整車定位策略設計淺析

郭朋新

摘 要：本文通過對一系列SUV車型定位策略設計開發的實例分析，總結設計中的問題，結合產品結構特點與工藝方案，制定出了整車定位策略設計規范，有助于更加合理地優化定位設計，提高定位精度、減少公差累積和有效控制整車尺寸質量。

關鍵詞：汽車；定位策略；設計；基準；公差累積

中圖分類號： U463 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-167-3

0 引言

整車定位策略也就是整車定位系統（RPS），是指汽車零部件的沖壓、焊接等工序所需使用到的加工基準和檢測基準，整車定位系統設計是一個龐大的系統開發工作，渉及整車造型、產品結構、工藝和工裝等多個方面，還渉及沖壓單件、焊接總成件和白車身骨架等。長期以來，大量的尺寸超差問題給汽車制造業帶來了很多困擾，不僅影響零件功能的發揮，還經常導致零部件報廢，使得汽車制造成本增加。同時，整精度差也給整車匹配帶來了諸多麻煩，如密封不良、裝配困難、間隙段差不合格等。影響整身精度的因素有整車造型、結構設計、整車定位策略、工藝和工裝方案等，整車定位策略的優劣直接影響到零部件結構設計和工藝可行性。因此，整車定位策略設計在汽車開發過程中至關重要，通過一系列SUV車型的開發案例，我們分析總結出了一套設計規范，即從設計到制造、檢測直至批量裝車各環節所涉及的人員共同遵循的定位點及其公差要求。

1 整車定位策略的設計原則

在零件到總成的整個焊接和檢測過程中，為保證零件在夾具和檢具上的穩定性，檢測狀態和焊接狀態的一致性，避免制件與夾具和檢具件發生干涉等，在RPS的設計時需要共同遵守以下原則。

1.1 3-2-1原則

3個約束點在Z方向，形成一個面限制三個自由度（投影最大面），2個約束點在Y方向，形成一條線限制兩個自由度（投影次大面），1個約束點在X方向，限制一個自由度。

1.1.1 零件定位優先選擇孔定位，其次面定位，最后為切邊線定位

從沖壓工藝的實現來說，當零件的最大投影面積≥12mm×30mm的面時，根據沖模對沖裁件工藝性的要求，孔邊距b與材料厚度t的關系是b≥2t， 孔間距a≥3mm，如圖1所示，可實現沖孔，故優先考慮設計兩個定位孔，對于特殊零件無法設計定位孔的，需考慮面和切邊線定位。

1.1.2 定位孔的類型及位置

定位孔類型的選擇一般分為兩類，從對零件的精度保證和定位銷維護兩個方面考慮，建議采用一類為圓銷配合圓孔/方孔和圓銷配合長圓孔/長方孔定位類型；一類為圓銷配合圓孔/方孔和菱銷配合圓孔/方孔，但是圓孔中切邊銷在第一個方向上接觸并定位，在第二個方向上也有約束，如圖2所示。

當定位孔位置波動距離h時，兩個定位孔的孔間距a占零件總長度L的比例a/L越小，定位孔精度的變化對零件功能尺寸的影響越大，如圖3所示，結合公差賦值和變化點的杠桿效應兩個方面確認定位孔間距a，須滿足a/L≥2/3。

1.1.3 定位孔方向的選擇

定位圓孔的圓心應在定位長圓孔軸線上。當軸線與長圓孔不同軸時，軸與孔的間隙增加，孔距變化時，零件晃動；當軸線通過長圓孔軸線圓心時，軸與孔的實際間隙與理論間隙相同，孔距變動時，零件位置不變，如圖4所示。

1.2 定位面大小的選擇、位置、數量的要求

基準面的寬度一般選擇（16±1）mm，當定位面的位置在1.0mm范圍內變化時，兩個定位面的間距a占零件總長度L的比例a/L越小，定位面的變化對零件功能尺寸的影響越大，如圖5所示，結合公差賦值和變化點的杠桿效應兩方面確認定位面間距a，須滿足a/L≥2/3；RPS定位設計的原則是需要保證零件在檢具和夾具上的穩定性，RPS設置的形狀與制件形狀越接近越穩定，RPS點覆蓋面積需達到拖影面積的2/3以上。

