轻型商用车顶杂物盒的设计研究

□ 陈党辉 □ 操 倩 □ 许明春

江淮汽车股份有限公司技术中心 合肥 230601

储物设计是汽车内饰设计中十分重要的一部分，随着人们生活水平的提高和生活方式的变化，现代的轻型商用车已不再是简单的交通运输工具，已逐渐成为集工作、休息、娱乐为一体的第三空间。随着汽车生活的丰富多样，储物行为及方式也越来越复杂，一个完善的汽车储物空间将大大提高现代人们的汽车生活质量。然而，通常的储物方式如仪表板、副仪表板、门内板和座椅存在储物空间小、储物物质单一、取用方便性差等缺陷，已不能满足人们对储物更高层次的需求；为丰富座舱空间的储物利用率，充分利用顶部的空间，开发了新的储物方式即顶杂物盒，为人们提供更加丰富的储物空间。

1 顶杂物盒的分类方式与材料选择

1.1 顶杂物盒的分类

顶杂物盒按其造型风格可分为分体开口式顶杂物盒、分体封闭式顶杂物盒、整体开口式顶杂物盒和整体封闭式顶杂物盒，如图1所示。分体式的顶杂物盒可根据客户的需求选择性装配，既能根据客户的不同需求灵活地选择配置，又可缓解整车的成本压力；整体式的顶杂物盒则可实现模块化集成设计，集成顶灯、内后视镜、行车记录仪、MP5、液晶显示屏和语音交互系统，为整车的布置提供更合理的选择。

▲图1 顶杂物盒的分类方式

1.2 顶杂物盒的材料选择

顶杂物盒的成型工艺为注塑成型，常用的材料为ABS和PP，但为了满足材料的力学性能和表面质量要求，通常采用改性PP材料PP-T20+EPDM；但有时为了成本的考虑也可采用PP-T20，见表1。

表1 三种材料的力学参数对比

2 顶杂物盒的布置校核

顶杂物盒布置的好坏直接影响到乘员的使用方便性、安全性和空间利用率，合理的设计需要充分考虑法规、舒适性和人机工程等要求。

2.1 储物空间的设置校核

储存空间的设置需要总布置工程师和市场规划部根据市场调研报告来决定具体的存储物质，根据具体的存储物质模拟三维数据，进行存储物质的校核。

以某商用车项目为例，明确定义杂物盒的存储物质为A4纸（210mm×297mm）、票据以及驾驶证等常用物质，故杂物盒的设计可模拟A4纸和驾驶证等数模进行储物空间的校核，保证与周边的最小距离a≥5mm，如图2所示。

▲图2 储物空间校核示意图

2.2 视野法规的校核

顶杂物盒位于车顶部上空，在满足空间布置要求的同时，还需要满足整车的上视野［1］要求和头部碰撞［2］空间要求。以某顶杂物盒的设置进行具体的说明：顶杂物盒下边缘应位于上视野线的上方，与头部碰撞区包络的距离b满足b≥50mm，如图3所示。

▲图3 视野法规和乘员保护的校核

2.3 操作舒适性的布置校核

考虑到轻型商用车的驾驶包括女性驾驶员，故顶杂物盒的使用需满足大部分乘员的要求，为满足这一要求，现使用5th女性人体［3］进行操作方便性的校核，使其能顺利操作到顶杂物盒的边缘，如图4所示。

▲图4 5th人体女性假人舒适性校核

3 顶杂物盒的结构设计

顶杂物盒不仅要满足布置法规的要求，其安装也需要满足外形美观、结构可靠的要求。通常顶杂物盒的安装是通过自攻螺钉安装在顶杂物盒安装支架上，顶杂物盒的安装支架与车身横梁的连接方式为螺栓与螺母的刚性配合，具体搭接关系如图5所示。

4 顶杂物盒的强度分析和可靠性分析

4.1 顶杂物盒的强度分析

顶杂物盒是承载部件，需对其进行承载性分析和刚性分析。为保证顶杂物盒具有足够的强度，通常在设计阶段借助CAE对顶杂物盒本身的强度和安装点的强度进行分析。采用壳单元模拟法，分析顶杂物盒的受力变形和安装支架的受力变形，根据材料力学性能计算其变形量，验证是否满足使用要求。

▲图5 顶杂物盒的安装断面

顶杂物盒及安装支架材料的力学参数见表2。

表2 材料的力学参数

根据顶杂物盒的装配状态设定其约束方式。约束：模型界断面处全约束；载荷：杂物盒中心附近10mm×10mm的区域Z向加载荷50 N的力 （P1、P2），如图6所示。

▲图6 约束加载方式

采用壳单元模拟法进行分析计算，计算结果见图7和表3。

表3 顶杂物盒装置的计算结果

4.2 顶杂物盒的可靠性分析

顶杂物盒作为主要的功能性零部件，需对其进行总成性能要求和可靠性路试验证分析，由于顶杂物盒处于阳光直射区域，故其总成对热存放试验、耐气候交变试验和耐刮擦试验有着严格要求。

▲图7 顶杂物盒的CAE分析结果

（1）热存放试验。将顶杂物盒放置于（105±2）℃恒温箱中500 h后目测，不得产生变形、扭曲、轮廓和半径的变形，不能出现气泡、缩孔、粉化等现象。

（2）耐气候交变试验。将顶杂物盒总成进行30个周期的循环，1个周期为12 h，在下列温度和湿度条件下进行。湿度40 min：在23℃/30%湿度下保温；90 min：从 23℃降至-35℃；60 min：在-35 ℃下保温；80 min：加热至50℃/80%湿度；120 min:在50℃/80%湿度下保温；30 min：加热 80℃/30%湿度；240 min:在 80℃/30%湿度下保温；60 min：冷却至23℃/30%湿度。观察实验结果，要求不得产生变形、扭曲、气泡、缩孔、粉化等现象。

（3）耐刮擦试验。用回形针在750 g承载力下划一个100mm×100mm的正方形，允许出现轻微划痕。

（4）路试验证。在试验验证阶段需要设置150mm×150mm×3mm的铁块放置在顶杂物盒内进行20万km的可靠性验证，要求在试验结束后顶杂物盒无开裂，安装支架无开裂。

5 总结

顶杂物盒作为商用车新型的储物空间设计，为用户提供了更加灵活多变的储物方式。良好的顶杂物盒设计不仅能提升内饰的美观性，更能突破传统的储物空间设计，丰富整车的储物设计思维，在给客户带来更多方便的同时，给人以温馨、安全、舒适的感受。

［1］GB 11562-1994，汽车驾驶员前方视野要求及测量方法［S］.国家技术监督局，1994.

［2］GB 26512-2011,商用车驾驶室乘员保护［S］.国家技术监督局，2011.

［3］SAE J833 ，Human PhysicalDimensions ［S］.American National Standard,1989.