車身開發前期鈑金異響風險規避方法淺析

摘 要：文章通過具體的實際案例詳細說明了如何系統性地利用創新的排查方法，在車身設計開發過程中規避鈑金異響的風險，降低后期設變的費用，減少甚至杜絕該類異響產生的售后問題和市場抱怨。

關鍵詞：車身設計 鈑金異響 規避方法

1 前言

異響問題作為售后問題影響著產品的聲譽和客戶滿意度，但是車身部分鈑金異響風險在設計階段靜態評估都是滿足要求的，而且在試制車試驗車上也沒有暴露問題，而當投放市場，樣本量足夠大時，異響問題會出現，引起客戶抱怨且返修困難。

對于車身鈑金的異響，絕大多數風險可以通過滿足設計規范要求而進行規避，但很難在設計前期發現異響風險的類型有3種：1.非焊接面之間或鈑金邊界距離R角距離設計值3-5mm以上，部分因為存在密封要求最小控制在2mm以內，但由于零件本身誤差以及制造過程中的誤差累積，導致最終間隙變小甚至干涉；2.R角匹配區域按照設計要求控制后，局部區域尤其是車身后部區域，在車身動態工況下，變形較大，導致鈑金碰撞、摩擦產生異響；3. 地板等大而軟的平板類零件，由于拉延不充分或者結構剛度不足導致后期產生的踩踏異響或按壓異響。

2 排查方法和步驟

2.1 設計前期數模靜態排查

3D數據設計階段，盡量嚴格按照設計規范要求進行建模設計，對非焊接面、R角匹配處、焊點間距、止口邊與面的間隙等等均有明確的規定值范圍，而這些參考值均是基于大量的經驗總結歸納得出，能最大程度地規避后期的異響風險。具體排查要求如下：

2.1.1 零件間配合間隙是否滿足設計要求

鈑金盡量避免大面積配合面的存在，非焊接部位需要保證3mm的間隙，如圖1所示。

2.1.2 R角配合是否滿足設計要求

R角配合要求如圖2所示：

滿足間隙尺寸≥1.0mm或滿足切點距離3mm或滿足半徑關系

R1＞5mm時，R2＝R1+4

R1≤5mm時，R2＝R1=2

2.1.3 對接零件修邊距離是否滿足設計要求

對接零件修邊要求如圖3所示，距離≥5mm

2.1.4 切邊與圓角距離是否滿足設計要求

切邊與臺階要求如圖4所示：

切邊與臺階鄰近，安全距離如圖示A距離最小為3mm。

2.1.5 焊點距離是否滿足設計要求

不帶結構膠的焊點間距：

建議80mm≥焊點間距≥25mm；

帶結構膠的焊點間距：100mm≥焊點間距≥25mm

對于有工藝、結構等相矛盾之處，如對水密和氣密影響的區域，為滿足涂裝密封要求，需適當縮小匹配間隙；對于布置空間有限或剛度強度需求等影響無法達到規范要求，此類有沖突和矛盾之處，要綜合衡量，有所取舍，充分評估風險后讓步，并記錄風險點跟蹤表，便于后期查找、追蹤問題。

2.2 設計前期仿真動態排查

上節所述設計規范的排查僅僅針對靜態工況，而實際車輛在行駛過程中會受到來自地面不同的激勵，會使車身發生不同程度的彎曲變形和扭轉變形，從而使靜態工況下的間隙值發生改變。利用CAE仿真分析，計算車身各部位在扭轉工況下的變形量，可以排查出變形量較大或已經導致鈑金干涉區域，及時進行數據優化，從而提前避免異響風險，減少后續因修模等帶來的時間和成本上的損失。

通常情況下，CAE仿真計算車身扭轉剛度時，會定義3000N的載荷，對于剛度的計算是沒有影響的，而進行異響排查，主要考慮的是動態下間隙的最終變化量，所以載荷的設置應根據車身尺寸和重量等信息，綜合考慮后會相應增加。分析模型如圖5所示：