對于面積大而且剛度不足的零件，在保障3-2-1原則的前提下，還需要附加的定位點來保證其平衡狀態。對于投影面積較小的零件，定位面只能布置下一個或兩個RPS標準支撐塊的時候，兩個RPS點就可以限制這個定位面，從而限制3個自由度，可以不強制要求6個約束點，3-2-1原則是顯示6個自由度，并不是一定要滿足6個約束點。

1.3 RPS點繼承性原則

RPS主旨是通過避免基準的轉換，保證加工工藝的可靠性和可重復性利用的準確性。單件及總成共用的RPS坐標一致，但單件及總成的RPS數量無必然的對應關系，具體布置情況要按工序的功能進行布置。

1.4 坐標平行原則

為獲得準確的結果，定位點應當是平行于坐標軸的。在設計過程中，需要保證孔所在的面最好與坐標平行，如果不平行，角度也要盡可能的小。將合格的零部件放入兩個定位系統中，會產生不同偏差。定位系統2會產生散差，零件不合格，在X方向存在偏差如圖6所示（左側圖）。將合格零部件放入定位系統中，對比如圖6（右側圖），定位系統1僅在X方向存在偏差，但定位系統2不僅X方向存在偏差，并且還影響到Z向。對比以上結果顯示，不平行于整車坐標系的定位會導致尺寸合格的零件被錯誤地當成廢品；模具根據錯誤的測量結果在X/Z方向修改，其實Z向沒有偏差，X向的測量結果也是錯誤的；焊接總成的生產散差擴大，功能尺寸無法保證；工裝被不正確地調整；導致后來生產的產品都是廢品。

2 整車定位策略設計方法

2.1 共用RPS點的處理方法

為了避免RPS點的遺漏，并且能夠確保共用的RPS點與各零件的零件特征不存在干涉風險，例如在A+B工位的RPS點，如圖7所示，由于兩個RPS點為共用點，那么單件A（分總成）和單件B（分總成），如圖8示，都需要繼承此RPS點。

2.2 RPS點與焊點的關系

定位塊與焊點之間的距離d，如圖9所示，現階段焊鉗寬度g=20mm，定位塊的寬度為16mm，安全避讓距離為2mm，d=（u/2+g/2）+2 mm=20mm，當兩個焊點間的距離L≥40mm時，可在兩焊點中間布置一個RPS支撐點。

2.3 RPS點與零件干涉風險的規避

RPS定點為支撐塊的中點，支撐塊寬度B=16mm，最小安全距離Gmin=1.5，RPS點到零件特征的距離L=B/2+Gmin=9.5mm。定位塊離零件特征最小的間隙Gmin=1.5mm；當止口距離≥16mm時，定位塊的壓緊距離a，需占到壓緊面寬度H的2/3，a≥2/3B；當止口距離<16mm時，定位塊的壓緊距離需占到零件止口寬度的2/3，a≥2/3H，如圖10所示。

當零件止口寬度H小于9.5mm時，按照常規原則RPS點將在零件之外，故此類RPS點布置在止口寬度的中點位置，在夾具、檢具設計階段，由夾具、檢具設計部門按微調原則對坐標點進行調整，調整后的RPS點滿足以上原則即可。

3 整車定位策略優化

在初版數模完后，會根據整車定位規范和具體設計方法完成初版RPS設計，但是在整車開發過程中，產品工程和制造工程是同步進行的，造型或者產品結構的變動都可能引起工藝和工裝的變更，從而直接影響整車定位策略，此時，需由尺寸、產品和工藝部門溝通協調，及時做出定位方案的變更?？傊?，整車定位策略是隨產品結構和工藝方案的優化，不斷改進并最終確定的。

4 結束語

綜上分析，整車定位策略設計是一個復雜的、涉及面廣的工作，對于設計人員的專業知識要求較高。同時，設計整車定位要有一套嚴格的設計規范和具體的設計方法，避免不同設計人員因為設計思路不同而使加工基準和檢測基準不一致，造成公差累積。因此，只有在設計階段不斷地優化定位和結構設計，減少因定位不合理所造成的尺寸偏差累積，才能更好地達到有效控制車輛尺寸，提升整車精度的目的。

參 考 文 獻

[1] 藍先.汽車整車定位策略設計開發的探討[A].中國汽車工程學會.2010中國汽車工程學會年會論文集[C].中國汽車工程學會，2010：6.

[2] 李軍均.基于實例的汽車整車開發技術及其應用研究[D].上海交通大學，2010.