乘用车内饰间隙面差及公差设定方法研究
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10.16638/https://www.wendangku.net/doc/143795541.html,ki.1671-7988.2018.17.024
乘用车内饰间隙面差及公差设定方法研究
厉研，郭晓青
（中国第一汽车股份有限公司研发总院，吉林 长春 130011）
摘 要：内饰间隙面差的设定值直接关系到内饰产品的外观质量品质。文章通过对内饰间隙面差设定方法进行理论研究，结合影响间隙面差的尺寸链的计算，总结出内饰间隙面差以及公差的设定方法，明确了内饰间隙面差的设定原则，可为新车型在产品开发阶段的内饰间隙面差设定作为参考。 关键词：内饰；间隙面差；公差计算
中图分类号：U467.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)17-75-05
Research on interior gaps & flush tolerance calculator method of vehicle
Li Yan, Guo Xiaoqing
（China FAW Co., Ltd R&D Center, Jilin Changchun 130011）
Abstract: The value of interior gaps and flush is directly related to the cockpit system appearance. According to the theoretical study of the interior gaps and flush, calculated the dimension chains, we get to the interior gaps, flush and their tolerance setting method, clarify the interior gaps and flush setting rule. It can be reference for the new mini vehicle interior gaps and flush setting in product development phase. Keywords: Interior; Gaps and flush; Tolerance calculator
CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)17-75-05
前言
随着乘用车市场的快速发展，用户对汽车的感知质量要求越来越高，而合理设定间隙面差是提升感知质量的有效手段，同时，间隙面差的大小体现了汽车厂商的设计制造水平，直接影响用户的感官。
从造型角度，内饰件间隙越小，外观越好，有的甚至0间隙才能体现完美的造型风格；然而，从装配制造角度，间隙设定过小则会造成内饰件装配困难甚至发生装配干涉，产生噪音和异响；同时；对制造加工精度等级要求提高，增加生产制造难度，废品率升高，降低效率，无形中也增加了零
部件的成本，因此需要在设计阶段合理的设定间隙面差。
1 测量方法和数学计算依据
1.1 间隙面差定义及测量
间隙是指相邻两个内饰零件之间的缝隙，取所要测量间隙的法向平面，得到的测量值即为间隙值，如图1。测量时，一般采用间隙尺或者塞尺对其进行测量，如图2所示。
图1 间隙的理论模型 图2 间隙的实车测量
面差是指两个装配零件间的外表面高度上的高度差，即测量两个曲面在被测位置外表面高的零件的曲面法向方向上
作者简介：厉研，就职于一汽集团研发总院整车开发部，大学本科，工程师，主要专业方向为车身布置。郭晓青，就职于一汽集团研发总院整车开发部，大学本科，高级工程师，主要专业方向为整车感知质量及评价。
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76 的距离，如图3。通常采用面差尺进行测量，见图4所示。
图3 面差的理论0模型 图4 面差的实车测量
1.2 公差的数学计算依据
间隙面差由名义尺寸及公差两部分组成，两者具有关联性，设定名义尺寸时必须考虑公差的大小。因此在进行名义尺寸的设定方法研究时，需要提前完成公差值的初步计算，基于这个公差值并适当留有余量，从而完成名义尺寸的设定。
在汽车内饰行业中，零部件的尺寸分布情况符合正态分布原则。理论上，正态分布的概率密度函数为：
