某仪表板手套箱锁止失效的研究

霍长宏，陈健，杨春光

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230022)

某仪表板手套箱锁止失效的研究

霍长宏，陈健，杨春光

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230022)

对某系列商用车按压式仪表板手套箱锁止失效问题进行具体分析，并制定整改方案，理清了按压式锁止机构的应用范围。分析过程表明：受力状况是影响按压式手套箱锁止功能的关键因素，在结构设计过程中要重点注意。文中的分析过程和得出的最终结论，为商用车领域仪表板手套箱设计提供了参考。

仪表板手套箱;锁止失效；按压式；双点锁止

Abstract:The failure problem of a kind of commercial vehicle push type glove-box was analyzed and the solution was set out,the applied range of the push type locking-device was defined.The analysis process indicates that stress condition is the key factor affecting the function of the push type locking-device which should be pay great attention during structure design.The analysis process and the conclusion provide reference for commercial vehicle push type glove-box design.

Keywords:Instrument panel glove-box;Locking failure;Push type;Two point lockup

0 引言

仪表板系统是整车内饰中最重要的系统，是集功能性、安全性、舒适性和装饰性于一身的部件，其设计质量的好坏直接决定着整车内饰的品质。储物设计是仪表板设计中的一个重要内容，也是内饰设计中最重要的课题之一。物品的多样性、储物空间的美观舒适性以及储物功能件的安全性，都越来越成为人们不断追求的目标，这对设计人员提出了更高的要求[1]。手套箱是仪表板系统中具有储物功能的主要零件之一，也是仪表板中与人联系最紧密的部件之一。 手套箱通常置于副驾驶的膝部前方，对汽车内饰的整体感官效果至关重要[2]。其功能实现更是设计成功与否的第一要素。

文中从实际车型设计出发，详细归纳总结了某商用车仪表板手套箱的失效现象、整改过程，最终形成解决问题的方案。基于深入的理论研究并结合市场的实践经验，对商用车领域仪表板大型手套箱设计有较高的指导作用。

1 失效问题的出现

某公司某高端商用车小批量试装车辆在道路试验过程中，出现乘员侧手套箱在行驶过程中自动弹开等故障，手套箱锁止功能失效 (见图1)。

作者随机抽取同批试装车辆5台套进行同等工况可靠性道路试验，5台车辆的乘员侧手套箱均出现行进过程中的盒盖自动弹开故障，拆解分析发现锁钩无损坏，锁机构失效。

2 手套箱设计可靠性要求

(1)耐久性试验

试验要求：

①测试必须在相同的系统环境下进行；

②测试要在开关10次/min的情况下进行3 000次，测试后没有变形、锁止失效。

(2)耐疲劳试验

试验要求：

①在正常温度(-40±2)℃和条件下试验后样件无变化；

②振动条件：振幅2～2.5 mm,振动加速度3.5g,时间24 h。

要求试验后，杂物盒无明显变形，功能正常[3]。

(3)强化路路试试验

试验要求：

满足可靠性3×104km强化路试验无锁止失效问题[4]。

3 结构设计

商用车仪表板手套箱按其打开方向可分为上翻式手套箱和下翻式手套箱。相比传统的下翻式手套箱，上翻式手套箱具有造型新颖、打开视野好和使用方便的特点，近年来尤为受商用车车企青睐，在其高端品牌商用车上使用(图2)。如图1所示，某系列商用车车型手套箱即为典型的上翻式手套箱结构，由本体1、箱盖2、缓冲垫3、锁扣4、弹簧铰链总成5、铰链销6、紧固件7、锁钩8组成(图3)。使用盒盖上锁钩与手套箱本体上的迷宫锁扣机构配合实现按压锁止(图4)，使用铰链和弹簧实现盒盖翻转打开。

考虑到商用车用户的使用要求，一般设置手套箱以储物最大化为原则，其X、Y、Z三方向尺寸均比较大，从而导致盒盖自身质量较大。此车型手套箱盒盖质量即达到0.542 kg。

4 问题分析及解决

4.1 问题分析

4.1.1 实际检测

首先，对锁止失效问题产生的原因从制造角度进行分析。依次对本体、箱盖、缓冲垫、锁扣、弹簧铰链总成、铰链销和锁钩进行尺寸核查，结果制造误差在设计允许范围之内；并对手套箱总成进行检具检测，亦满足总成检具要求。

故制造和装配误差不是锁止失效问题产生的主要原因。

4.1.2 理论校核

分析手套箱盒盖的受力状况，打开状态下，盒盖承受自身重力、弹簧力；关闭状态除重力和弹簧力外，还有缓冲垫弹力、锁扣锁止力；如需开启盒盖，还需增加开启操作力。

(1)静止状态下(图5)，为保证盒盖正常开启时能都在顶端停留，则T弹簧>TG

T弹簧=F弹簧·L弹簧

TG=m·g·LG

其中：m=0.542 kg，弹簧力臂L弹簧=24 mm，重力力臂LG=91.15 mm，代入得

F弹簧≥20.58 N

此处如继续增大手套箱大小，弹簧力将进一步增大。

(2)开启操作力校核(图6)

