一种新能源车充电口盖设计

赖仕祯 周磊 何传欣

摘  要：新能源汽车通过开启充电口盖后进行充电，充电口盖具有保护充电插座，并起到装饰美观作用。本文将结合某新能源汽车，阐述了一种简易塑料充电口盖的设计要求。

關键词：新能源汽车;充电口盖;设计;试验

中图分类号：U463      文献标识码：A      文章编号：1005-2550（2021）03-0121-04

Design of A New Energy Vehicle Charging Cover

LAI Shi-zhen1， ZHOU Lei1， HE Chuan-xin2

（ 1.SAIC GM Wuling Automobile Co.， Ltd.， Liuzhou 545007， China; 2.Hunan Huda Aisheng Automobile Technology Development Co.， Ltd.， Changsha  410000 ， China ）

Abstract： The new energy vehicle can be charged by opening the charging flap， which can protect the outlet and play a decorative Aesthetic function. This paper describes the design requirements of a simple plastic charging flap for a new energy vehicle.

Key Words：  New Energy Vehicle; Charging Flap; Design; Experiment

赖仕祯

硕士学历，现就职于上汽通用五菱汽车股份有限公司，任汽车内外饰件零部件设计主任工程师。

1    前言

充电口盖是新能源汽车的一种外饰装饰件，用于匹配整车的造型外观;也作为充电插座保护的重要关键部分，打开充电口盖时进行充电，充电完成后需及时关闭。充电口盖设计时，需要考虑造型、产品的结构强度、工艺、人机操作舒适性，周边零件的整体美观，运动结构可靠性，成本等方面[1-3]。

2    充电口盖的组成

一种简易充电口盖及周边零件如图1所示。充电口盖通过3颗自攻钉安装固定在前格栅上，充电口盖锁销插入前格栅的锁体内，定位销插入前格栅方孔控制充电口盖与前格栅Z向间隙，发泡胶条状的缓冲垫用于控制调整充电口盖与前格栅X向段差。充电口盖通过按压充电口盖外板右侧特征位置进行开启。

以上图示对应的充电口盖由1充电口盖外板、2充电口盖主体、3安装座、4轴销、5弹簧、6缓冲垫、7微动提醒开关、8转轴套、9锁销等零件组成，其对应爆炸图如图2所示：

3    充电口盖的设计要求

为实现充电口盖各种性能要求，需结合材料的选择，零部件关键设计要点控制，以及产品关键性能可靠性验证评估。

3.1   材料的选择及关键性能要求

根据充电口盖的外观要求、工艺可行性、成本以及产品可靠性，选择子零件的材料见表1：

充电口盖主体与安装座之间存在相对运动，使用相同材质会导致零件相对运动时发生磨粉问题，需要避免选择物性相同或者相近的材料。考虑与充电口盖外板PC+ABS具有较好的相容性，充电口盖主体选择PC+ASA，充电口盖外板可以与其热熔在一起[4]。同时充电口盖主体开启时，在太阳下暴晒，PC+ASA还具有较好的耐候性[5]，零件颜色不易发生变化，性能也不会发生明显的衰退。安装座选择具有相对高的弯曲强度和拉伸强度PA6+GF30材料[6]，用于固定运动的充电口盖主体，运动过程时零件不易发生变形、断裂问题。轴销套用于防止弹簧与不锈钢轴销运动异响，转轴套使用的PA6+GF30具有较好的强度，不易损坏。不锈钢具有较高的强度，充电口盖主体绕着运动时，不会发生破坏断裂变形。

3.2   充电口盖结构设计要点

3.2.1 充电口盖主体

充电口盖主体开启运动过程中，需要避让前格栅，其特征形状根据模拟运动轨迹设计。图3为该充电口盖主体预变性前后重叠效果图，为满足零件运动以及开启后零件抵抗外力作用所需的强度要求，零件内部需设计必要加强筋条以及结构特征，在注塑过程复杂的特征结构，如红色方框内的产品特别容易发生内缩变形，使零件注塑后尺寸发生明显变化，导致运动过程中会与前格栅干涉，以及装配的间隙与理论设计存在较大偏差，影响产品质量。在充电口盖主体数据完成设计时，需进行模流分析，并根据模流分析的结果，提前考虑预变形趋势，在原有理论设计基础上，重新修正设计，可有效避免充电口盖运动过程中与前格栅干涉，提升装配后与前格栅匹配间隙的稳定性。

