汽車組合儀表罩匹配問題的尺寸工程分析

劉平平

（北京汽車研究總院有限公司）

尺寸工程是在產品開發過程中，以產品為對象進行的定位基準分析、裝配公差分析及產品內外觀間隙面差控制和評價等，及與尺寸相關的設計、分析及驗證等一系列活動。它的總體目的是實現零部件順利裝配，并最終達到預先設定的產品尺寸品質要求[1]。在整車產品生產過程中，受“人、機、料、法、環、測”各方面因素[2]的影響，尺寸偏差的來源繁多且復雜，如何保證最終產品的實車效果滿足設計要求，則顯得尤為重要。文章通過解決某車型組合儀表罩匹配問題的實例，說明了尺寸工程在整車開發過程中的具體應用。

1 組合儀表罩與組合儀表匹配問題

某車型組合儀表罩與組合儀表均裝配在儀表板本體上，組合儀表罩覆蓋于組合儀表上部，兩者的主要配合為X向間隙，名義值為2 mm，匹配型面及上部斷面圖，如圖1所示。

圖1 汽車組合儀表罩與組合儀表的配合型面圖

如圖1 b所示，實車在試制裝車過程中，個別車輛出現了儀表罩與組合儀表的區域間隙配合尺寸偏差的情況。對于這種實車匹配問題，以尺寸工程角度進行分析與驗證，排除零件剛性強度的影響，從裝配定位角度提出整改方案，保證匹配問題的解決。

2 組合儀表罩與組合儀表匹配分析

2.1 相關部件裝配流程分析

相關部件裝配順序：首先將儀表板本體裝配在車身上，再將組合儀表裝配在儀表板本體上，最后將組合儀表罩裝配在儀表板本體上，整個裝配過程結束。具體的裝配定位方式如下。

1）儀表板本體裝配定位：儀表板本體作為裝配載體，組合儀表罩與組合儀表均裝配在儀表板本體上，則儀表板本體上組合儀表罩與組合儀表的安裝位置會影響到兩者最終的外觀匹配效果，儀表板本體上，儀表罩與儀表的裝配位置，如圖2所示。

圖2 汽車儀表板本體上儀表罩與組合儀表的裝配定位圖

2）組合儀表裝配定位：組合儀表裝配在儀表板本體上，裝配方式為一面兩銷，定位銷布置在組合儀表下端，控制組合儀表Y，Z向，X向定位面通過螺釘安裝，保證組合儀表的X向位置，具體裝配定位，如圖3所示。

圖3 汽車組合儀表的裝配定位圖

3）組合儀表罩裝配定位：組合儀表罩為總成供貨，由儀表外罩（上部區域）與儀表內罩（下部區域）裝配構成。組合儀表罩在儀表板本體上的裝配方式為一面兩銷形式，定位銷B布置在儀表外罩區域，控制Y，Z向，在間隙配合X方向上，通過卡筋裝配保證零件的X向位置，具體裝配定位，如圖4所示。

圖4 汽車組合儀表罩裝配定位圖

組合儀表罩與組合儀表間隙配合區域為儀表內罩部位，而上部定位點主要布置在外罩總成區域，其尺寸對儀表罩總成的整體姿態存在較大的影響。

2.2 尺寸偏差分析

實車匹配中，組合儀表與儀表罩間隙配合型面為X，Z向，主方向為X向，分析思路如下。

2.2.1 X向尺寸累積分析

根據上述零部件裝配順序，儀表罩切邊與組合儀表配合型面間隙累積尺寸鏈，如圖5所示。

圖5 汽車儀表罩與組合儀表間隙尺寸鏈示意圖

結合車型零件的尺寸精度及工藝制造能力，得出L1零件尺寸公差為±0.5 mm，L2工藝能力尺寸公差為±0.1 mm，L3零件尺寸公差為±0.3 mm，L4工藝能力尺寸公差為±0.1 mm，L5零件尺寸公差為±0.7 mm。可依據概率法計算尺寸鏈，如式（1）所示。

由式（1）可知，對L0有影響的組成環中，影響較大的為L1與L5。在組合儀表罩零件制造中，由于組合儀表罩上部定位點布置在儀表外罩，而與組合儀表間隙偏差位置位于儀表內罩，由于存在基準轉換，在滿足零件制造水平的前提下，L5鏈環總成制造精度難以保證。而組合儀表不存在基準轉換，因此L1滿足工藝制造水平即可。由上述分析可知，組合儀表罩與組合儀表間隙配合超差，L5鏈環對結果偏差影響最大。因此，從理論上對尺寸鏈環L5進行分析驗證。