在实际产品质量中，常考虑一组数据具有近似于正态分布的概率分布。若其假设正确，则约68.26%数值分布在距离平均值有1个标准差（±1σ）之内的范围，约95.44%数值分布在距离平均值有2个标准差（±2σ）之内的范围，以及约99.73%数值分布在距离平均值有3个标准差（±3σ）之内的范围，如图5所示[1]。
图5 σ级别与合格率
汽车内饰零件质量控制通常采用±3σ的级别，因此根据方差叠加的计算方法来对公差进行计算，公式如下：
式中：△T 为需要计算位置的公差，T i 封闭尺寸链中每一个影响因素公差[2]。
2 内饰间隙的设定
图6 内饰各类间隙值占比
间隙的大小与匹配零件的尺寸、结构、材质等相关，以某车型为例，全车内饰共计58处间隙，间隙的名义尺寸为0mm 的有9处，0.3mm ～1mm 的间隙有27处，1.5mm ～2mm
的间隙有10处，5mm 以上的间隙有12处。各间隙值的占比如图6所示。下文按照间隙的大小分类，选取典型结构分别进行尺寸链分析。
2.1 0间隙的设定和公差计算
0间隙的情况出现在软硬件的匹配关系中，由于内饰软
质零件软化层厚度大于2mm ，因此可以吸收来自制造装配等因素带来的误差，因此可以将间隙名义尺寸设定为理想状态的0mm 。
软硬件匹配常见位置有如软质仪表板与气囊盖、除霜格栅，门护板本体与中部装饰板等部位。
以软质仪表板与侧除霜格栅的匹配是内饰件软硬搭接的典型结构，如图7。侧除霜格栅沿周通过定位筋与仪表板本体上的定位面进行定位，如图8。按照上述尺寸链分析，间隙公差累积情况如表1所示。
图7 软质仪表板与侧除霜格栅匹配
图8 定位筋示意 表1 侧除霜格栅间隙公差累积
根据上表进行计算：
考虑到仪表板为软质零件，因此与侧除霜格栅的间隙名义尺寸设为0mm ，公差根据计算可设定为[+0.5,0]。 2.2 0.3～1mm 间隙设定和公差计算
这类间隙以两个普通塑料件匹配为主，其间隙的名义尺寸根据公差计算结果确定，通常间隙为0.3～1mm （大多为0.5mm ），公差一般为±0.3mm ～±0.5mm 。
常见位置为仪表板上中控制面板与装饰板、副仪表板各零件之间的匹配、门护板拉手底座与拉手饰板、立柱上下护
板之间等。
对于仪表板、副仪表板、前后门护板等重点关注区域的此类间隙，名义尺寸等于公差值，但对于非重点关注区域，间隙的名义尺寸可比公差值适当放大，降低匹配难度。
副仪表板与后端盖的匹配是典型的两塑料件间的匹配结
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构，如图9所示，下面以此为例进行分析，后端盖通过X 向卡子和定位筋与副仪表板本体上的定位面进行定位（图10，图11）。
图9 副仪表板与后端盖配合及断面
图10 后端盖X 向卡子 图11 后端盖X 向定位筋
根据定位结构的具体形式得知间隙方向的公差累积尺寸链如表2所示。
表2 后端盖间隙公差累积
根据上表进行计算：
综上，公差根据计算结果设定为±0.5mm ，副仪表板本体与后端盖的间隙值设定为0.5mm 。 2.3 1.5～2mm 间隙尺寸公差计算
对于运动件与固定件之间的间隙，不仅要考虑零件尺寸偏差还要考虑运动所需要间隙，同时必须预留足够的间隙，确保开启功能在极限尺寸偏差下不能失效，因此要按照最大累积公差设定间隙的理论尺寸[3]。
在内饰系统中塑料件与运动件匹配的常见位置为手套箱或者开合式储物盒与仪表板、push-push 烟灰盒盖与副仪表板、内开手柄与门护板等。选择仪表板与手套箱两侧的间隙作为塑料件与运动件之间的典型间隙进行分析，如图12所示。
图12 两侧间隙示意
手套箱盖板Y 向与手套箱箱体通过定位筋进行定位（图13），手套箱体与仪表板通过卡子座的定位筋进行定位（图14）。根据尺寸链分析而产生的间隙公差累计情况见表3所
示。
图13 手套箱Y 向定位筋 图14 手套箱盖卡子座
表3 手套箱两侧间隙公差累积
根据上表进行计算：
手套箱两侧公差根据计算设定为±1mm 。考虑手套箱盖板的运动包络，为保证极限偏差下杂物箱开启时不与仪表板发生干涉现象，因此将沿周间隙的名义尺寸按照最大累积公差设定为2mm 。
2.4 5mm 以上间隙尺寸公差计算
内饰系统中5mm 以上的间隙出现在开闭件和内饰的匹配中，集中在门洞周圈，间隙值的设定与车门装配公差相关，多为6mm ～12mm 范围内，公差根据整车精度，多为±3mm ～±4mm 。
在内饰系统中内饰件与开闭件匹配的常见位置为门护板周边与立柱护板、门护板与门槛护板、门护板与仪表板等区域。
选取配合关系较复杂，尺寸链较长的仪表板与门护板Y 向间隙做为典型进行分析，如图15。
图15 仪表板与门护板匹配
门护板总成通过卡扣座定位面与车门焊接总成进行定位
