乘用车手套箱性能要求综述

朱瑶洁 盛浩 王建*

1.延锋汽车内饰系统有限公司技术中心 上海市 200233 2.北京航空航天大学 计算机学院 北京市 100191

3.上海无线电设备研究所 上海市 200438 4.上海目标识别与环境感知工程技术研究中心 上海市 200438

5.上海神添实业有限公司 上海市 200438

1 引言

随着技术的进步和生活方式的改变，汽车越来越成为大众生活中不可或缺的代步工具，汽车的内部空间也成为舒适家庭环境的延伸[1，2]。这意味汽车内饰的设计目标是使其具有和家庭环境同样的功能性与舒适性[3]。手套箱作为车内主要的具有储物功能的产品，其使用的安全可靠性、储物空间的充足便捷性、物品的多样性等，是其开发过程中的首要目标。

手套箱置于副驾驶的膝部前方（如图1），故其对于汽车内饰的整体感观效果至关重要。本文以更好的满足消费者的需求，从终端客户的体验要求出发，按照安全性、可靠性以及舒适性，系统列举了手套箱的设计过程的性能要求，详细论述了如何将设计过程与产品性能要求相结合。

图1 仪表板爆炸图

2 安全性要求

2.1 材料性能要求

汽车在使用过程中，由于电器短路、发动机故障、交通事故等原因都极易引起火灾，造成财产损失、人员伤亡[4]。因此，所有在中国销售的汽车，其内饰材料都需要满足GB8410-2006《汽车内饰材料的燃烧特性》[5]。由于车辆日益增多，大量报废后的汽车可能导致对环境的破坏，尤其是车辆中含有的重金属可能污染土地和水源。2000年，欧盟委员会和欧洲议会颁布了2000/53/EC废弃汽车（End-of Life Vehicle）指令[6]，简称ELV。目的是控制汽车废弃物的处理，同时限制铅、镉、汞、六价铬在车辆中的使用。2006年，为促进循环经济体系的建设和发展，保护环境，提高资源利用率，落实科学发展观，实现社会经济的可持续发展，中国国家发展和改革委、科学技术部和国家环保总局联合制定了《汽车产品回收利用技术政策》，并在2014年发布了标准GB/T 30512《汽车禁用物质要求》[7]。包括手套箱在内的所有内饰零件的材料首先需要满足法规的阻燃和禁限用物质要求。

此外，特殊的工作环境（经常日晒、振动、温差等）对手套箱的老化性能（热老化和光老化）、热性能、拉伸性能、冲击性能及散发性能均提出了较高要求[8，9]。在材料的选择上需要根据使用的工况校核相关的材料性能。

2.2 内部凸出物要求

汽车内部凸出物应符合相应的法规，因其安装部位不同，各自的要求也不尽相同，一般要采用分区检查法[10]。在中国市场的轿车需要满足国家标准GB 11552《轿车内部凸出物》[11]，手套箱需要根据法规的细则满足圆角要求和吸能要求。

2.3 其它要求

除上述性能要求外，在汽车发生碰撞气囊爆破时手套箱门不应开启，并且应当具备一定的吸能作用。不能发生表面碎裂产生尖边从而对人造成伤害。对于不同的目标市场，需要满足不同的法规要求。

3 功能可靠性要求

3.1 储物功能

储物是手套箱的基本功能，用于放置维修手册、期刊、电筒、饮料等，不同的整车厂针对不同的车型都有不同的容积要求[4]。所以在设计时，就需要用这些尺寸物品的3D模型对手套箱内部进行校核，而且不能影响手套箱门的开关。

3.2 手套箱开启滥用

在手套箱的使用过程中，经常会发生箱门开启时手撑在门上取放物品，因此需要考核在手套箱门的开启状态，在门边缘加载一定的静力载荷来考察止位及铰链机构的强度。

开启止位和铰链机构的结构形式、材料强度、关键尺寸、搭接量都成为关键设计要素，以保证在开启状态施加滥用载荷时手套箱门不会发生铰链脱开、或者止位脱开断裂，甚至内外门焊接脱开等失效模式。同时停止加载之后，手套箱应该能够保持原先正常的功能使用。

从布置阶段开始就需要进行理论力学的计算，形成3D数模之后可通过CAE仿真来帮助判定手套箱门、开启止位及铰链机构的强度。

3.3 手套箱疲劳耐久

由于车内取放件是车内乘员的一个经常性行为，因此手套箱必须保证其功能可靠耐用。从整车使用寿命以及手套箱自身使用频次的可靠性出发，不同的主机厂都会对手套箱功能的疲劳耐久制定技术要求。通过高温、低温、常温、高湿等多次的条件循环，来考察手套箱的疲劳耐久性。

