汽車(chē)飾件設(shè)計(jì)中定位系統(tǒng)的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞：汽車(chē)裝飾；飾件設(shè)計(jì)；定位系統(tǒng)

0 前言

近年來(lái)，隨著私家車(chē)數(shù)量的迅速增加，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)裝飾的要求越來(lái)越高，汽車(chē)飾件質(zhì)量已成為消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)意愿的一個(gè)重要因素，這也影響到了汽車(chē)產(chǎn)品的銷(xiāo)量［1］。為了確保汽車(chē)產(chǎn)品的各項(xiàng)品質(zhì)滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求，對(duì)于汽車(chē)飾件設(shè)計(jì)，應(yīng)將設(shè)計(jì)中的定位系統(tǒng)（RPS）作為關(guān)注重點(diǎn)加以深入分析。

1 RPS 理論

目前，為了自身綜合效益的提升，汽車(chē)制造企業(yè)在提高整車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)會(huì)盡量降低各項(xiàng)成本支出，但這往往會(huì)導(dǎo)致一些汽車(chē)飾件發(fā)生缺陷問(wèn)題，其主要原因表現(xiàn)在：① 元器件不能精確定位；② 元器件精度不夠；③ 復(fù)合公差按制造工藝?yán)奂訉?dǎo)致超限。此外，各類(lèi)飾件設(shè)計(jì)往往以各自的基準(zhǔn)量度，且在設(shè)計(jì)階段未明確零件定位點(diǎn)，以及在研制和工藝規(guī)劃中的論證不充分，坐標(biāo)系并列等問(wèn)題未受到必要關(guān)注，從而導(dǎo)致在車(chē)輛飾件組裝過(guò)程中出現(xiàn)一系列問(wèn)題。

1. 1 RPS 介紹

RPS 源自德國(guó)大眾汽車(chē)公司。通常汽車(chē)裝配的主定位模式為3-2-1，有些部位需要增加輔助定位自由度時(shí)其模式為N-2-1，大多都將RPS 點(diǎn)作為參考點(diǎn)。具體測(cè)量點(diǎn)、品控點(diǎn)的設(shè)置情況為：① 測(cè)量時(shí)以RPS 點(diǎn)為定點(diǎn)；② 無(wú)論是單件還是組裝件，品控點(diǎn)采用RPS 點(diǎn)；③ 采用RPS 點(diǎn)作為工裝定位點(diǎn)；④ RPS 作為多個(gè)功能點(diǎn)，從功能和測(cè)量上保證了每一道生產(chǎn)過(guò)程中定位的統(tǒng)一，RPS 點(diǎn)可在每一個(gè)部件的尺寸穩(wěn)定性方面提供明確的信息。

RPS 的優(yōu)勢(shì)在于飾件可以直接裝配使用，不僅減少了飾件浪費(fèi)，而且保證了汽車(chē)的外觀效果。

1. 2 RPS 應(yīng)用原則

汽車(chē)裝配總坐標(biāo)系如圖1 所示。RPS 最重要的功能是在空間中明確目標(biāo)對(duì)象的準(zhǔn)確方位，即限制產(chǎn)品的6 個(gè)自由度，讓產(chǎn)品在安裝完成后，仍能保持固定的位置，不會(huì)隨意挪動(dòng)和變換。如果產(chǎn)品的剛性和強(qiáng)度可以滿(mǎn)足其使用需求，那么其RPS 也必須按照以下原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：① A 基準(zhǔn)點(diǎn)的RPS點(diǎn)數(shù)量≥3；② B 基準(zhǔn)點(diǎn)的RPS 點(diǎn)水平運(yùn)動(dòng)的3 個(gè)方向必須受限；③ 限轉(zhuǎn)由C 基準(zhǔn)點(diǎn)負(fù)責(zé)。A1、A2、A3基準(zhǔn)點(diǎn)分別以X、Y 方向限制零件的轉(zhuǎn)動(dòng)，以Z 方向的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成零件3 個(gè)自由度的限制。現(xiàn)以翼子板裝配定位為例說(shuō)明，其定位基準(zhǔn)布局如圖2所示。

