汽车仪表板系统设计综述设计指南

24 汽车仪表板系统设计综述汽车仪表板系统设计综述摘要：汽车仪表板系统功能多、零部件多、结构复杂，既要满足功能的要求，又要安全、美观，因此仪表板系统设计需综合考虑人-机工程、造型效果和具体结构，是一个复杂的系统工程，是汽车车身设计的重要组成部分，设计的好坏直接影响整车的质量、安全性能及汽车的乘车舒适性。本文通过一款MPV轻客仪表板系统设计为例，综合阐述仪表板系统设计各个流程阶段（包括市场客户调查、概念草图设计、效果图设计确定、造型可行性分析、工程设计、设计验证等）的设计要点及控制要素；Key word：座舱系统 人机工程 曲面重构 同步工程一、 前言目前，我国汽车工业正以前所未有的速度发展，各汽车公司为迅速占领汽车市场，扩大市场份额，不断推出性能良好、价格适中、安全舒适的汽车产品。仪表板系统是汽车操纵控制与显示的集中部位，其上布置各种已标及操纵开关，是汽车的操纵中心。仪表板系统的设计是汽车车身设计的重要组成部分，不仅要具备必备的功能，还要兼顾实用性、美观性和人机的协调性。二、 汽车仪表板系统开发流程汽车仪表板系统开发是一个复杂的同步工程，造型、结构设计，模具工艺、装配工艺、质量目标确定，公差分配、质量培育等等，均要在设计过程中同步进行，如下图所示工程设计（Engineering）市场调研（Benchmarking）概念设计（Concept）工程设计同步1、 工程可行性分析、结构分块假设2、 方案可行性比对草图（Sketches）no评审1、 根据结构分块分析，确定各主要零部件脱模角度2、 确定总成各外观零部件间的配合信息（圆角、间隙、面差）及公差分配3、 确定前除霜、侧除霜具体位置4、 完成主要断面方案分析效果图设计（Rendering）okno评审ok3D alias表面建模设计no评审1、 在A面基础上完成总成及各零部件定位、连接分析2、 完成运动机构分析3、 反馈A面问题，协助修改4、 完成主要零部件简易数模，提交CAE强度、形变分析5、 主要模具问题沟通，模具工艺分析ok1：1油泥模型制作（Clay）nook评审A面设计（Surfacing）okno评审设计冻结，转入模具工装开发设计验证零部件结构设计三、 市场调研 市场调研完成于整个设计过程的前期阶段，帮助设计师去创建更有方向性，创造性和实际性的设计理念。主要包括用户调研、市场竞争车型的调研和特征分析，通过寻找不同领域的影响来唤醒设计灵感，最后提出设计目标。 以某MPV轻客车型为例：1、 设计要求：造型区别标杆车型、工程风险小、成本投入少、设计上潮流。2、 车型应用：乘用性、乘用兼顾商用3、 同类竞争车型：4、 当前流行及发展趋势研究(1990 2000) 5、 标杆车型造型特征分析，不同档次配置分析，确定设计目标（见附表4：不同档次配置分析）6、 综合考虑，形成明确的设计方案形成设计方案四、 概念草图设计、效果图及色彩装饰设计 概念设计是整个造型风格设计活动中最重要的内容，设计师需要有丰富的、创新的和革命性的想法，这是最终主题的原始形态。 综合调研信息，形成明确的设计方案，以草图的形式表现设计师的理念。（如下图）方案草图： 810个方案草图，34周时间完成，各档次配置穿插其中表现结合工程可行性分析、结构分块假设及方案比对，最终确定一个草图方案去精细化的完成效果图的设计。（如下图）细化方案草图：提供2个细化方案草图, 23周时间完成效果图是在合适的透视角度下展示适当的透视部位，将仪表板、门板、座椅等协调在同一张效果图中，并在设计师的审美观下正确反映产品的比例关系。（如下图） 汽车内饰强调乘客在汽车中的感受，乘员关注颜色、材料、颗粒、图案、匹配效果，色彩装饰反映着社会的风尚和流行趋势，给于汽车不同的感受和特色。