某SUV前门内饰板设计及有限元分析

匡小娟 ，房海萍

（江西五十铃汽车有限公司，江西 南昌 330010）

随着汽车的普及，汽车内饰的设计越来越受到人们的重视[1]，其设计的好坏直接影响到用户的乘坐舒适性、使用方便性、驾乘体验乃至安全性，因此汽车内饰设计尤为重要。汽车前门内饰板作为内饰件的重要部件，其设计开发直接关系到产品性能的好坏，进而关系着整车质量的优劣。因此，掌握车门内饰板设计开发的正确方法是重中之重[2-5]。本文着重介绍前门内饰板的设计，包括地图袋、门扶手、门内开扣手等的设计，最后利用有限元方法对前门内饰板进行模态分析。

1 前门内饰板概述及组成

前门内饰板是安装在第一排座椅外侧车门钣金上的，其除包覆金属门板起装饰作用外，还可使车门开关方便、支撑肘腕，有屏蔽车外噪声、吸音、防尘、防水的作用，能够优化用户的驾乘体验，而且是电动车窗玻璃开关、扬声器、门内开扣手等的安装载体。前门内饰板由内饰板本体（一块本体或多块本体）、前门锁内开拉手、扣手装饰盖、前门电动窗开关盖板总成、前门内饰板储物盒、扬声器面罩、前门内饰板拉手盒、前门内饰板扶肘、前门内饰装饰条等基本部件组成[6-9]，如图1所示。前门内饰板本体采用注塑工艺，由于采用粗皮纹，因此其拔模角度要大于5°，且拔模方向一般为Y向。前门内饰板上饰板一般采用IMG工艺或搪塑工艺，触感较好。

图1 前门内饰板组成

2 车门内饰板的设计要求

2.1 车门地图袋结构形式

车门内饰板下部储物空间通常称为地图袋，一般由从背面装配上去的一块背板和车门内饰板本体共同构成，其连接方式大多采用热铆焊接[4]，热熔柱直径一般为6.5 mm，热熔柱长度应高出门饰板本体10 mm，如图2所示。为确保地图袋的配合间隙，热熔柱的布置间隙一般为100 mm～150 mm。焊接时，一般焊接柱同时起定位作用，定位间隙为0.1 mm，地图袋与门饰板本体配合间隙为0.3 mm。

图2 热铆焊热熔柱

2.2 前门内饰板人机布置要求

前门内饰板人机布置要求包括前门内饰板扶手设计、门内开扣手设计等。

2.2.1 前门内饰板扶手设计要求

前门内饰板扶手起到支撑驾驶人员手臂，提高驾驶舒适性的作用，其设计需满足以下人机布置要求：

1）扶手布置高度与座椅SRP点的高度差推荐值为180 mm～220 mm[10]。

2）扶手前端布置位置满足最小布置条件：当座椅移至最前方时，扶手前端在SRP点的正上方。

3）扶手后端布置位置满足最小布置条件：扶手后端边界在座椅SRP点往车后移动70 mm的位置上。

4）扶手前后最大倾角需满足的条件：X轴±3°内。

扶手人机布置要求如图3所示。

图3 扶手人机布置要求

2.2.2 内开启扣手设计要求

前门内饰板需预留前门内饰板内开启扣手安装槽，其与开启扣手的间隙一般在1.5 mm～2 mm之间，且开启扣手的开启角度一般在45°以内，其关键设计尺寸如图4所示。前门内饰板上扣手安装槽长度L2一般为110 mm～120 mm，扣手长度L1一般60 mm～80 mm，为便于操作，扣手安装槽深度D2一般为60 mm～70 mm，扣手操作空间深度D1一般为35 mm～50 mm。

图4 内开启扣手设计要求

2.3 前门内饰板安装方式

前门内饰板通常采用鸟嘴型的卡子安装在前门钣金上，如图5所示，钣金孔尺寸为Φ7.4 mm，钣金的冲孔方向从A面到B面，如图6所示，避免钣金冲孔毛刺影响门板的安装。为了控制前门饰板与门钣金的间隙以及确保开关门试验门饰板不脱开，后边界的卡子间距要求不大于180 mm，卡子到门饰板上边界的距离最好在75 mm～85 mm之间，最好做关门试验最终确定。其他不重要的地方卡子间距一般不大于250 mm，前下角和后下角最好能布置卡子以保证与门钣金的间隙。

图6 钣金冲孔方向及安装孔尺寸

2.4 前门内饰板与内水切的关系

水切是指车门玻璃下缘凹槽里的橡胶密封条，内部叫内水切，外部叫外水切，位于车窗玻璃和车门框架之间，在升降车窗玻璃的时候切去玻璃表面上的水滴、水雾及灰尘，同时也起到美观作用。内水切与门内饰板的配合形式有两种，分别为分体式和整体式，如图7、图8所示。分体式是指内水切与门内饰板分开往车身上装配，水切先安装，门内饰板总成后安装，安装方向为Y向，门内饰板与水切的Y向间隙为1 mm，Z向间隙视水切软硬程度来确定，一般间隙为0～0.5 mm；整体式是指内水切与门内饰板装配成一个总成后再一起往车门上装配，安装方向为先上下安装，卡住钣金后再旋转安装。

图8 整体式水切配合形式

3 前门内饰板模态分析

前门内饰板在设计开发过程中需经过各种试验，在实际过程中，前门内饰板在鹅卵石路和颠簸路面进行路试时常出现异响情况，因此有必要对其进行模态分析。

3.1 理论基础

模态是结构动态特性分析的基础，包括固有频率和振型，是振动系统的固有特性；对结构的动态响应、动载荷的产生和传播以及结构振动的形式等具有重要影响。作为具有有限个自由度的弹性系统，振动微分方程为：

式中，M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；x''(t)为加速度向量；x'(t)为速度向量；x(t)为位移向量；F(t)为作用在弹性体上的激励。

3.2 有限元分析

将某一SUV前门内饰板的三维模型导入HyperMesh有限元分析软件中进行3D网格划分，单元类型采用四面体网格，单元尺寸为3 mm，此有限元模型的单元总数为63 458个，节点总数为67 346个，约束前门内饰板与钣金所有卡接点的6个自由度。前门内饰板的材料及材料相关参数如表1所示。模态分析如图9所示，此门板的一阶模态和二阶模态分别为26.78 Hz和30.12 Hz，满足前门内饰板模态需避开发动机怠速共振频率25 Hz的要求。

表1 前门内饰板材料及材料相关参数

图9 模态分析结果

4 结论

1）本文简要概述了前门内饰板的概念及组成部件，重点介绍了前门内饰板地图袋的结构形式及前门内饰板的人机布置要求，包括前门内饰板扶手、门内开扣手等的布置要求。同时还介绍了前门内饰板与内水切的结构设计以及前门内饰板的安装方式。

2）针对前门内饰板常出现异响的问题，利用常用的有限元分析软件HyperMesh和ABAQUS进行前门内饰板的模态分析，分析结果表明前门内饰板的一阶频率和二阶频率分别为26.78 Hz和30.12 Hz，满足前门内饰板模态需避开发动机怠速共振频率25 Hz的要求。