翼子板裝配定位基準(zhǔn)一般取翼子板在白車(chē)身上的安裝點(diǎn)，也采用3-2-1 的定位布局，如圖3 所示。安裝點(diǎn)A1、A2、A3 控制沿Y 軸方向移動(dòng)自由度和繞Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)及繞X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，安裝點(diǎn)B1、B2 控制沿Z 軸方向移動(dòng)自由度和繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，安裝點(diǎn)C 控制沿X 軸方向移動(dòng)自由度。

汽車(chē)飾件用料大多缺乏較好的剛性，而保險(xiǎn)杠、儀表臺(tái)等較大的部件才是最能集中體現(xiàn)上述問(wèn)題的部件，因此亟需使用RPS 來(lái)提升安裝匹配度和精確性。

2 RPS 的影響因素

目前，RPS 在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要受結(jié)構(gòu)、工藝及客觀因素的影響。

2. 1 結(jié)構(gòu)要求

剛性是汽車(chē)飾件設(shè)計(jì)中必要的要求。剛度不夠，飾件壽命及性能受到影響，同時(shí)影響乘坐舒適度，飾件過(guò)軟，往往質(zhì)量較差。在汽車(chē)制造企業(yè)的飾件設(shè)計(jì)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)中，剛度要求不小于10 N/mm，以免其發(fā)生變形問(wèn)題。此外，剛度并非越高越好，而是要求達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度和剛度標(biāo)準(zhǔn)即可，如包含吸能結(jié)構(gòu)則對(duì)人體的保護(hù)因素也應(yīng)考慮在內(nèi)［2］。

2. 2 工藝要求由于注塑成型條件的原因而產(chǎn)生尺寸誤差在塑料飾件中占到1/3，而乘用車(chē)對(duì)內(nèi)飾件的尺寸要求十分精細(xì)，誤差要求為0～2 mm。變化多端的造型特征線(xiàn)，以及各部件之間的縫隙和面差，其誤差往往在0.5 mm 左右。小尺寸部件的誤差要求較高，如某款車(chē)的車(chē)門(mén)板內(nèi)飾件（長(zhǎng)約700 mm，厚約2.5 mm，聚碳酸酯（PC）/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）材質(zhì)）的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)注塑件，在其Moldflow 分析模型中，兩端注塑變形量達(dá)4 mm，與實(shí)際變形較吻合，如果任由其變形而不加控制，則無(wú)法保證造型的效果和精致度。

2. 3 客觀因素

在生產(chǎn)過(guò)程中，模具、材料及環(huán)境等客觀因素會(huì)對(duì)飾件產(chǎn)生影響，導(dǎo)致飾件尺寸精度不夠。采用合理的過(guò)定位方法可以避免這些因素出現(xiàn)，以避免出現(xiàn)定位不足的情況。

3 RPS 的應(yīng)用分析

RPS 在很大程度上決定了飾件的配合精準(zhǔn)度，同時(shí)也是汽車(chē)飾件設(shè)計(jì)中的重要影響因素。RPS在汽車(chē)飾件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用通常由尺寸工程師牽頭，并由同步工程小組一起配合來(lái)完成相應(yīng)的匹配工作［3］。首先，尺寸技術(shù)規(guī)范（DTS）的確定是設(shè)計(jì)人員根據(jù)市場(chǎng)需求和競(jìng)品車(chē)型而定的；其次，以DTS為基礎(chǔ)，對(duì)飾件進(jìn)行RPS 分析；再次，確定飾件的搭配、裝配關(guān)系，對(duì)裝配尺寸鏈進(jìn)行測(cè)算；最后，確定零件形位公差要求及制造工藝要求。