结合色彩装饰及流行趋势的研究，以材料展板的形式提交建议，反映内饰仪表板系统的色彩装饰效果。（如下图）五、 Alias三维建模设计、油泥模型设计 通过Alias三维软件，结合边界及工程约束条件，将二维效果图正确反映到三维，形成与效果图一致的三维效果数据，提交工程方案设计及油泥模型制作。（如下图）三维效果图：结合工程约束条件将二维效果图转化为三维效果，4周时间完成 以三维数据为基础，通过CNC加工和油泥师手工精修，完成1：1模型，反映座舱系统的人机工程关系。（如下图）1：1油泥模型：CNC加工和手工精修，4周时间完成六、 A面设计1、主要流程：曲面重构测量及处理A面模型点云数据油泥模型首先，利用测量设备采集模型外表面数据，生成三维点云数据；然后对点云进行处理，如过滤、特征提取、三角化等；最后根据点云数据，通过分析原模型的设计思想和曲面构成，利用软件（如CATIA）进行曲面重构，生成光顺的A面模型。2、关键技术A面设计过程中主要关键技术有测量技术、点云处理技术、曲面重构技术及曲面评价技术。由于篇幅的原因，在这里不一一叙述了。(1) 曲面重构技术曲面重构是逆向工程中的一个关键环节。它不仅是要再现造型人员或原有产品的设计思想，还要修复或克服原有模型上存在的缺陷。因此在进行曲面重构之前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下要点： 确定设计的整体思路。面对点云数据，首先要周全地考虑好先做什么，后做什么，用什么方法做，将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路。 确定模型的基本构成形状的曲面类型，这关系到在曲面重构中所采用曲面重构方法和工具的选用 。(2) 曲面评价技术曲面评价在车身覆盖件逆向设计中包括两方面的含义，一是评价曲面 的品质，即曲面是否达到A级曲面的要求，另一个含义是所重构的曲 面与点云之间的误差是否满足要求。常用的曲面品质评价方法有以下几种： 反射线法（Reflection Lines）等照度线法（Isophote）高光线法（Highlight Lines）截面线法（Section Lines） 等照度线法 高光线法 截面线法 反射线法七、 工程设计仪表板系统设计是一个复杂的同步工程，工程设计早在造型草图设计阶段就同步进行，工艺分析、DFMEA等也同步进行，保证设计质量。1、 概念、效果图设计阶段工程设计工作，为造型提供支持1） 工程可行性分析、结构分块假设2） 方案可行性比对方案可行性比对2、 Alias建模、油泥模型阶段的工程设计工作1） 根据结构分块分析，确定各主要零部件脱模角度2） 确定总成各外观零部件间的配合信息（圆角、间隙、面差）及公差分配（如附表2、附表3）3） 确定前除霜、侧除霜具体位置4） 基于Alias面完成主要断面方案分析（如图）主断面方案分析确定除霜位置5） 人机工程分析（视野、可触及性）视野分析 可触及性分析3、 结构方案设计、A面阶段工程设计工作1） 在A面的基础上完成总成及各个零件间定位、连接分析2） 反馈A面问题，协助A面更改3） 完成运动机构的运动分析运动分析4） 对主要零部件完成简易数模，提交CAE进行强度、形变等分析5） 主要模具问题沟通，模具工艺分析4、 CAE项目 在设计过程中模拟和分析产品的受力情况，功能情况和人机操作环境等，最大程度降低设计风险并提供可靠的设计依据1） 人机工程分析2） 模态分析，找到产品的薄弱处并设计改进3） 频率响应分析，模拟汽车行驶过程中仪表板的刚度、强度表现4） 热载荷分析，模拟光照等热载荷作用下的产品变形和受力5） 空调及流动分析6） 除霜效果分析7） 碰撞分析 人机工程分析 产品变形和受力分析 频率响应分析 碰撞分析空调及流动分析 除霜效果分析5、 结构建模、设计验证 综合结构断面方案、CAE分析、DFEAM、工艺分析、相关边界确认等工作，进行具体结构设计，完成所有零部件数模（包括标准件），提交RP快速成形件制作，装车验证。