左志華

摘 要：尺寸問(wèn)題是整車(chē)制造與裝配的主要問(wèn)題之一。本文從整車(chē)裝配過(guò)程中出現(xiàn)的行李架與車(chē)頂間隙不均現(xiàn)象著手，分析了產(chǎn)生的原因，重點(diǎn)系統(tǒng)闡述了行李架安裝結(jié)構(gòu)組成和安裝工藝及，找出解決問(wèn)題的方法。

關(guān)鍵詞：行李架泡棉擠壓力;車(chē)頂剛度;CAE分析

1 引言

汽車(chē)外觀質(zhì)量給客戶最直接視覺(jué)體驗(yàn)，影響到客戶的持久愉悅度，很多時(shí)候影響一部汽車(chē)在市場(chǎng)的成敗。SUV車(chē)型近年在中國(guó)銷(xiāo)量持續(xù)火爆，行李架被大量使用。在整車(chē)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中行李架與車(chē)頂?shù)拈g隙常常出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。本文從整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程著其成因并結(jié)合CAE分析給出解決方法。

2 汽車(chē)行李架的結(jié)構(gòu)及制造工藝

汽車(chē)行李架的結(jié)構(gòu)及制作工藝

目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的行李架分為貼頂式和跨頂式。貼頂式行李架與車(chē)頂有貫穿式間隙配合而跨頂式只有兩端安裝處與車(chē)頂有間隙配合關(guān)系。貼頂式行李架具有一定的美觀性，這些年在高端車(chē)經(jīng)常被使用，是一種流行趨勢(shì)。例如奧迪的Q系列及凱迪拉克的XT系列車(chē)型。貼頂式行李架結(jié)構(gòu)包括鋁桿、基準(zhǔn)支座、橡膠墊和泡棉等。（跨頂式行李架由于不存在與車(chē)頂?shù)拈g隙配合，本文不進(jìn)行介紹）。

下面是某款乘用車(chē)行李架結(jié)構(gòu)爆炸圖，它由以下共6部分組成：鋁管、前后兩端的膠墊、3個(gè)安裝基準(zhǔn)墊塊、3個(gè)安裝螺栓、2塊長(zhǎng)條型泡棉、二道防水的環(huán)形螺栓泡棉，。

鋁管是行李架的主體結(jié)構(gòu)，貫穿車(chē)頂前后，其精度對(duì)于行李架總成至關(guān)重要，同時(shí)是制作精度最難控制部分，直接體現(xiàn)行李架零部件制造商工藝水平。

3 行李架與車(chē)頂間隙過(guò)大問(wèn)題的現(xiàn)象及原因分析

行李架安裝后高低方向在鋁管兩側(cè)與車(chē)頂形成一條長(zhǎng)約3M的配合間隙。由于配合長(zhǎng)度長(zhǎng)，當(dāng)間隙不一致時(shí)呈現(xiàn)波浪形或者凹形，給客戶不精致的直觀感受。這條配合間隙在整車(chē)開(kāi)發(fā)階段一直是尺寸工程專(zhuān)業(yè)面臨的難題。

3.1 行李架與車(chē)頂間隙一致性差原因分析

某型乘用車(chē)行李架與車(chē)頂間隙配合長(zhǎng)度為3m，數(shù)據(jù)上間隙名義值1.5mm。整車(chē)裝上行李架后，在行李架與車(chē)頂間隙配合處均勻取11處位置，測(cè)量實(shí)際間隙值：行李架與車(chē)頂?shù)拈g隙實(shí)測(cè)值1.75～4mm，一致性2.25mm。目視效果差，與現(xiàn)代車(chē)企的精品外觀質(zhì)量相違背。

從上面行李架與車(chē)頂?shù)陌惭b關(guān)系可知，行李架螺栓穿過(guò)車(chē)頂、安裝支架與車(chē)身進(jìn)行緊固連接。

在行李架安裝時(shí)，泡棉擠壓后產(chǎn)生的反彈力使車(chē)頂向下發(fā)生變形，是整車(chē)行李架與車(chē)頂間隙差的另一個(gè)重要影響因素。

