汽车遮阳板转动力矩设计初探

高丹丹，郝传柱

（山东华宇工学院，山东德州 253034）

0 引言

随着汽车行业的不断发展，人们在追求更高性能的同时，也越来越注重汽车内外装饰的细节处理。为适应多变的汽车市场，就必须时刻关注汽车市场的用户需求，设计出更具使用性、安全性、舒适性以及艺术性的汽车配件。结合多年汽车维修以及细节处理的经验，从多个角度详细分析汽车遮阳板的功能设计，就遮阳板转动力矩设计方法进行分析和讨论。

1 汽车遮阳板应该遵循的设计原则

汽车遮阳板是汽车正副驾驶位置的重要装饰部件，主要作用是为驾驶员和前座乘员遮挡阳光，避免阳光直射眼睛以提高乘车和驾驶的舒适感和安全性。遮阳板结构由固定座、转动臂、遮阳板三大部分组成，因此在遮阳板设计开发过程中，应主要遵循以下原则：首先是满足遮阳板的主要使用功能，即可以提供良好的遮阳效果，保障驾驶员和前排乘客驾驶乘坐的舒适性，提高汽车驾驶的安全性。其次，保证遮阳板的被动安全性，即在汽车发生碰撞或是其他事故时，避免遮阳板主体结构脱离、变形，进而对乘客或驾驶员造成伤害，这在汽车制造方式中和相关法规中都有所体现。最后是满足车辆内部装饰的和谐统一。遮阳板除了满足使用要求和安全要求外，还应该在造型设计上与车内整体环境相互统一，既要维持整体内部装饰的协调性，又要有一定的个性表达。汽车制造商应该综合以上几点，在产品质量和生产成本之间找到平衡点，对遮阳板进行精细化处理，满足其使用要求和安全要求。

2 汽车遮阳板的功能原理、主要类型以及内部结构

2.1 主要功能

汽车遮阳板的主要功能是帮助驾驶员和副驾驶员遮挡过量的直射阳光，辅助驾驶员在过量直射阳光照射下可以更加安全地驾驶。另外，在遮阳板的基座上可以附加一些其他功能配件来增加遮阳板的功能，例如化妆镜、票据夹、折叠板、地图袋等，这些辅助工具可以进一步提升遮阳板的实用性，最大限度地利用车内有限的使用空间，对提升车辆品质有着非常大的帮助。

2.2 工作原理

汽车遮阳板要想使用方便必须保证遮阳板挂钩卡紧转轴，这就需要在卡钩处设计一定的弹性结构。现有的遮阳板设计，基本可以分为两种弹性卡扣：一种是通过增加凸台，依靠遮阳板本身的材质特性来实现转轴的弹性卡紧，这对遮阳板的材料有一定要求，该设计的优点是结构简单、安装方便，缺点是稳定性和耐久性不高，容易出现疲劳性损伤。另一种是在遮阳板转轴处内置金属弹簧片，利用金属弹簧性能实现良好的弹性变形，优点是使用寿命长，紧固牢靠，缺点是卡钩紧密性太强，使用手感差。以上两种方式的原理均是通过人手转动遮阳板带动卡簧围绕转轴转动，其目的是保证遮阳板可以随意停留在需要位置保持不动。

2.3 主要类型

目前汽车遮阳板的生产为了追求轻便和实用性，基本选择复合型材料进行生产和制作，根据结构的不同主要分为粘合型遮阳板和一体发泡型遮阳板。粘合型遮阳板的内部结构主要由钢丝和其他金属芯材作为挡板的骨架，再将片状聚氨酯发泡软垫粘连到挡板骨架上，然后用其他如皮革或PVC 等材料将其包裹起来，最终用超声波焊将表皮焊接成型；一体发泡型遮阳板的生产方式相比粘合型遮阳板的生产方式更加便捷和高效，其方式是将挡板基座、芯材、骨架等嵌件同时注入半硬质聚氨酯中进行发泡处理，快速一体成型，最后用皮革或是其他材料将其包裹即可。

2.4 基本结构

汽车遮阳板从外部来看很简单，主要是遮阳板的主体以及与汽车链接的挂钩部分。而遮阳板的主体部分主要由表面装饰和内部骨架组成。为满足汽车驾驶员的使用要求，遮阳板除了满足基本的遮光要求外，还需要根据驾驶员的需求在内部固定化妆镜、票夹和其他结构，这些部件会影响遮阳板的内部结构布置以及与汽车主体结构的连接方式。设计者要结合不同的设计需求选择不同的内部结构，在骨架的设计和连接方式上应慎重考虑，但是不管如何设计，最终结果都应该保证遮阳板卡夹与转轴的配合舒适自然、使用方便。

3 汽车遮阳板转动力矩设计

3.1 转动力矩设计要求

根据实际的作用效果，遮阳板水平方向的旋转轴称为X 轴（上下方向），垂直方向旋转的轴称为Y 轴（左右方向），要想优化遮阳板X、Y 轴的转动力矩设计，需要从遮阳板内部卡夹以及其转轴之间的配合入手，并经过反复试验选择最优结果。最终应保证遮阳板在任意位置都能平稳自锁，保证在汽车行驶过程中不因遮阳板自重影响固定位置，在力矩设计上则是最小操作力矩应该大于遮阳板振动加速度45 m/s2的等效力矩，最大的操作力矩应小于3.4 N·m，只有满足以上两点才能满足遮阳板使用的舒适性和实用性。

