汽车手套箱技术方案选择策略

程世奇 孔君丽 秦颖 周淑渊 吴坚

（泛亚汽车技术中心有限公司）

手套箱是仪表板重要的功能组件[1]，也是仪表板开发过程中耗时最多的零件。传统的开发过程是设计者先做断面布置，不断完善3D数据，开软模小批量生产验证手套箱功能（包含手套箱自身的疲劳耐久、振动异响及操作力等，以及手套箱在整车耐久、碰撞等试验中的表现）通过后，再开产品模具并做部分关键试验验证，最后进行量产和整车上市，总开发过程历时约3年。当今国内的汽车市场竞争日趋激烈，因此，如何精简开发过程并保证设计的稳健性对企业的生存发展至关重要。文章主要研究了某公司开发过的及拆车对标数据库里的所有车型，与专家一起讨论制定了手套箱开发策略，并在即将上市的车型上进行了验证，确认满足子系统所有性能要求，并且节省了2年的开发时间和软模费用。

1 手套箱各子零件工程方案

文章主要研究手套箱每个子零件的工程设计方案。手套箱的主要子零件[2]，如图1所示。

1.1 手套箱框

手套箱框可以单独设计，也可以与仪表板骨架集成在一起设计，如图2所示。

图2 汽车手套箱框设计示意图

手套箱框单独设计自由度较高，不用考虑仪表板骨架的整体出模方向，可以最大化地利用空间，增加手套箱的体积；安装形式也更灵活，可以把框和内外门装配成小总成，再与本体装配到一起。但是手套箱框独立式的零件质量比集成式略重，因为独立式设计需要考虑零件的安装和定位，单件成本也更高一点。手套箱框是否需要集成到仪表板骨架上需要综合考虑储物空间、零件成本及整车质量等因素。

1.2 手套箱斗

汽车手套箱内斗的设计，如图3所示。

图3 汽车手套箱斗设计示意图

目前主流的家用轿车采用随动式内斗，内斗通过注塑成型与外门焊接起来，如图3a所示。这种设计取物方便，开锁之后储物盒跟着门运动，外观漂亮，容易匹配。还有一种是固定式内斗，如图3b所示。它是将内斗安装在手套箱框上，用螺钉与仪表板装配在一起，这种设计能够提供较大的空间，但不太方便用户拿取存储较深的物品，且斗内光线受影响，建议配合手套箱灯使用，但成本会相应增加，因此，手套箱是否选用固定式内斗要综合考虑储物空间和成本的因素。

1.3 手套箱锁总成

手套箱的锁总成是非常关键的零件，涉及到整车碰撞过程中手套箱是否会主动打开，对乘客造成意外伤害，也是影响手套箱耐久试验的重要零件；另外，手套箱锁的打开力、过程力及顺滑程度都是影响客户感知质量的指标，手套箱锁也是整个手套箱是否产生异响的关键因素。一般手套箱锁分为单点锁和双点锁2种，如图4所示。

图4 汽车手套箱锁总成示意图

单点锁是指依靠把手上的卡爪结构卡住锁扣，实现手套箱的锁止与打开。此种把手一般布置在手套箱门上端的正中央，结构简单且价格较低，但由于手套箱门上边缘只有1个锁止点，不容易控制门的间隙和平齐，且由于单点锁结构较厚，可能会在内门上形成较大突起，影响产品的外观。

双点锁3C结构是指在手套箱门的内部两侧都布置了可横向运动的卡舌，箱体上则布置有销孔。此种结构由于两边都设有卡舌从而有利于手套箱门与周边仪表板零件的平整度与间隙配合，另外由于两侧都有固定装置，因此扣手或者按钮经常布置在靠近驾驶员一侧，这样也更加方便驾驶员使用手套箱。除了锁舌区别以外，手套箱开关也分为扣手式和按压式，扣手式又分为上开式、下开式及侧开式。

由于手套箱锁非常重要，在做整体方案时考虑了各种车型需要配置的锁总成，把单点锁总成（除了影响外观的扣手零件外）做成一个标准件；扣手式双点锁总成做成上开式、下开式及侧开式的3种标准件；按压式双点锁总成做成另一种形式的标准件。外观设计工程师可用这5种不同的标准件与想要的扣手外观做数据整合。这些标准化的模块已经通过后面所有的试验验证，甚至有些模块已经在某上市车型上应用了几代。

