一种适用于汽车副驾驶的折叠桌板设计与仿真分析

张然 李嘉文 姜淑凤 柯寅峰　勾甫函

摘 要：为了提高车载折叠小桌板的安全性、稳定性以及承载力，根据市场在售车载折叠小桌板的结构与优劣势的分析，开展了结合人体工程学进行坐姿高度的舒适性实验，根据实验结论设计了一款适用于汽车副驾驶的折叠桌板类车载内饰产品，并利用ANSYS仿真软件对该桌板进行受力形变仿真分析，得出该结构承重力范围与稳固性能的优化设计。

关键词：副驾驶折叠桌板 结构设计 受力分析 汽车内饰设计

随着汽车行业的快速发展，车内办公使用电子产品逐渐成为常态，车辆驾驶室正逐渐演变成用户的“移动之家”[1]。为了使车载折叠小桌板达到安全性、舒适性地目的，基于力学的仿真分析，充分考虑人机工程学的相关数据进行结构改进[2]，设计整体式折叠结构，结构稳固，操作简单，使用方便，安全性能高。

1 现有车载折叠桌板对比分析与创新结构设计

我国作为世界主要汽车销售国，内饰需求量大，折叠桌板是内饰之一，其实用性和美观性也越来越受到人们的关注。

1.1 问题分析

国内外现有的车载折叠小桌板只适用于后排乘客，结构多为钩挂式，受力不均容易在行车过程中导致物品掉落甚至桌面断裂等现象。针对市场在售产品的调研以及用户问卷调查，挖掘出存在的一些缺陷：普遍存在折叠结构不稳定、承载力不足、使用面积小、有明显的安全隐患[3-4]。

1.2 人机工程学方法的结构优势分析

人体尺寸是研究人机工程学的重要因素。人体尺寸并不是某个确定数值，而是分布在一定范围内[5]。在对车内桌椅进行尺寸的设计时，设计人员希望能够符合更多人的需求，因此考虑人群平均尺寸确定其车载桌板的平均尺寸范围[6]。本文通过对100名被测者进行膝盖与桌面高度的舒适性实验分析，如图1给出舒适性的高度区间。

查阅相关文献数据采样结果得出如下参数：男性的舒适高度区间为[650mm，720mm]，女性的舒适高度区间为[647mm，698mm]，取其交叉数据得出此车载折叠桌板的舒适性区间为[640mm，720mm] [7-8]。因此，可调节高度为80mm。

1.3 改进的车载折叠小桌板基本结构设计

桌板为乘员提供就餐、工作以及娱乐的平台，因此需要承载餐食器具（210mm×150mm）、15.6in笔记本电脑（380mm×220mm）以及12.9in平板电脑（305.7mm×220.6mm）等物品。故本产品的长度约为365mm，宽为240mm，桌板厚度为15mm。

装有食物的器具和一瓶矿泉水重约2.5kg，15.6in的笔记本电脑重约4kg，12.9in平板电脑重约0.6kg，根据其功能，确定其承载重量为8kg。

根据桌板位置以及固定形式，如图2所示。桌板采用双层折叠形式，含有桌板上面板、隐藏式铰链、桌板下面板、自锁折叠机构、伸缩支架，桌板采用压铸铝合金，密度为2.7～2.84g/cm3，重量约为3.3kg。可调整隐藏铰链、可折叠支架等结构使用低碳钢材料。自鎖折叠支架厚度约2.4mm，承重约10～20kg，可满足日常物品的放置需求。

2 功能介绍以及受力形变分析

本设计是汽车内饰产品，此产品包括桌板、折叠结构和伸缩结构等三部分组成。

2.1 车载折叠小桌板应用功能介绍

桌板设置在中控台右侧，不会影响安全气囊的正常弹出，采用侧边固定的方式与中控台连接，在使用过程中可通过自锁折叠机构实现快速折叠，自锁折叠机构将桌板与伸缩结构连接，伸缩部件通过缩进旋钮转动锁紧滑道，构成了三角型结构，保证了桌板在行车过程中的稳固。使用时通过按动自锁折叠结构将小桌板展开。在使用过程中受力面分散，大大减少了桌面断裂以及物品滑落的现象。桌板本体使用隐藏式铰链使桌面展开后在同一平面，避免了桌面落差带来的使用不便。

2.2 车载折叠小桌板受力形变分析

首先将产品建模，模型简化后导入ANSYS workbench中，材料为压铸铝合金，密度2.80g/cm3，泊松比是0.38，杨氏模量是81.3GPa，网格划分1毫米。受力位置在整个桌面（均匀受力）。桌板受力范围为F=10N（约等于一包牛奶的重量）到F=100N（约等于半桶20升的桶装水）的最大变形量（单位：mm），如表1所示，变形情况如图3所示。

通过受力形变状况分析得出，如图4所示，当桌面受力F<4148.6N时，桌板处于安全状态。当桌面受力F>4148.6N时，桌面断裂，达到危险状态。因此，此桌板在日常使用状态下安全。

3 结语

为了解决现有车载小桌板承重力不强，不适用副驾驶等诸多问题，设计了适用于汽车副驾驶折叠小桌板。本设计通过人机工程学分析并对其结构进行改良，减少了受力面积不均，解决了行驶过程中使用的安全性等问题，并利用ANSYS仿真软件进行受力变形分析，验证其结构的合理性。这是一款新型的汽车副驾驶折叠小桌板，承重力强，结构稳固，是良好的辅助工作休闲的小物件。

基金：2021年大学生创新创业训练计划项目（202110232015）;黑龙江省省属本科高校基本科研业务费科研创新团队项目（135409102）;齐齐哈尔大学学位与研究生教育教学改革研究项目（JGXM_QUG_2020010）。

参考文献：

[1]张臻，王海波，孙崇岭等. 基于人机工程学的商用车桌板设计及应用[A]. 中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）.2020中国汽车工程学会年会论文集（7）[C].中国汽车工程学会（China Society of Automotive Engineers）：中国汽车工程学会，2020：4.

[2] 李维立，曹祥哲. 人机工程学[M].人民邮电出版社：， 201703.159.

[3] 张高美.人机工程学在办公桌椅设计中的应用[J].艺术与设计（理论），2012，2（04）：142-143.

[4] 伍赛特.人机工程学在汽车设计过程中的应用及展望[J].汽车零部件，2019（10）：89-91.

[5] 左斌，王佩璋.多角度调节功能的电脑桌设计[J].轻工科技，2020，36（06）：119-120+143.

[6] 木易.现代载货汽车驾驶室人性化内饰结构[J].汽车与配件，2005（48）：36-38.[4] 于彦凤，王帅.基于人因工程学的工程车辆驾驶室舒适性研究[J].大众标准化，2019（13）：33+35.

[7] 倪晓文.汽车内饰造型的设计要素[J].汽车工程师，2011（09）：17-20.

[8] 梁依山.人体坐姿布置在车身开发中的应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2009，32（S1）：3033.