硬點成組技術在白車身結構設計中的研究

楊喜紅　胡小文　宋紀俠　徐紅燕　張德偉

摘 要：針對某微型客車試驗過程中白車身推力桿安裝板出現開裂的問題，運用魚骨圖進行要因分析，最后確定要因是懸架推力桿總成與白車身之間的聯接安裝點在推力桿安裝板上四個螺栓聯接點剛度設計不足，同時對工藝因素考慮不充分產生的，從而提出硬點成組設計必要性。并以白車身下車體設計為例，提出從安裝、工藝、性能、運動四個方面進行硬點成組，并探討了安裝、工藝、性能、運動硬點成組技術在白車身結構設計中的應用方法。

關鍵詞：硬點；成組技術；白車身

中圖分類號：U463.82 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2016）05-0040-06

Abstract： Regarding a crack issue of a pushrods mounting panel of a microbus BIW in the testing process of some mini-car， the paper carrys on casual factor analysis using fishbone diagram， finalizing the reason is that the mount point between suspension pushrod assembly and BIW is not properly designed at the rigidity of four bolt mounting point on pushrods mounting panel， at the same time process factors are considered to be produced insufficiently， so that it raised the necessary of hard point group design. Taken bottom part of BIW as an example， it is raised to conduct hard point group form four aspects such as manufacturing process， property and motion， and also discusses the application method of assembly， manufacturing process， property， dynamic hard point group technology in BIW structural design.

Key Words： Hard point group technology； BIW； Structural design

1 引言

車身設計的好壞，在很大程度上決定了一輛新車在市場的認可度，而隨著時代的飛速發展，汽車設計越來越被廣泛關注。車身作為汽車的四大部件之一，安全性可靠性設計顯得更加突出。車身結構一般分為上車體和下車體[1]。下車體作為各底盤系統總成安裝的基體，是車身安全性可靠性設計的基石。本文從某微型客車前懸架所采用麥弗遜獨立懸架系統的推力桿總成與承載式車身下車體聯接在道路試驗過程中出現下車體局部開裂現象，探討下車體硬點成組設計的方法。

2 硬點成組技術在白車身結構設計中的提出

推力桿是決定懸架系統運動特性的重要部件，推力桿支座是汽車行駛系統中的一個重要部件，其功用是將汽車在行駛過程中路面作用于車輪上的力傳遞到車架上，以保障車輛的正常行駛[2]。在此車型開發中，設計要求推力桿支座通過螺栓與下車體推力桿總成安裝板聯接，推力桿軸向受力為12000N。

車身下車體推力桿安裝板與懸架系統推力桿支座設計聯接狀態原方案如圖1顯示，懸架系統中推力桿支座與下車體推力桿安裝板、前縱梁通過H1，H2，H3，H4四個點螺栓聯接，其中推力桿總成在H1點處與下車體前縱梁聯接，其他三處是與下車體推力桿安裝板聯接。

從表1可以看出，從白車身結構設計角度分析，問題的產生主要存在以下兩方面的原因：1）在產品設計時沒有將推力桿總成4個安裝點綜合考慮，將其布置在一個零件上，未對4點剛度進行一致性調整，改善零件受力狀況，導致出現推力桿安裝板開裂。2）在產品設計安裝點布置在不同零件上時，沒有考慮沖壓、焊接綜合誤差，導致出現縱梁面與推力桿安裝面面差過大，使H1處螺栓不能有效聯接，出現松動，從而過載斷裂，惡化推力桿安裝板局部受力，最終推力桿安裝板出現開裂現象。

推力桿安裝板開裂嚴重影響整車可靠性和安全性，因此在設計初始階段明確車身上重要的安裝硬點，同一功能件安裝點綜合考慮，同一系統安裝點統一考慮，安裝、工藝、性能、運動硬點成組并行考慮，以成組角度在車身開發中開展設計，對提高設計質量有著重要作用。

3 硬點成組技術在白車身結構設計中的研究

成組技術GT（Group Technology）是一門生產技術科學，它研究如何識別和發掘生產活動中有關事物的相似性，并對其進行充分利用。即把相似的問題歸類成組，尋求解決這一組問題相對統一的最優方案，以取得所期望的經濟效益[3][4]。在車身結構設計中，以硬點為基礎，將成組技術應用到設計過程中，挖掘相似性，提高設計效率。

這里以下車體為基礎建立硬點成組車身設計的方法。

在整車參數確定后，從成組角度并行開展設計，從底盤系統單個零件上一組安裝點形成下車體單個零件的基礎，從底盤總成或者系統需要保證安裝精度產生工藝硬點形成下車體分總成，結合相關標準及法規要求形成性能硬點建立車身組塊，同時各系統與車身譬如動力總成、懸架系統需要預留一定運動空間，通過對運動部件空間成組保證下車體可行性，從而完成下車體設計。

3.1 安裝硬點成組

安裝硬點指底盤部件系統總裝到下車體上重要部件安裝點。安裝硬點成組則是對底盤一個零件或者一個總成或者一個系統各安裝點在下車體結構設計因同一功能做一組考慮，盡可能將底盤系統一組安裝孔設計到下車體一個零件上。如下圖5所示推力桿安裝改進方案， H1與H2，H3，H4這4個點在下車體推力桿安裝零件設計時作為一組考慮，設計到一個零件上推力桿安裝板上，在其他部位鈑金搭接方式不變的情況下，僅將原來推力桿安裝板與縱梁內側面焊接調整為包住縱梁覆蓋H1處，在縱梁外側搭接，如圖5，H1，H2，H3，H4分布在一個零件上。這樣四點剛度分布比較一致，如圖6。應力分布情況也得到改善，如圖7。同時避免工藝誤差造成H1處與其他三點不在一個面上導致受力差異較大。

