，打开的面积为2000平方毫米；总容积为80立方厘米
∙将烟灰缸缸体转入或取出的作用力为：
SNAP－IN方式：20N
DRAWER/SLIDE方式：15N
PIVOT/HINGED方式：15N
∙烟灰缸盖在受到11N的载荷时，Y方向变形<5毫米；Z方向变形<3毫米
∙在手不接触到灭烟处的情况下，烟灰缸缸体可以很方便的取出。

∙在所有的环境温度下（最低为－35摄氏度），受到125毫米直径重6.5公斤（35±10肖式硬度）的圆球，以2.5m/s速度撞击，仪表板可以满足外观的要求。

∙杯托上可以放置最小75毫米直径的容器，深度不小于40毫米。

∙杯托的最大开启和关闭力为：
开启：DRAWER/SLIDE25N
PUSH/PUSH15N
关闭：DRAWER/SLIDE30N
PUSH/PUSH15N
∙杯托的插入的部分在其中心受到4.5N的载荷，在43摄氏度和90％相对湿度环境下，放置24小时后，杯托能够满足所有的功能。

∙仪表板系统上的零件经过3次拆装后，所有的饰板经过6次拆装后，仪表板应满足所有外观和功能的要求。

∙当仪表板暴露在自然环境下，当仪表板处于空调引起的快速冷热时，当运动部件运动时，不能发出可辨的噪声。

∙烟灰缸缸盖翻开；杯托门从关闭状态到开启状态的时间为0.3秒～1.4秒。

∙用钥匙开启仪表板和副仪表板上锁的作用力距不超过0.1Nm。

∙在布置仪表板上各个部件时应满足：
在下列零件之间方向间距（毫米）
安装在座椅上的扶手仪表板上的任何表面X20
座椅副仪表板基体
扶手箱盖
（在整个运动范围内）Y20（硬）
6（软）
座椅
座椅泡沫仪表板上的任何表面X20（硬）
6（软）
可随座椅运动的保险
带扣
副仪表板基体Y20保险带滑入条表面副仪表板基体Y12
线束运动零件所有19
线束静态零件所有6－10副仪表板基体/机构手刹车杆内外4
副仪表板基体/机构手刹车杆前后
高低
8
副仪表板上部零件∙烟灰缸
∙开关副仪表板基体
地毯
高低8
仪表板骨架组合仪表座所有3组合仪表饰框组合仪表前后3仪表板骨架仪表板加强件
部件模块
继电器
所有6
仪表板加强件部件模块
继电器
所有6
手套箱斗所有6
手套箱斗
烟灰缸
杯托
收音机/磁带机/CD机线束
仪表板加强件
部件模块
继电器
所有12
仪表板A柱饰板所有6
仪表板门内板间隙6±4
∙副仪表板系统的固有频率为35Hz或更高。

∙当副仪表板系统装在有地毯的车身通道上时，在不同的载荷作用下，允许最大变形：
部位力（N）
最大变形
初始(mm)极限寿命(mm)
120 1.252 290 2.5 3.5 390 2.5 3.5 490 2.5 3.5 518057 613557 7452530 8205560 91802025 101352530 111353035 12452530
副仪表板系统在受到如下载荷时，能够满足所有的外观和性能要求。

副仪表板基体在受到如下独立的静态载荷时：
当支架型扶手箱受到如下独立的静态载荷时：
当扶手箱受到如下独立的静态载荷时：
∙在没有锁住的情况下，打开和关闭扶手箱盖的作用力小于12N
∙升起和落下支架型扶手箱的作用力不超过9.8N
∙汽车在静止时，扶手箱盖能够保持在完全开启的位置。

∙在汽车行驶时，支架型扶手箱能够停留在希望的位置上（全部升起或全部落下）
∙扶手箱锁的关闭力不超过40N，开启力不超过15N
∙开启和关闭仪表板手套箱的作用力：
开启：PULL LIFT HANDLE<15N
开启：PUSH BUTTON20－40N
开启：2SIDE SQUEEZE20－30N
开启：1SIDE SQUEEZE5－15N
开启：TWIST KNOB<0.4Nm
关闭：所有类型<40N
∙手套箱斗的宽度应大于75％手套箱门的宽度。

∙手套箱可以放下275X45X175尺寸的块体，打开的尺寸为275X100
∙副驾驶侧气囊激发后，手套箱门不能打开。

∙仪表板的部件在使用10年或15，000英里内，应满足外观和功能要求。

六、结束语
仪表板设计是一复杂的系统设计工作,设计手册提出的一些数据都是一些经验数据，随着汽车制造工艺的不断提高，这些数据显得有一些保守，还要根据公司实际的生产制造工艺水平，进行正确的判断，但设计的方法和原理是大同小异的。