汽車塑料前端模塊設計思路研究

劉振高 史強

摘 要：本文簡單介紹前端模塊的發展趨勢和構成單元，以某車型塑料前端框架為例淺析設計思路和工作要點。

關鍵詞：前端框架;CAE分析;模塊化;輕量化

0 引言

隨著全球汽車制造技術向模塊化、集成化、輕量化方向發展，近20年來前端模塊在汽車上的應用范圍和應用數量在逐漸增加。汽車上使用塑料前端模塊是重要發展趨勢，從而支撐整車輕量化、低油耗、低排放。

1 前端模塊發展趨勢

前端模塊發展趨勢，如圖1所示。

圖1 ?前端模塊發展趨勢圖

2 前端模塊構成分類

前端模塊根據生產規劃，采用不同集成度來集成零部件。現主流集成形式共3種：①集成散熱器總成、機蓋鎖（低度集成）;②集成散熱器總成、機蓋鎖、大燈、防撞梁（中度集成）;③集成散熱器總成、機蓋鎖、大燈、防撞梁、前保險杠（高度集成）。

3 安裝點布置方式

為了滿足前端框架的模態與整車動剛度的要求，前端框架總成與車身安裝點布置應在前端框架兩端，最優方案應為上、中、下均存在安裝固定點，以保證CAE分析時滿足整車技術要求，如圖2所示。

圖2 ?最優安裝點布置方式

如整車布置無法滿足安裝點最優方案，安裝點布置應盡量分散并靠近邊界。

4 前端框架設計思路及工作要點

塑料前端框架在設計之初，應首先根據整車布置方案確定前端模塊集成零部件，以適應事業部生產工藝規劃，并編制產品設計構想。設計構想內容應包含：模塊產品構成、模擬裝配順序、安裝點布置構想、標桿數據信息、材料選擇確定、CAE分析項目及標準要求、周邊件間隙定義等要求。

以某車型設計過程為例：

前端框架設計主要工作重點在于如何保證前端框架模態、剛度及強度等技術特性能夠滿足整車狀態的技術要求。同時工作的難點也在于前端框架的技術特性要求定義的確定。可通過對標應用塑料前端框架的車型技術特性要求，結合整車技術要求，進行分解最終確定塑料前端框架技術特性要求。

4.1 集成零部件確認

根據整車布置方案和生產工藝規劃，該車型前端模塊采用低度集成形式進行設計，如圖3所示。

圖3 ?前端模塊集成零部件

4.2 安裝點布置

該車型前端框架總成與車身安裝點布置在前端框架兩端。由于機蓋鎖集成在前端框架上且有高強度要求，因此前端框架此處需進行特別加強設計，增加鐵支架加強，以此保證前端框架強度能夠滿足機蓋鎖的拉力要求。

4.3 與周邊件間隙設計確定

根據車輛安全性能和拆裝方便性要求，確定前端框架與周邊配合產品設計間隙。

4.4 與車身安裝點確定

與車身安裝點確定，如圖4所示。

圖4 ?安裝點布置

4.5 與周邊件安裝結構的確定

4.6 材料選擇

前端框架一般材料為PP-LGF30或PP-LGF40。

4.7 CAE分析

根據PP-LGF30材料特性進行CAE分析，分析項目應包括鎖扣極限拉力，機蓋緩沖塊安裝點剛度，冷凝器安裝點剛度，前端框架扭曲強度，前端模塊總成安裝剛度，整車動剛度等。

以上CAE分析結果合格后，相關方確認前端模塊數據可凍結進行產品開發。

5 結論

隨著汽車設計技術規劃向模塊化、集成化、輕量化方向發展，塑料前端模塊將重點應用在未來車型研發上。規范的布置方案，科學的強度要求，合理的加強結構以及精準的CAE分析都將是后期重點研究的內容，也是目前制約設計的難點。