3.2 工藝硬點成組

工藝硬點指為保證車體骨骼精度確定的定位系統中重要定位孔和定位面。微型客車白車身一般由400多個零部件組成，零件沖壓存在沖壓誤差，焊裝過程中亦容易形成累計誤差造成整車質量缺陷。因此，合理規劃工藝硬點，形成統一的RPS（Reference Point System）定位系統，才能保證各系統總成安裝需要，提升整車性能，對于汽車質量水平的提升起著至關重要的作用[5]。從底盤總成安裝角度出發，設計工藝硬點，同時從保證系統性能角度成組這些硬點，提升下車體精度。譬如圖8中R1、R2、R3、R4點，R1、R2是前縱梁定位孔，R3、R4是后縱梁定位孔， R1、R3為圓孔，R2、R4為長圓孔，在布置這4個孔位時，需要成組考慮這4個孔，從提高車體精度考慮， 基于尺寸工程原理，前/后縱梁各需布置一個圓孔和一個長圓孔進行定位保證其與其他零件焊接，這樣能有效保證車架焊接時采用R1和R4是一個圓孔和長圓孔作為車架定位，保證基準和原理的一致，提升定位精度。工藝硬點成組運用可將車頭骨骼精度有65%提高到80%以上。

承載式車身下車體主要零件工藝硬點需要成組設計：1）左/右前/后縱梁工藝硬點成組；2）各橫梁及其與前/后縱梁工藝硬點成組；3）前/后門檻板總成工藝硬點成組；4）大燈支架總成工藝硬點成組；5）前輪罩總成與縱梁；6）前/中/后地板與縱梁。

3.3 性能硬點成組

性能硬點指為滿足性能要求而設計關鍵結構以及為保證主要性能得以滿足確定的重要焊點。整車性能設計包括舒適性、安全性、可靠性、視野性、乘坐方便性、操作方便性， 針對整車六項性能要求，下車體設計主要圍繞舒適性，安全性、可靠性、乘坐方便性展開。性能要求大多數來源于標準、法規等的要求，譬如安全性對于下車體重點需要根據車型滿足相應的碰撞法規。因此以標準、法規為基礎，控制關鍵性能硬點。盡管單個零件設計影響結構性能，但不足以決定性能。一個組塊基本決定了一個結構的性能，因此將性能硬點從組塊設計中綜合考慮。主要從斷面結構上確定性能，同時下車體主要安裝動力總成等大總成部件，因此焊點的布置及焊點控制也很大程度上決定了車體性能。 性能硬點成組主要在關鍵結構處與重要焊點成組設計。承載式車身下車體性能硬點成組：1）前橫梁與前縱梁聯接結構；2）輪鼓包結構；3）動力總成安裝點聯接結構；4）前/后懸架總成安裝點聯接結構；5）油箱安裝點聯接結構。

3.4 運動硬點成組

運動硬點指底盤系統與下車體動態位移要求。下車體安裝各系統總成中，發動機動力總成、前后懸架總成、制動系統，在車輛運行中均產生一定位移量，包括空調管路因車體抖動在設計過程中也需要與其他零件預留一定間隙，以保證不與其他零件干涉確保安全性。在設計過程中需將這些總成運動包絡空間綜合考慮，同一系統運動空間成組考慮。譬如前滑柱總成與前橫向穩定桿組、前推力桿組、下擺臂組。

承載式在下車體設計過程中，成組考慮運動硬點如下：1）前滑柱總成與前橫向穩定桿組、前推力桿組、下擺臂組；2）后板簧組與減震器組；3）發動機動力總成組；4）后橋總成與傳動系統組；5）轉向器、轉向傳動裝置與左/右前軸總成；6）空調管路組與制動、離合器管路線路組。

以上對硬點成組做了一個區分，事實上在設計過程中這些硬點相互影響，相互作用，需要進行協調，達到設計最好狀態。特別是安裝硬點成組和工藝硬點成組數據需提交給生產準備部門和工裝制造部門作為生產工藝和生產裝備設計依據，是保證下車體精度重要保障，也是提高整車質量重要手段。

4 結束語

盡管成組技術是來源于制造系統應用于生產管理的學科，但是將其應用到車身開發設計中，與車身硬點結合起來進行成組性設計，能有效提高設計效率，特別是車身構件中對造型不敏感部位進行成組設計，形成模塊化接口，可以優化平臺化開發，提高整車開發效率，對于生產系統則可以簡化制造、管理等相關的工作。

參考文獻：

[1]沈建東.車身平臺架構集成開發應用研究， 汽車技術， 2013年第1期.

[2]蘇翠娟.有限元分析在推力桿支座設計改進中的應用， 裝備制造技術， 2010年第9期.

[3]李紅建.成組技術在汽車制造中的應用， 汽車技術， 2002年第4期.

[4]黃智， 黃曉冬.汽車白車身裝焊質量控制中的成組、硬點技術的應用， 汽車工藝與材料， 2010年第8期.

[5]尹亞雷， 張東強， 胡崇興， 董茂. RPS系統在白車身定位中的應用， 汽車工藝與材料， 2015年第7期.