組合儀表罩為總成供貨，配合型面處于內罩總成，定位點布置在外罩總成，內罩與外罩通過飾條進行裝配連接。間隙配合型面累積公差尺寸鏈，如圖6所示。

圖6 汽車儀表罩間隙配合型面L5計算尺寸鏈示意圖

由上述分析可知，儀表罩總成零件的制造工藝，除儀表內罩與外罩配合尺寸l1，l5之外，還存在2次基準轉換l2，l4及裝配l3的公差累積，偏差結果較大，因此儀表罩間隙配合型面的尺寸偏差，是重要的尺寸改進方向。

2.2.2 Z向尺寸影響

受匹配型面影響，在理論狀態下，儀表罩與組合儀表配合間隙為2 mm。如果組合儀表位置不變，隨著儀表罩位置的上移，兩者在上部配合區域的間隙呈現減小的趨勢，儀表罩Z向上移2 mm，兩者間隙配合尺寸，如圖7所示。

圖7 汽車儀表罩Z向上移結果對比示意圖

由上述分析可知，儀表罩的Z向會對偏差結果產生影響。依據數據理論位置，儀表罩與組合儀表間隙為2 mm，隨著儀表罩的上移，兩者間隙逐漸變小，在儀表罩上移2 mm時，兩者間隙變為1.6 mm，儀表罩定位銷的Z向位置對最終匹配結果有一定的影響，但不是主要的影響因素。

3 方案制定與實施

依據上述尺寸分析，在現有儀表罩與組合儀表外觀匹配形式（造型方案）不變的情況下，儀表罩的配合尺寸對匹配結果影響較大。

如果依靠提高儀表罩組裝零部件精度來保證儀表罩總成的尺寸偏差，在成本控制方面存在一定的風險，因此，暫不考慮通過提高零件精度來保證總成尺寸要求，應從儀表罩的裝配定位方式著手，解決該匹配問題，以此為出發點，有2種不同的解決方案。

3.1 優化儀表外罩裝配定位方式（方案1）

原設計方案儀表外罩與內罩通過飾條裝配連接，尺寸鏈環累積較長，優化方案直接將外罩與內罩進行裝配，打斷飾條的公差累積影響，從而縮短尺寸鏈。在設計上的優化方案為儀表外罩定位方案更改，將定位在飾條的裝配方式取消，直接通過簡易裝具進行裝配，建立內罩間隙配合面與外罩定位面的直接定位關系，簡易裝具在裝配過程中的使用示意，如圖8所示。

圖8 簡易裝具在汽車儀表外罩裝配過程中的使用示意圖

優化后的間隙配合型面尺寸鏈，如圖9所示。

圖9 汽車儀表外罩定位方案優化后尺寸鏈示意圖

由圖9可知，影響l0'的尺寸鏈環縮短為1環l1'，即l0'由簡易裝具的制造精度偏差來保證，與前期設計方案由5環縮短為1環相比，尺寸累積結果有了較大的改善。

3.2 優化儀表罩總成裝配定位方式（方案2）

由于儀表罩總成的主要匹配點位于儀表內罩，前期設計方案將上部定位點布置在外罩區域，設計鏈環累積較多。優化方案取消儀表外罩定位點，將儀表罩總成的定位點設計在儀表內罩，消除飾條、外罩等零件對儀表罩總成偏差結果的影響。儀表罩總成優化后的裝配定位方式，如圖10所示。

優化后的間隙配合尺寸鏈，如圖11所示。由圖11可知，影響l0''的鏈環縮短為1環l1''，即l0''由儀表內罩的切邊精度偏差來保證，較前期設計方案有了較大的改善。

圖11 汽車儀表罩總成定位方案優化尺寸鏈圖

3.3 方案對比與確定

方案1通過簡易工裝來保證外罩與內罩間隙配合型面的相對尺寸偏差，設計變更區域僅擴大飾條安裝孔尺寸，其他結構均不變化，可消除該問題潛在的影響，也不會對周邊零件產生影響。

方案2需要在內罩增加定位結構，相應在儀表板本體上增加安裝結構，同時取消儀表外罩的定位結構，涉及到零件工裝模具的整改與調試，在時間與成本控制方面存在一定的影響。

經過討論，優化方案1在項目研發中對提升匹配品質等方面優于方案2，更具有實用價值。

3.4 方案實施

優化方案確定后，通過對現場實車的試制試驗，外觀匹配問題有了較大的改進，匹配效果滿足設計要求。各部門對實車匹配效果進行評審后，一致認同匹配狀態，并制定產品設計變更，保證了該匹配問題的解決。

4 結論

文章通過整車尺寸工程的分析應用，從根本上解決了組合儀表罩與組合儀表間隙匹配問題。針對該問題，若在產品設計前期發現，則可以從產品數據結構方面提出優化建議，避免在樣車階段出現由產品變更而導致的時間、成本等問題。因此，在開展尺寸工程工作時，要明確尺寸工程應與整車開發保持同步，在產品開發前期介入，通過專業的分析研究，對產品設計方案進行仿真驗證，盡早發現尺寸問題并提出整改方案，保證尺寸工程在質量、成本和周期中起到積極的推動作用。