3.2.2 充电口盖转轴结构

充电口盖转轴结构是实现充电口盖日常开启以及关闭的主要要部分，图4为充电口盖转轴结构设计。不锈钢轴销穿过安装座的上端固定孔，再将充电口盖主体、弹簧，转轴套串在一起，最后不锈钢轴销穿过安装座下端固定孔。钢轴销上端有法兰结构，防止充电口盖开启过程转动时惯性下掉脱落。同时，钢轴销上端与上安装座孔固定位置存在压花结构，压花与安装孔过盈0.15mm，避免转动时轴销跟转松脱。充电口盖主体实现绕着固定在安装座上下两端的不锈钢轴销运动，轴销下端压花固定在安装孔内，可以避免充电口盖开启时轴销跟转。弹簧固定在轴销上，一端插入到安装座固定，另一端压在充电口盖主体上，弹簧主要用于提供充电口盖解锁后弹开作用力。当充电口盖主体旋转至90°时，与安装座上设计的限位筋接触，达到最大开启角度位置，也可以抑制充电口盖开启后被暴力撞击破坏。

3.2.3 充电口盖与前格栅尺寸及运动

充电口盖固定在前格栅上，其尺寸公差受前格柵主体、安装座，充电口盖主体等因素影响，为实现外观设计美观，以及充电口盖运动过程不会发生干涉现象。充电口盖与前格栅尺寸定义如图5所示，通常可以设计充电口盖周圈间隙DTS  Gap：3.0±1.0，//<2.0，Flush：-0.8±0.5，或者通过造型特征优化来弱化两者的段差。

依据以上的尺寸关系要求，对零件进行UG软件运动模拟分析见图6。充电口盖开启到极限角度过程时，结合充电口盖的重量、Y向长度等因素，运动过程中与其他零件的相对间隙要求大于等于1.5mm。

3.2.4 微动开关提醒结构

微动开关功能主要在仪表上显示，用于提醒客户充电口盖是否已经关闭到位。当充电口盖关闭时，充电口盖主体一直按压着微动开关;当充电口盖解锁后，弹簧作用力将其充电口盖主体弹出，微动开关接地 OV，相应的信号会输入给BCM，并在仪表上显示未关闭充电口盖，微动开关结构设计如图7所示：

3.3   关键运动功能性能要求

充电口盖需要满足运动功能的可靠性，针对关键运动功能的可靠性，制定合理的试验项目，并对产品进行验证分析。完整的验证需要结合路试、整车试验、零部件台架试验、客户操作使用、感知评估等多方面评估。为验证运动结构设计的可靠性，可以根据表2中试验方法和参数，在模拟装车状态下进行台架试验验证，初步快速判定运动结构设计的可靠性。

4    结语

本文从充电口盖材料的选择，结构设计要点控制，运动开启原理分析，微动开关提醒结构设计以及台架试验等方面进行了详细说明。阐述了一种简易塑料充电口盖的设计，将可作为类似零件的设计优化参考、可靠性试验方案借鉴。

参考文献：

[1]王艺璇，马驰，陈宇辰，周雅，李仲奎，徐旭. 汽车加油（充电）口盖选型趋势研究[J]. 汽车科技. 2020，5：53-58.

[2]何肖奎，孙平. 电动车格栅上充电口盖设计开发[J]. 内燃机与配件. 2019，15：20-23.

[3]计留弟. 途观L 插电式混合动力前格栅充电口盖总成开发设计[J]. 汽车设计. 2019，4：105-106.

[4]周金涛，徐旭.塑料焊接工艺在内饰产品上的应用[J]. 汽车工艺与材料. 2019（02）.

[5]魏晓娟，ASA/PC特种化合物在耐候性汽车中的应用[J].现代塑料加工应用. 2018，06：34.

[6]刘欣然，张颖，姚艳梅，瞿雄伟.增强改性PA6研究进展[J]，塑料科技. 2011，02：100-104.