为保证Push结构开启手感，一般要求开启操作力在15～25 N为宜。按受力状态分析

T操作力>T弹簧+TBUMPER-TG-T锁扣

T操作力=F操作力·L操作力

T弹簧=F弹簧·L弹簧

TG=m·g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T锁扣=F锁扣·L锁扣

其中:m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F弹簧=21 N,L弹簧=24 mm，LG=91.15 mm，FBUMPER= 30 N,LBUMPER=198.2 mm，F锁扣=8 N,L锁扣=190.7 mm，代入得

F操作力≥37.22 N

与要求操作力相比，校核得出的操作力偏大，易造成开启手感不佳问题，影响操作舒适性。

(3)关闭状态整车向下加速度3g校核

由于商用车使用工况复杂，经常在坏路山路等路面上行驶，偏硬的悬架系统也会带来较大的驾驶室振动加速度，此处以3g加速度进行手套箱受力校核。

当整车受到向下3g加速度时，

T锁扣+TG

T操作力=F操作力·L操作力

T弹簧=F弹簧·L弹簧

TG=m·4g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T锁扣=F锁扣·L锁扣

其中：m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F弹簧=21 N,L弹簧=24 mm，LG=91.15 mm，FBUMPER=30 N,LBUMPER=198.2 mm，F锁扣=8 N,L锁扣=190.7 mm。代入得出T弹簧+TBUMPER远大于T锁扣+TG，故锁扣无法沿着Push方向运动，向上3g加速度时锁扣脱开风险较小。

(4)关闭状态整车向上加速度3g校核

当整车受到向上3g加速度时

T锁扣>T弹簧+TBUMPER+TG

T操作力=F操作力·L操作力

T弹簧=F弹簧·L弹簧

TG=m·2g·LG

TBUMPER=FBUMPER·LBUMPER

T锁扣=F锁扣·L锁扣

其中：m=0.542 kg，L操作力=190.7 mm，F弹簧=21 N,L弹簧=24 mm，LG=91.15 mm，FBUMPER=30 N,LBUMPER=198.2 mm,L锁扣=190.7 mm。

代入得

F锁扣>39.9 N

表1为锁扣厂家给出的锁扣技术要求。

表1 锁扣技术参数

其中锁扣能承受的最大滥用力为40 N，故此时需减小弹簧力大小，以保证锁扣不脱开。但弹簧力目前按保证盒盖正常开启时能在顶端停留的最小值计算，没有进一步减小的空间。此处如继续增加手套箱大小，锁扣所承受的反向作用力还会进一步增大，锁止失效将更加频繁。

由此来说，该结构设计有设计缺陷，结构中使用的迷宫结构锁止更适用于小型手套箱和工况比较好(振动加速度较小)的乘用车，而因为商用车手套箱大型化和商用车底盘悬架偏硬、振动加剧的特征，迷宫锁不能满足设计和使用要求。

4.2 解决方案

鉴于上述分析，作者得出了以下结论：商用车大型上翻式手套箱应避免使用按压式手套箱结构，从受力上看，应尽量选择解锁方向与车辆所受上下加速度方向呈大角度的方案，重新设计新的锁止结构。那么解决问题的方法众多，查看现有数据库，分析锁结构在此系列商用车杂物盒上布置的可行性。 以下给出一种双点锁止方案的详细结构设计和验证，其结构如图7所示。

该结构通过齿轮齿条实现杂物盒两端锁止(图8)，解锁方向与车辆所受上下加速度方向呈垂直设置，进而将振动工况对手套箱功能实现的影响降至最低。

5 总结

根据最终方案迅速启动重新开发锁机构，完成后进行可靠性试验，未发生锁止失效问题，达到设计要求，确认方案有效。将此结构应用于该品牌全系列车型，均无同类问题再现。

通过此次分析和整改方案的制定，识别了按压结构手套箱的受力校核方法，从而明确其使用范围，并给出大型上翻式手套箱推荐锁止机构，给商用车大型上翻式手套箱的设计提供了宝贵经验。

【1】 朱瑶杰,王建.乘用车手套箱设计要点剖析[J].轻型汽车技术，2002(9):24-27.

【2】 普春杰.乘用车内饰的色彩设计基本原则[J].客车技术与研究，2007(4)：31-33.

【3】 张志军.汽车内饰设计概论[M].北京:人民交通出版社,2008.

【4】 曹渡.汽车内外饰设计与实战[M].北京:机械工业出版社，2011.

ResearchonLockingFailureofaKindofInstrumentPanelGlove-box

HUO Changhong,CHEN Jian,YANG Chunguang

(Technical Center,Auhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230022,China)

2014-09-22

霍长宏(1981—)，女，本科，工程师，现从事汽车内外饰设计工作。E-mail：huo_changhong@126.com。