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摘要：探討儀表板本體前端不同的設計結構保證其剛度要求，防止儀表板前端剛度不足產生變形，最后無加強件結構的儀表板本體應用CAE手段對剛度進行仿真分析驗證設計要求。
關鍵詞：儀表板；剛度；CAE；仿真
0引言
隨著人們生活水平的不斷提高，汽車已經進入尋常百姓家，而儀表板是汽車的重要組成部分，集成裝配著組合儀表、出風口、多媒體音響及副安全氣囊等各項功能，是汽車內飾功能和美觀的重要體現。儀表板前端結構如果設計不合理，造成前端剛度偏軟，在整車裝配或日曬時發生變形，嚴重影響內飾品質。本文探討儀表板前端不同的結構設計保證其剛度，對于單本體的儀表板前端，通過CAE仿真分析，驗證設計剛度并提出改進建議。
1儀表板前端剛度偏軟失效模式
對于中低端汽車儀表板設計通常不帶軟質包覆，內部也無加強板設計，材料采用PP，然而如果如儀表板本體前端背面無加強板增強，也沒有CAE分析剛度，儀表板前端剛度可能存在不滿足要求的情況，從而發生裝配或日曬變形的問題，如圖1某車型儀表板前端變形。
2儀表板前端加強設計
2.1通過儀表板上骨架增加儀表板前端剛度
中高檔車，儀表板上本體通常采用軟質包覆結構，一般采用搪塑成型工藝，表皮、發泡及儀表板本體在搪塑模內作為一個整體成型，帶有搪塑表皮的上本體裝配到上本體安裝骨架中，在骨架上設計4個卡爪，裝配儀表板總成時，卡爪卡入前圍鈑金支架上，防止儀表板前端塌陷。由于搪塑儀表板本體內部設計有安裝骨架與儀表板上本體連接，因此儀表板本體剛度較高，不存在前端變形問題。
2.2通過除霜風管加強儀表板前端剛度
儀表板內部設計有風管，風管進風口與空調連接，出風處與儀表板總成上出風口連接，實現將空調冷風\熱風導入駕駛室的作用或者實現空調除霜除霧的功能。儀表板風管分為除霜風管和吹面風管，除霜風管分中間除霜風管、左側除霜風管、右側除霜風管，吹面風管分為中間吹面風管、左側吹面風管、右側吹面風管。除霜風管用于車身的除霜、除霧，吹面風管用于制冷、制熱效果。常規設計：除霜、吹面風管均通過螺釘與儀表板安裝座連接固定，與儀表板本體不接觸，這樣儀表板本體大面存在剛度偏軟的風險，因此，本文研究方案將中間除霜風管及左右側除霜風管與儀表板本體通過面接觸震動摩擦焊固定。除霜風管通過注塑工藝成型，壁厚設計2mm，材料PP，與儀表板本體焊接后，由于雙層連接，可解決儀表板本體剛度偏弱問題。
2.3通過增加儀表板加強板增加儀表板前端剛度
上述2.2除霜風管與儀表板本體采用震動摩擦焊工藝固定，需要開發震動摩擦焊模具，而且儀表板本體尺寸很大，長約1400mm，寬約600mm,因此震動摩擦焊模具很大，成本較高，然而該方案儀表板本體剛度高，裝配集成度高，生產效率高。由于成本的限制，本小節討論在儀表板前端增加加強板來實現儀表板前端剛度。儀表板前端加強板材料PP，零件基本料厚2.5mm，注塑成型，通過穿刺焊與儀表板本體連接固定。在儀表板固定板上設計有4個卡爪，前圍鈑金上設計翻邊，儀表板總成裝配時，儀表板固定卡爪與前圍鈑金插接固定。為防止車輛行駛顛簸時儀表板與鈑金震動碰撞異響，在儀表板固定板卡爪上包覆1mm厚無紡布。該方案無需開發震動摩擦焊模具，不需要震動摩擦焊設備，穿刺焊由人工操作完成，因此成本相對較低，但生產效率較低。
2.4儀表板前端加筋并局部加厚實現增加剛度
除上述3個節點討論儀表板前端加強方案外，本節點加強方案不增加任何零部件實現儀表板前端增強的目的，即在儀表板前端局部加厚，厚度由普通基本厚度3.0mm增加到3.5mm；背門增加加強筋設計。該方案設計有3個限位插銷，通過螺釘裝配在儀表板本體上，裝配儀表板總成時，限位線插接在前圍鈑金安裝孔內，Z向間隙單邊0.2mm，Y向間隙單邊2.5mm；Z向限位防止前端塌陷，并通過增厚、加筋增加剛度，Y向“腰型孔”放開，防止零部件尺寸偏差造成裝配困難或者儀表板熱脹冷縮造成尺寸變化，儀表板本體限位銷處受Y向擠壓力而前端起鼓。該方案成本最低，但剛度較上述3方案差，需要CAE仿真校核剛度。
3儀表板前端加強CAE仿真分析
3.1儀表板本體材料特性如表1（選用某PP材料）
3.2仿真模型建立
儀表板前端與車身的3個Z向定位銷做Z向剛性固定，兩側與鈑金安裝螺釘做固定。
3.3模型仿真
在儀表板前端最薄弱處施加測試力，即在儀表板與車身前圍兩個插銷中間取檢測點，施加力值22N，仿真儀表板本體Z向位移量如圖6所示。仿真結果：儀表板前端薄弱處位移量1.83mm，大于設計要求1.5mm，不滿足要求。整改措施:儀表板前端本體厚度由3.0mm增加到4.0mm，并且在背面增加加強筋，加強筋厚1mm，高4mm，重新劃分網格進行仿真。仿真結果：儀表板前端薄弱處位移量1.16mm，小于設計要求1.5mm，整改后儀表板符合要求。
4結束語
本文針對儀表板前端剛度偏軟造成變形的失效，探討了4種儀表板本體前端加強的方案：即通過儀表板上骨架增加儀表板前端剛度、通過除霜風管加強儀表板前端剛度、通過增加儀表板加強板增加儀表板前端剛度、儀表板前端加筋并局部加厚實現增加剛度。對于儀表板前端加筋并局部加厚實現增加剛度方案，進行CAE仿真分析，驗證是否滿足設計要求，對不滿足要求問題，設計優化后重新仿真分析，滿足設計要求。
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作者:魏文華 單位:江西江鈴集團新能源汽車有限公司