对于疲劳耐久常见失效模式有：手套箱操作力的变化过大、阻尼脱落、铰链转轴脱出、手套箱底部下沉变形、开启止位橡胶圈脱落等。对于整个手套箱系统而言，每一个子系统都需要满足疲劳耐久的要求，包括手套箱的锁机构系统、阻尼系统、铰链系统、开启止位系统等。

3.4 手套箱环境存放

由于整车的使用工况既可能是在新疆高温的夏季，也可以是北部极寒的冬季，也可能是华南湿热的气候。因此对于汽车内饰的功能件考核也要结合这些气候条件来定义热存放和气候交变等性能要求。

材料的热胀冷缩会导致手套箱各子系统周边间隙的变化，不仅仅会影响到外观，也可能会影响运动机构的可靠性。因此在设计手套箱时都会预留安全间隙，尤其是运动间隙。并且选择材料时，原材料的高低温性能都应该覆盖到手套箱总成的使用工况。

4 功能舒适性要求

在汽车设计中，仪表板是乘员最直观感受的零件，而手套箱是仪表板中与人连接最紧密的零件之一[12]。对手套箱而言，主要包括启闭过程操作舒适性、取物便捷性、造型美观性以及行驶过程中的振动静音性，以及其他的多样化功能设计。

4.1 启闭舒适性

手套箱开启和关闭过程都应保持部件运动顺畅，并且能让使用者在关闭时有明显到位感（如锁扣声）。许多整车厂对手套箱的开启力和关闭力都有明确要求，并纳入设计验证考核内容。对于有阻尼的手套箱，还会考核其开启时间，来评估手套箱门缓慢降落的效果。

4.2 取物便捷性

按照总体结构分类，手套箱通常分为翻转斗式和固定斗式两种容积形式（如图2、图3所示）。

从图中，不难看出翻转斗式手套箱通常由于开启后可视区域较大，物件存取顺畅便捷，但为了避免运动干涉容积相对较小。固定斗式手套箱为了使容积最大化，通常会设计得较深，开启后的可视区域相对较小，取物时不如翻转斗式手套箱方便。

图2 翻转斗式手套箱

图3 固定斗式手套箱

4.3 造型美观性

对于消费者来说，内饰造型美观、触摸舒适是购买意向的决定因素之一。

手套箱关闭时的外形，是配合仪表板整体造型的颜色和分块的，这也决定了手套箱与周边零件的间隙与面差关系。同时很多手套箱门还会选择表面喷漆甚至包覆上各类皮革。

对于手套箱来说，除了闭合态外观，开启状态的次级可见区域也需兼顾。因此有些手套箱内部还增加了植绒，以提升乘客的感观。植绒的长度、面密度、光泽度等都会影响植绒的外观效果。

4.4 振动静音性

近年来，车辆内部噪声的高低已经成为消费者评价车辆整体质量的重要“可听性”指标。同时，驾驶和乘坐过程中所受到的振动和冲击也备受关注，它们是舒适性的体现之一。[13]

内饰件的“噪音-振动-冲击”（Noise Vibration Shock，NVH）分析可确定组件结构自然频率进行预测与评估[14]。对手套箱而言，自身结构刚度优化、橡胶缓冲钉的硬度和压缩量都会影响NVH的性能结果。

4.5 多样化功能

随着用户需求的不断提高，更多人性化的功能也融合在手套箱的设计中。很多手套箱内部布置了照明灯，以便乘员取放物品。因此照明系统的可靠性需要配合手套箱整体的可靠性进行考核。某些手套箱还具备保温功能，其原理是将手套箱内腔与空调风道接通，并且开闭可控。这种保温设计对手套箱的气密性、开关操作力等都提出了更高的要求。有些手套箱还配有笔夹、硬币槽、卡片夹、隔断等，从细节来丰富手套箱的功能。

5 结论与展望

基于汽车行业多方标准体系的深入研究并结合广泛的项目开发经验，本文对汽车手套箱的性能要求和设计要点进行了系统的归纳与概述。从终端用户的体验出发，结合丰富的项目开发经验，从安全性、可靠性及舒适性三个方面详细阐述了评估手套箱设计的性能指标要求。

随着科学技术的进步以及新材料新技术的应用，手套箱的功能外观等也会随着内饰整体概念的提升而不断提升。在功能上会集成更多功能、更易操作、更加智能的启闭，在外观上，更加人性化、配合氛围灯、智能表面及环保材料的应用而更加美观多样。对于这些新功能新外观的性能评价指标也需要不断的与时俱进，从而推动内饰设计的不断进步。