3.2 產(chǎn)生變形相互作用力的計(jì)算和CAE分析

3.2.1 行李架泡棉擠壓力

行李架泡棉是由聚氯乙烯酸發(fā)泡而成，型號(hào)BL Foam（V820），具有密度低，反彈力小常在汽車(chē)薄質(zhì)材料的密封中使用。泡棉在擠壓時(shí)輸出的反彈力跟它的壓縮比和自身的性能相關(guān)。結(jié)合整車(chē)行李架的安裝斷面，行李架打緊時(shí)泡棉被壓縮40%。同時(shí)查閱泡棉力學(xué)性能資料得知：泡棉被壓縮40%的時(shí)候施加給外界的壓強(qiáng)為7.8KPa。[3]

3.2.2 車(chē)頂?shù)膭偠?/p>

車(chē)身車(chē)頂由0.65mm的鍍鋅鋼板冷沖壓成型，其與周邊零件的連接方式：高低方向與車(chē)頂加強(qiáng)橫梁通過(guò)膨脹膠連接，兩側(cè)方向車(chē)頂與側(cè)圍外板進(jìn)行熱熔激光鉛焊連接。利用hypermesh軟件對(duì)車(chē)頂和泡棉建模進(jìn)行CAE分析：

（1）首先使用畫(huà)三角形的方法對(duì)車(chē)頂數(shù)模進(jìn)行網(wǎng)格化;[4]

（2）高低向車(chē)頂橫梁與車(chē)頂是通過(guò)膨脹膠連接，hypermesh中我們使用膠實(shí)體單元的連接方式，兩側(cè)向車(chē)頂與側(cè)圍外板使用的是激光釬焊，hypermesh中我們使用焊點(diǎn)單元進(jìn)行連接;

（3）車(chē)頂材料我們?cè)趆ypermesh中選用0.65mm的鍍鋅鋼板。

CAE分析可知車(chē)頂?shù)膭偠仍谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)波動(dòng)，每個(gè)位置都不一樣，其中位置4、5（B柱偏后的位置）剛度最差。

針對(duì)上面CAE分析的結(jié)果，我們使用測(cè)力計(jì)和CMM便攜測(cè)量?jī)x對(duì)車(chē)身車(chē)頂剛度進(jìn)行測(cè)量和校核。

因?yàn)橹圃煲蛩赜绊懺?5～102N/MM范圍內(nèi)波動(dòng)，其中位置4是車(chē)頂剛度最弱的地方，剛度值為56.2N/MM。與hypermesh軟件CAE分析的車(chē)頂剛度值相吻合.

3.2.3 力的相互作用及車(chē)頂變形分析

行李架泡棉在安裝過(guò)程施加給車(chē)頂單位面積的反彈力為7.8KPa，利用在hypermesh軟件上面建模好的車(chē)頂，在行李架型面上施加7.8KPa的壓強(qiáng)模擬泡棉施加給車(chē)頂?shù)姆磸椓Γ治鲕?chē)頂型面變形情況。

Hypermesh CAE分析結(jié)果：車(chē)頂型面的變形大小各個(gè)區(qū)域不一樣，在0.4～0.8mm之間，最大變形的地方在B柱后端。

3.3 車(chē)頂變形的解決方案

上面的分析和驗(yàn)證可知車(chē)頂變形包含兩個(gè)因素：車(chē)頂?shù)膭偠群托欣罴芘菝薜姆磸椓Α?/p>

解決行李架安裝過(guò)程車(chē)頂變形問(wèn)題，得提高車(chē)頂剛度或者減小行李架泡棉擠壓力兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。

加強(qiáng)車(chē)頂剛度通常在車(chē)頂增加加強(qiáng)筋或者凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，但是車(chē)頂沖壓模具很大，且車(chē)頂屬于汽車(chē)的A面，對(duì)表面質(zhì)量要求非常高。實(shí)物造車(chē)階段在車(chē)頂模具增加加強(qiáng)筋對(duì)鋼板在成型拉延時(shí)材料流動(dòng)率的影響很大，會(huì)造成車(chē)頂表面問(wèn)題。另外一種思考重新開(kāi)一副車(chē)頂模具，但是費(fèi)用大，周期長(zhǎng)，與汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程要求的快速、經(jīng)濟(jì)解決方案相違背，通常只作為解決問(wèn)題的最后選項(xiàng)。