3.2 卡夹与转轴材料的选用规则

结合生产工艺与生产成本，遮阳板卡夹材料多选择弹簧钢65Mn 以及60Si2Mn，经过热处理加工后就可以具备很好的弹性，完全可以满足遮阳板卡夹的受力需求。而转轴材料没有什么特殊要求，考虑到材料成本，普通碳素钢就可以满足设计要求。一些生产厂家为了提高遮阳板使用过程中的平稳性，提高驾驶者的使用手感，基本都会在转轴上包裹一层PA 材料或是涂抹一层润滑脂。总的来说，遮阳板卡夹和转轴的材料选择很大一部分是基于生产成本，生产厂家最大限度地开发出常见材料的使用性能，是一种非常实用的设计理念。

4 遮阳板X、Y 轴转动力矩的设计

为保证遮阳板可以在任意位置自锁，并在有一定颠簸情况的路面上稳定保持，就需要设计者精确控制遮阳板X、Y 轴的转动力矩。转动力矩与转轴平面和卡夹弹性相关联，转轴平面越大，转动力矩越大，弹簧卡夹弹性越小则转动过程中的力矩越大。其中X 轴转动力矩的设计需要将卡夹与转轴进行精确配合，平面与平面的配合可以有效控制遮阳板打开和闭合时的力矩和固定位置，转轴圆柱面与平面之间的配合可以控制遮阳板在转动中的力矩，提供很好的使用感受。而Y 轴的力矩与X 轴有所不同，主要由转轴与卡夹松紧决定，根据卡夹材料的不同，夹持的力度也不相同，因为夹持力度越大，Y 轴的力矩越大，因此在调整遮阳板Y 轴转动力矩时，主要调整夹持结构的松紧程度。

5 汽车遮阳板转动过程中常见问题及解决方法

汽车遮阳板虽然结构简单，但因其结构和材料限制很容易出现一些问题。汽车遮阳板常见问题：①新车或因安装不当导致遮阳板开启和闭合过于费力，极易造成遮阳板转动轴周围材料磨损，降低遮阳板使用寿命。主要原因是遮阳板转轴平面过大或是卡夹过紧，解决方法是减小转轴平面或是对卡夹进行热处理，提高卡夹弹性；②遮阳板卡夹松动回落时出现下落现象，原因是转轴与卡夹的配合间隙过大，卡夹力度太小弹性过大。解决方法是减小卡夹与转轴的配合间隙，提高卡夹热处理硬度，保证遮阳板回弹时的力度和稳定性；③遮阳板转动过程中力矩过大。使用过程中的表现是遮阳板很难随意调整到理想位置，经常出现偏离。问题的原因是遮阳板卡夹力度过大，不能随意调整遮阳板位置。解决方法是降低卡夹热处理硬度，并在遮阳板转轴上增加一些润滑措施，使其更加顺畅；④遮阳板回档位置不够清晰。主要原因是遮阳板转轴平面过小，卡夹的力度过小。解决方法是增加转轴平面面积，减小转轴与卡夹的配合间隙，将遮阳板回档位置清晰地标注出来，给驾驶者带来更愉悦的使用体验。

总之，设计者和使用者应对遮阳板的卡夹与转轴配合做详细测试，研究和总结出最为合适的转轴力矩，在保证遮阳板使用性能的同时，最大限度提高遮阳板的使用顺畅度，力求从细节上做到精益求精。

6 汽车遮阳板发展趋势

任何产品都有其本身的局限性，想要进一步提升和拓展应用前景，需要突破自身产品的定位，做出符合市场需求的改进和创新。汽车遮阳板的主要功能是为驾驶员遮挡阳光，但是在有限的汽车内部空间中，遮阳板是与驾驶者互动频率较高的结构之一，设计者需要从结构和功能上做出突破，拓展遮阳板发展前景。

首先是结构上传统遮阳板的外包材质为了配合汽车内部装饰，一般选择与汽车内饰相同的皮质或是其他复合材料，虽然在装饰性上做到了统一，但其实用性很容易被忽视。新型材料的研发使得遮阳板在结构上有了突破，如汽车液晶滤光屏采用透明的液晶玻璃屏，在阳光下可以自行变色，以保护驾驶者的眼睛，使驾驶者有挡光不挡路的新奇体验，对汽车内饰也起到了画龙点睛的效果。

其次是功能上，电子技术已经在汽车制造上完成了高度整合，作为与驾驶者互动性较高的汽车结构之一，设计者将越来越多的功能集合到遮阳板上，例如遮阳板LCF 液晶滤光屏、汽车遮阳板DVD、遮阳板太阳能电池、遮阳板电视播放器、遮阳板电子导航系统等，这些在基础规格上对遮阳板进行了全方位的功能升级，在保证遮阳板原本功能的同时，拓展了遮阳板的使用功能，避开了传统遮阳板的使用体验，使遮阳板的未来发展有了更多的可能。

7 结束语

综上所述，设计者在进行汽车遮阳板设计时应充分考虑用户体验与产品实用性，在对遮阳板细节处理上更为严谨，从产品内外结构处理、材质选择、组装实验等步骤严格按规范实施，最大限度地提升遮阳板的实际效果。另外，设计者还应不断尝试新的材料对遮阳板进行产品升级，并将更多实用功能整合到遮阳板上，提高与驾驶者的互动性，提升客户的使用体验。