3. 1 定位基準(zhǔn)的選擇

RPS 基準(zhǔn)選擇的要求如下：

（1） 穩(wěn)定性要求。應(yīng)最大限度地減少磨損，保持穩(wěn)定，把基準(zhǔn)放到平面上，確保其精確度不會(huì)受到相應(yīng)的負(fù)面影響。

（2） 功能性要求。定位需要按照孔、面、邊的順序進(jìn)行。固定點(diǎn)和基準(zhǔn)在空間不足時(shí)可以共用。

底座既可以作為安裝點(diǎn)，也可以作為定位，定位基準(zhǔn)代表實(shí)際的特征關(guān)系。

（3） 易實(shí)現(xiàn)要求。RPS 基準(zhǔn)形狀必須簡(jiǎn)單，能夠便于相關(guān)工作人員測(cè)量、設(shè)計(jì)及操作，確保后續(xù)工作的有序開(kāi)展。

（4） 可重復(fù)性和共用性要求。由于汽車(chē)飾件產(chǎn)品通常情況下都是吸塑、注塑等一次成型件，所以只有在保證可重復(fù)性和共用性的前提下，才能確保汽車(chē)飾件產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

3. 2 RPS 的應(yīng)用要點(diǎn)

RPS 可以改善汽車(chē)飾件的配合精度，提升汽車(chē)整體品質(zhì)。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程中需要注意以下4 個(gè)方面：

（1） 目前，汽車(chē)飾件基本都是缺乏剛度的塑料件和纖維件，這類(lèi)材質(zhì)的特性使其很容易發(fā)生變形，因此在裝配過(guò)程中，精確的定位和配合是保證汽車(chē)裝配質(zhì)量的必要前提，尤其是對(duì)于一些關(guān)鍵的間隙面差配合處，需要添加一定的輔助定位來(lái)進(jìn)一步提高其定位效果，以確保后續(xù)工作能夠穩(wěn)定開(kāi)展。對(duì)于部分細(xì)長(zhǎng)件，可以增加對(duì)應(yīng)的RPS 點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)的配合精度。

（2） 在采用RPS 設(shè)計(jì)時(shí)，需要以消費(fèi)者的多方面需求為基礎(chǔ)，并按照市場(chǎng)的現(xiàn)實(shí)需求來(lái)不斷提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

（3） 在布置主定位時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要將其布置在對(duì)間隙面差要求高的部位，并在主定位之外增加輔助定位筋。

（4） 汽車(chē)在長(zhǎng)期使用后或是經(jīng)歷碰撞、沖擊后，相關(guān)飾件容易產(chǎn)生變形和損壞，因此，設(shè)計(jì)人員需要盡可能地縮短尺寸鏈的長(zhǎng)度，以便實(shí)現(xiàn)間隙面差的要求。

3. 3 RPS 的設(shè)計(jì)要求

3. 3. 1 突出關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車(chē)飾件的材料選擇與制造方式較以往更加多元化，設(shè)計(jì)型面也更加復(fù)雜。因此，設(shè)計(jì)人員必須綜合考慮設(shè)計(jì)過(guò)程中的多種影響因素，以達(dá)到消費(fèi)者的各項(xiàng)使用需求。以轉(zhuǎn)向鎖殼蓋板為例，在關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)層面上，需要配合上部方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的局部間隙和面差，以小為基礎(chǔ)條件，越小越美觀。上、下蓋板上部和兩側(cè)的匹配間隙要求為（0.3±0.3） mm，面差要求±0.3 mm。裝配時(shí)，汽車(chē)飾件部位上、下蓋板的變形程度會(huì)比較大，容易引起翹起，應(yīng)在需要控制間隙和面差的地方進(jìn)行結(jié)構(gòu)固定。上、下蓋板裝配時(shí)，通過(guò)間隙爪控制間隙，推拉定位控制面差應(yīng)在±0.3 mm，并由4 個(gè)平面與間隙爪共同構(gòu)成飾件。對(duì)于較大尺寸的部件，在設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)盡量貼近間隙和面差的區(qū)域，根據(jù)實(shí)際布置空間的需要來(lái)設(shè)計(jì)。大部分采用的是便于修模的定位筋，間隙和面差越接近基準(zhǔn)越容易保證。