我們知道泡棉輸出的反彈力跟他的材料性能和壓縮比有關(guān)減少泡棉厚度A1，減小泡棉壓縮比，使泡棉擠壓時(shí)輸出給車(chē)頂?shù)淖饔昧π∮谲?chē)頂自身的剛度是我們解決該問(wèn)題的一個(gè)方法。從上面的分析可知車(chē)頂?shù)膭偠茸钊跆幨?0N/MM，如果行李架在安裝時(shí)泡棉的擠壓力使車(chē)頂?shù)淖冃瘟孔銐蛐?，達(dá)到0.1mm以內(nèi)。對(duì)行李架與車(chē)頂行李架間隙影響微乎其微，可以解決這個(gè)問(wèn)題。

我們?cè)趆ypermesh中使用上面建模好的數(shù)據(jù)給車(chē)頂施加不同的壓強(qiáng)，當(dāng)施加壓強(qiáng)為4.9Kpa時(shí)，發(fā)現(xiàn)車(chē)頂型面最大變形為0.1mm，符合我們的要求。

查看泡棉力學(xué)性能參數(shù)，泡棉施加給外界的壓強(qiáng)為4.5Kpa對(duì)應(yīng)的壓縮比為25%。

結(jié)合行李架安裝斷面，行李架型腔到車(chē)頂?shù)牟糠指叨葹?mm，假設(shè)壓縮部分厚度為X，泡棉的厚度為9+X，當(dāng)泡棉壓縮比25%時(shí)，壓縮部分須滿足要求：X/（X+9）≤25%的要求，得出壓縮部分厚度為X≤3mm，行李架泡棉的厚度≤12mm。

小批量驗(yàn)證10臺(tái)，更改行李架泡棉厚度至12mm，裝車(chē)進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)量行李架與車(chē)頂間隙數(shù)據(jù)。

整車(chē)行李架與車(chē)頂間隙1～2mm，一致性達(dá)到1mm，相對(duì)之前的整車(chē)缺陷有明顯改善，同時(shí)與行李架、車(chē)頂?shù)臏y(cè)量數(shù)據(jù)相吻合.我們需要收集和跟蹤一批樣本來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證我們的分析：泡棉更改后的行李架在總裝按照正常工藝進(jìn)行裝配，對(duì)整車(chē)數(shù)據(jù)跟蹤，隨機(jī)抽取30輛車(chē)數(shù)據(jù)。

整車(chē)行李架與車(chē)頂間隙的一致性從4mm改進(jìn)到1mm附近，視覺(jué)效果差的缺陷得到遏制.整個(gè)更改方案只更改行李架泡棉切割的厚度，從15mm更改到12mm，節(jié)省了材料。同時(shí)更改周期很短，成本非常低，符合汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程解決方案經(jīng)濟(jì)、快速、有效的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)在現(xiàn)在社會(huì)很普及，行李架作為裝載和外觀屬性飾件，在中級(jí)和高端車(chē)常常被使用。本文介紹行李架與車(chē)頂間隙的成因和解決辦法，在尺寸鏈無(wú)法找出原因時(shí)，重新回到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和安裝過(guò)程，不放過(guò)每一個(gè)安裝步驟尺寸的變化，層層深入，探本究源，借助CAE分析對(duì)泡棉的擠壓力和車(chē)頂?shù)膭偠认嗷リP(guān)系進(jìn)行解析。結(jié)合汽車(chē)行業(yè)降本增效，縮短開(kāi)發(fā)周期的要求，提出經(jīng)濟(jì)，快捷，有效的更改方案，這是尺寸工程在汽車(chē)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的一個(gè)典型案例。

參考文獻(xiàn)：

[1]《汽車(chē)行李架結(jié)構(gòu)解析》—葛廣凱.

[2]《CMM測(cè)量?jī)x在汽車(chē)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用》—葛廣凱.

[3]《汽車(chē)泡棉的力學(xué)性能》.

[4]《CAE分析建?！?