（附表1：附件、电器、底盘与白车身边界条件确认表）零部件结构数模 基于结构设计数据，通过先进的RP件制作技术（CNC加工、激光成形或简易模具等特殊工艺手段）完成与结构设计一致的快速样件制作，进行装车验证和台架性能试验，对设计的合理性进行确认。 （附件1：仪表板快速成型件技术要求）快速样件装车验证 验证过程中最重要的就是要对装车存在问题一一甄别，确定设计问题并合理调整设计，保证验证的有效性。6、 皮纹、颜色、面料标准样板的制作通过对仪表板系统外观件装饰效果的定义，结合配置和成本的需要，建立各种皮纹、颜色、面料的标准并制作标准样板，作为模具开发、产品制造的依据。（附表4：内饰颜色、皮纹、面料配置表）7、 二维制图，转入模具、工装开发阶段二维制图用来表述材料种类、性能指标、重要控制尺寸、偏差范围和工艺要求，是模具、工装开发、产品制造的重要技术依据。二维图的制作、审签确认完成标志设计阶段的结束，转入模具、工装开发阶段。八、 结束语 仪表板系统设计是车身正向开发的核心技术，由于经验的关系，对于该系统的设计在这里只能泛泛而谈，存在一定的不足，敬请批评指正。附件1快速成型件技术要求1.快速成形样件加工的尺寸精度按照下列要求：尺寸范围加工极限偏差0 200mm+/- 0.20mm;201400mm+/- 0.30mm;401600mm+/- 0.50mm注：检测的环境温度为摄氏25+/3度。2. 表面加工特征（如圆角、槽、其他型面等）过度圆顺符合数据要求；3. B面特征（如定位销Pin、各种形状的通孔等）的位置作为乙方检测尺寸的主要项目，并符合上述加工极限偏差要求4. 对于零件边界与定位销Pin、各种形状的通孔等的尺寸同样作为乙方检测尺寸的要求项目，并符合上述加工极限偏差要求。5. 采用CNC加工ABS塑料板、铝合金等材料加工零部件。要求加工的零部件材料性能基本达到注塑加工成形零件的材料性能。对于拼接的部位，要求粘结牢固，装配时不易断裂。下列情况需得到相关工程师确认；5.1. 粘结及分块的部位应不影响零部件的装配。5.2. 加工铝合金材料时，考虑其强度和刚性可以适当增加材料厚度，但材料厚度增加量和增加的方向，应不影响零部件的装配。5.3. 对于只有A面的数据，同样需要加工一定料厚的零部件，增加的料厚也应不影响到零部件的装配。6.所有外观表面（A面）要求喷涂亚光漆。 6.1.不允许出现除亚光漆颗粒、数据以外原因造成的外观表面凹坑、凸台、和正常目测能够分辨的加工刀痕等缺陷。附表1：附件、电器、底盘与白车身边界条件确认表被审查零件日期20050523代号1B18053500010名称仪表板总成料厚装配图片1K18051000010焊接M6X25螺栓，焊接位置按支架确定1K18051000005焊接M6X25螺栓，焊接位置按支架确定1K18051000008转向管柱固定梁安装孔，9孔背M8焊接螺母1K18051000081 焊接M6X25螺栓，焊接位置按杂物箱方案确定确认内容确认内容 装配零件孔位及大小是否合适是否应有凸焊螺母 边界是否吻合有无装配干涉装配工艺是否可实现1K18051000008均合适有是无可以1K18051000010均合适焊接螺栓是无可以1K18051000005均合适焊接螺栓是无可以1K18051000081均合适焊接螺栓是无可以编制徐守龙审核安鉴民批准何晓波接收 更改确认第 3 页 共 4 页附表2：附表3：仪表板外表面定义表项目名称MPV检查类别5.