（如图16），车门焊接总成通过车门铰链与白车身总成连接和定位（如图17），仪表板本体通过定位销与横梁定位孔进行定位（如图18），横梁与白车身总成通过定位面进行定位（如图19），以Y0为基准进行计算。据尺寸链而产生的间隙公差累计情况见表4。
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图16 门护板卡扣座定位图17 车门铰链定位
图18 仪表板横梁定位图19 仪表板横梁定位
表4 仪表板间隙公差累积
根据上表进行计算：
公差根据计算结果设定为±2.5mm，为保证极限偏差下车门开启时不与仪表板发生干涉现象，因此将间隙的名义尺寸按照最大累积公差设定为5mm。
3 内饰面差的设定方法分析
如果说汽车外饰的面差设定是为了合理的减小风阻降低风噪，那么内饰件的面差设定则是为了实现良好的造型外观，掩盖零件匹配、间隙等带来的视觉缺陷。
3.1 提升内饰视觉效果的面差分析
这部分面差的设定原因不仅是为了满足工程的需要，更主要的原因是为了满足造型效果或者突出体现某一类造型亮点，同时起到隐藏匹配缺陷的作用。该类面差在内饰系统中的常见位置为手套箱上沿与仪表板匹配位置、门护板扶手与门护板本体、门护板中饰板与门护板本体等。
典型的提升内饰视觉效果的面差为仪表板与手套箱配合的上部X向面差，如图20所示。手套箱箱体X向通过卡子座定位筋与仪表板本体定位（图21）；手套箱外板上端通过手套箱锁和锁钩与手套箱箱体进行连接定位（图22），下端通过转轴与手套箱箱体进行定位（图23），以上端定位为基准；锁钩与手套箱箱体通过定位孔销配合进行定位（图24）。根据上述尺寸链分析，产生的面差公差累计情况见表5所示。
图20 手套箱上部面差外观及断面
图21 手套箱X向定位图22 手套箱锁钩定位
图23 手套箱盖板转轴图24 锁钩定位
表5 手套箱上端面差公差累积
根据上表进行计算：
按照计算结果，公差根据计算可设定为±1mm，面差的名义尺寸设定为1.5mm，但是在手套箱的上部，根据该车型手套箱上沿与乘员眼点的关系（图25），如果没有足够的面差进行遮挡，乘员可以直接看到手套箱上沿的间隙，甚至是手套箱内部的结构，在断面上放大分析如图26所示，而根据视线校核将面差增加到4.5mm后，即可遮盖沿着视线方向的手套箱上沿间隙，以及相应的看透、间隙不均等制造装配缺陷，如图27所示。
图25 手套箱上沿与乘员眼点的关系
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图26 无面差遮挡 图27 有面差遮挡
此外，有些时候根据造型的需要软硬零件配合时会将软质零件的面差设定的高于硬质零件，从视觉上达到饱满圆润的效果，并且有利于突出软质材质，使乘员更容易关注到软质材质，从而提升内饰系统的档次，如图28、29所示，该类面差多集中在门护板上。
图28 门护板扶手面差 图29 开关面板与扶手面差
3.2 吸收制造装配误差的面差分析
除了满足造型要求和遮挡缺陷而设定的面差以外，其余的零件匹配中的面差设定都是为了吸收制造装配等原因而产生总成缺陷，降低产品的废品率。内饰系统中的常见区域为中控面板与仪表板、出风口装饰圈与仪表板装饰板、副仪表板本体与后端盖、门护板地图袋与门护板本体等。
此处以侧除霜格栅和硬质仪表板本体的配合面差为例进行尺寸链分析，如图30。侧除霜格栅Z 向通过定位面与仪表板本体表面进行定位（图31）。 以仪表板本体为基准，按照图示的配合关系对尺寸链进行分析，见表6。
图30 侧除霜格栅与仪表板本体配合
图31 侧除霜格栅Z 向定位 表6 侧除霜格栅面差公差累积
根据上表进行计算：
公差按照计算结果设定为0.5mm ，但是由于仪表板上配合格栅处有1mm 的圆角，从视觉效果上考虑格栅表面不应
高出圆角根部，因此将面差的名义尺寸设定为1mm 。
4 总结
上述的间隙面差的设定只是为该类问题的解决提供了计算方法，由于内饰造型的多样化，每个车型的结构千差万别，因此具体数值的设定根据相应结构的不同而又差别。另外，间隙面差的数值也伴随着内饰件的生产、工艺等领域的技术发展而变化，有逐年减小的趋势。
当然，内饰系统中的每一处间隙面差都可以进行分类，参考该类匹配的典型间隙面差分析过程来进行分析，从而确定出全车内饰系统的间隙面差，作为表面设计的参考。
参考文献
[1] 张叶良.汽车内饰零件间隙面差的二维校核方法.汽车零件研究与
开发,2012（4）:47～52.
[2] 曹渡.汽车内外饰设计与实战.机械工业出版社:43～48.
[3] 蔡延波,曹增强,李志成.复杂装配尺寸链的分析计算.现代制造工
程,2008（4）:82～84.