1.4 手套箱的铰链

随动式内斗手套箱铰链设计可以分为鹰爪式结构和金属销式。鹰爪式铰链结构是在手套箱内板下端做出带楔形口的鹰爪结构，在手套箱框上做出横断面为鼓形的门轴特征，

1）鹰爪与轴咬合产生过盈配合。铰链转轴一般是仪表板的骨架。由于手套箱横宽度较宽，考虑到受力平衡和周边零件的匹配关系，铰链需要布置在内门底部左右两侧各1个，如图5所示。手套箱门相对于轴做旋转运动，实现铰链功能。该结构成本低、集成度高且安装方便，但在膝部气囊（KAB）爆破受到冲击时可能出现铰链脱出，所以如果整车配置上有KAB，一般不会选用鹰爪式的铰链。

图5 汽车随动式内斗手套箱鹰爪式铰链示意图

2）金属销式铰链设计类似于家装门合页的结构，将2个半边合页分别装到手套箱内门和框上，用1根金属销穿过其中，并进行铆接。金属销就是手套箱旋转的轴线。该结构强度较高，能够抵抗KAB爆破的冲击，如图6所示。

图6 汽车随动式内斗手套箱金属销式铰链示意图

对于固定式内斗，手套箱的铰链设计方案，如图7所示。

图7 汽车固定式内斗手套箱铰链示意图

把3种铰链做成标准化模块，放在数据库里，根据具体的功能和成本选用所需的铰链形式。

1.5 手套箱阻尼

手套箱无阻尼设计的成本低、结构简单，但手套箱开启时直接落下会产生冲击，主观感受不高；而阻尼设计可以对门的开启起到缓冲作用，减少打开时的冲击与噪声，提高产品品质，阻尼设计分为以下2种。

1）空气阻尼：空气阻尼是一个筒状的缓冲气缸，气缸的阻力受环境温度的影响比较大。空气阻尼又分为拉杆型和拉线型2种。拉杆型空气阻尼是通过塑料拉杆来控制气缸的扩张和压缩，一般将阻尼器布置在手套箱框侧面，将拉杆布置在内门上，布置不如拉线式灵活；拉线型空气阻尼采用拉线控制气缸的扩张和压缩，此种阻尼的布置比较灵活，可以将阻尼器布置在手套箱框的侧面或者底部，通过拉线与门或斗相连。

2）硅油阻尼：依靠硅油来产生阻力作用，结构形式为齿轮齿条结构，齿轮上面集成了硅油缸。一般将齿轮布置在手套箱框侧面，将集成的双面齿条与手套箱门或内斗相连。

把上述3种形式的阻尼数据做成标准化模块，相应的阻尼安装点也标准化，由此，可以根据实际情况去选择适合项目的阻尼。

2 手套箱工程方案策略

将上述手套箱的不同子零件固化成标准结构或组件。综合考虑法规要求、气囊配置、布置位置、锁模块类型及解锁方式等不同维度的项目需求，建立常用的5种手套箱方案选型策略，如图8所示。其基本涵盖了家用A/B级轿车市场的所有需求。结合CAD软件二次开发的数字化开发工具，实现特征/结构到子零件的快速建模和装配，从而达到效率和质量提升的目的。

图8 汽车手套箱技术方案选择策略流程图

项目执行中，工程师根据车身尺寸、整车布置及项目需求维度的不同，按照图8的选型策略选择正确的手套箱子零件模型，然后绘制相应的布置断面交付设计师，同时工程师同步进行与周边零件搭接结构设计，完成数模，进行产品模具设计，生产零件进行功能验证。按此流程，不仅极大地缩短了开发周期，而且确保了零部件结构和界面的正确性，提高了系统的稳健性。

3 结论

传统的手套箱设计开发周期长，并且手套箱的铰链、阻尼及锁总成设计多种多样，产品验证过程中容易出现问题，如铰链在耐久试验中断裂，锁总成在加载情况下整车碰撞试验中打开等问题。文章对这些小零件进行了模块化设计，根据项目需求选用不同类型，梳理了手套箱整体技术方案的选择策略，对工程师的前期设计开发具有指导作用，节省了很多开发时间。一般来讲，按照文章中流程开发的手套箱不再需要软模验证，因此，可以节约很大一笔软模模具设计及零件验证费用。再运用UG的二次开发工具自动完成数据制作，实现手套箱数字化开发。手套箱的自动化开发是汽车数字化开发的一部分，其他零件的开发也可以按照这个思路进行。