分块圆角序号检查部位数模值 序号检查部位数模值 1中央托盘与IP本体中央托盘R6.5，IP本体R1.51.时钟与中部出风口面板时钟R1，中部出风口面板R12中央托盘与中部出风口面板中央托盘R6.5，中部出风口面板R0.52.右侧除霜面板与IP本体右侧除霜面板R0.5，IP本体R0.53中部出风口面板与DVD面板中部出风口面板R1，DVD面板R0.53.左侧除霜面板与IP本体左侧除霜面板R0.5，IP本体R0.54DVD面板与中间面板DVD面板R1, 中间面板R0.54.右侧出风口面板与IP本体右侧出风口面板R0.5，IP本体R0.55中间面板与IP本体中间面板R1.5，IP本体C1.55.副驾驶侧下面板与IP本体副驾驶侧下面板R0，IP本体6.56中间杂物箱护板与IP本体中间杂物箱护板R0，IP本体R6.56.副驾驶侧杂物箱门与IP本体副驾驶侧杂物箱门R3，IP本体R0.67中间杂物箱护板与烟灰盒中间杂物箱护板R1.5, 烟灰盒R1.57.8中间杂物箱与中间杂物箱护板中间杂物箱R1.5，护板R1.58.9左侧出风口面板与IP本体左侧出风口面板0.5，IP本体R0.59.10左侧开关面板与IP本体左侧开关面板R0.5，IP本体R0.510.11驾驶侧下面板与IP本体驾驶侧下面板R0，IP本体R6.511.12驾驶侧下面板与转向柱包壳驾驶侧下面板R2.512.13IP仪表罩与转向柱包括仪表罩R3.013.14驾驶侧下面板与中间杂物箱面板驾驶侧下面板R1，中间杂物箱护板R1.514.仪表板外表面定义表项目名称MPV检查类别4.开缝间隙序号检查部位理论值（倒角后）单位：mm序号检查部位理论值（倒角后）单位：mm1.中央托盘与IP本体0.51.右侧除霜面板与IP本体0.52.中央托盘与中部出风口面板1.02.仪表与仪表罩33.中部出风口面板与DVD面板1.03.时钟与中部出风口面板0.54.DVD面板与中间面板1.04.5.中间面板与IP本体0.55.6.中间杂物箱护板与IP本体06.7.中间杂物箱护板与烟灰盒1.57.8.中间杂物箱与中间杂物箱护板2.08.9.左侧出风口面板与IP本体0.59.10.左侧开关面板与IP本体0.510.11.驾驶侧下面板与IP本体011.12.驾驶侧下面板与转向柱包壳512.13.IP本体与转向柱包括513.14.驾驶侧下面板与中间杂物箱面板114.15.副驾驶侧杂物箱门与IP本体2(前后左右); 1(上下)15.16.副驾驶侧下面板与IP本体0(上下); 1(左右)16.17.右侧出风口面板与IP本体0.517.18.左侧除霜面板与IP本体0.518.19.19.附表4：不同档次配置分析附表4：内饰颜色、皮纹、面料配置表项目名称： 爱尔法升级内饰颜色、皮纹、面料配置（豪华型）主体色彩中黄色YS003（与老款相同)辅色：黑灰色YS002 银色YS004 皮纹：粗皮纹 Pw001(TH1016即新款SUV) 细皮纹Pw002( TH113)桃木斑点桃木纹Tm001序号零件名/描述颜色代号表面处理01仪表板本体总成YS003Pw00102车门内护板YS003Pw00103电器开关面板YS003Pw00104前、左、右除霜格栅YS003Pw00205喇叭罩YS003Pw00206左右两侧风窗面板YS004亚光金属漆07左中右风窗总成YS002Pw00208中控台风窗面板YS002Pw00209门扣手盒YS003Pw00110门扣手YS004亚光金属漆11中控面板YS004亚光金属漆12方向盘YS003 Tm00113换档手柄YS003Tm00114护板扶手YS003Tm001 效果图会签意见栏批准审核设计