3. 3. 2 實(shí)現(xiàn)有效的質(zhì)量控制

在裝配時(shí)，由于飾件的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，面臨的問(wèn)題也較多。汽車(chē)廠家在生產(chǎn)制造時(shí)無(wú)法做到精準(zhǔn)無(wú)誤差，即使是同批次部件，其尺寸也會(huì)略有差別。因此，在應(yīng)用RPS 的基礎(chǔ)上，應(yīng)在汽車(chē)飾件的定位上加強(qiáng)品質(zhì)把控。同時(shí)，通過(guò)制定相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)汽車(chē)內(nèi)外飾復(fù)雜多元的特性，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)控制其差異性和形變量［4］。對(duì)于幾何尺寸，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行變更或重新設(shè)計(jì)，以便在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期和成本上，形成減少浪費(fèi)的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程，也可為后續(xù)的檢測(cè)、裝配提供原始數(shù)據(jù)。利用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行定位安裝穩(wěn)定性的組裝分析，同時(shí)可進(jìn)行多方案比較，并以此為基礎(chǔ)來(lái)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。三坐標(biāo)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)是結(jié)合DTS 來(lái)制定的，讓測(cè)量值量化，并制定出良好的工具檢測(cè)方案，其在控制定位基準(zhǔn)品質(zhì)方面發(fā)揮了關(guān)鍵功能。在汽車(chē)內(nèi)外飾制造后期，設(shè)計(jì)人員可以利用配套的檢驗(yàn)工具在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行有效整改，從而進(jìn)一步提升工作質(zhì)量。

項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)就應(yīng)該開(kāi)始制定DTS 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，在多種不同影響因素下，DTS 需按照實(shí)際需求不斷地進(jìn)行修改。同時(shí)，需要加入相應(yīng)的DTS 斷面測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行多人多次測(cè)量，從而進(jìn)一步提高飾件的質(zhì)量。

3. 3. 3 基于多元素的設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)人員在利用RPS 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合多元素圖案進(jìn)行全面分析，才能有效保證產(chǎn)品質(zhì)量。由于飾件的材料形變范圍大、剛性不足，只有在保證高配合精度的條件下，才能實(shí)現(xiàn)定位過(guò)程的有序進(jìn)行。一方面，必須在定位準(zhǔn)確的前提下，在汽車(chē)重要飾件的結(jié)構(gòu)縫隙中進(jìn)行輔助定位，從而進(jìn)一步保障定位效果；另一方面，應(yīng)利用RPS 對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)其材質(zhì)特點(diǎn)，可采用尺寸鏈長(zhǎng)度縮短等關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，相關(guān)人員也要充分明確現(xiàn)階段汽車(chē)行業(yè)的整體設(shè)計(jì)發(fā)展形勢(shì)及市場(chǎng)需求，借助RPS 的科學(xué)應(yīng)用來(lái)不斷提升飾件配合質(zhì)量，在外觀等層面上吸引消費(fèi)者，并調(diào)查好市場(chǎng)環(huán)境，全面把握汽車(chē)飾件多樣化的發(fā)展環(huán)境，從而設(shè)計(jì)出符合市場(chǎng)定位的合格產(chǎn)品。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷推進(jìn)，汽車(chē)精致化發(fā)展成為必然的發(fā)展方向。現(xiàn)階段，為了進(jìn)一步搶占市場(chǎng)先機(jī)，各大汽車(chē)制造企業(yè)對(duì)于汽車(chē)飾件的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。RPS 在其中的有效應(yīng)用，能夠讓企業(yè)獲得更好的綜合效益，同時(shí)也提升了汽車(chē)飾件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，從而使消費(fèi)者的各項(xiàng)需求得到滿(mǎn)足。