2.3 試制階段樣車實物排查

在樣車試制階段，對前期排查的設計規范要求與實車的一致性進行排查，該項主要針對焊點及涂膠要求。而對于鈑金間隙設計規范以及前期記錄的讓步接受風險點需進行多次實車測量，對于零件制造誤差以及車身總拼累積誤差導致間隙變小的區域，再次結合扭轉工況下的變形量分析，仍然存在干涉異響風險的，需要采取相應的措施。

進行實車測量進行排查的條目有以下幾點：

2.3.1 實物與設計符合度排查（工藝管控）

a. 焊點數量與設計是否一致

b. 焊點位置、間隙與設計是否一致

c. 涂膠量及涂膠軌跡是否符合設計規范

對于不符合項，需ME部門及供應商進行整改。

2.3.2 鈑金間隙實車測量

由于零件的制造誤差以及總成的累積誤差不可避免，因此，實車測量后會有一部分間隙值小于設計理論值，再次結合CAE仿真分析動態扭轉工況下的變形量，得出最終的間隙值，小于或等于零則判斷存在異響風險。

針對排查出的風險項，具體措施有如下幾方面：

a.要求供應商通過模具研合或修模，對零件走偏置公差以消除風險

b.焊點間距過大導致異響風險的，增加焊點

c.無法通過偏置公差消除的，對零件結構進行優化，進行設計變更

d.受邊界條件影響，無法進行結構優化的，在兩個零件間隙處增加結構膠片，隔斷鈑金之間的接觸

2.3.3 下線車路試跑道檢測及耐久車監測

通過下線車路試跑道及耐久車可以再次檢測車輛在各種工況下是否有異響，但到了這個階段再發現異響就比較被動，根本原因的查找難度加大，整改措施的制定也落實也需要浪費大量的人力和資金。因此，我們應盡可能地將車身異響風險規避在前期。

3 異響排查案例分析

3.1 鈑金件之間碰撞摩擦異響排查（S&R）

按照前文所述方法對某車身進行鈑金異響排查，發現多個設計間隙或實測值偏小，如頂蓋后橫梁與側圍外板匹配處、A柱加強板與A柱內板搭接處、后橫梁與D柱搭接處等等，于是進行扭轉工況下的動態變形量仿真，考慮車身尺寸及整車重量，選取載荷9000N，如圖6所示：

以C柱內板與上邊梁搭接區域為例，設計狀態下，由于結構原因，無焊點區域最長間距120mm，非焊接區域避讓間隙3mm，如圖7所示。

CAE扭轉工況下計算后，原3mm間隙局部區域減小至0.8mm，如圖8所示。

而由于零件制造誤差及總成焊接累積誤差的原因，實車測量該處間隙最小值為1.8mm左右，故存在較大的鈑金磕碰異響風險。采取的措施為：首先要求供應商零件通過模具研合走下偏差，其次R角處增加結構膠條，阻止兩鈑金間的直接接觸，從而消除異響風險，如圖9所示。

選取幾處典型異響風險項，排查步驟、相關數據及采取的措施如表1所示。

3.2 鈑金平板件踩踏異響排查

車身鈑金異響，除了上述的鈑金件振動、摩擦、碰撞產生的異響外，對于大而軟的平板件，如地板，還存在剛度弱導致的踩踏變形異響問題，針對該類問題的排查方法和步驟如下：

3.2.1 CAE仿真分析

在前期數據設計階段，采用Abaqus非線性求解器，約束車身截面處123方向自由度和車身底盤連接點1-6自由度。利用一個大小為250mm*80mm*80mm的木塊模擬人體腳部，在地板表面加載垂向1000N的力，再卸載，計算加載點沿加載方向的最大位移、沿加載方向的殘余位移（目標值<0.25mm）和塑性應變值（目標值<1%），與目標值進行比較，分析是否有剛度不足導致的異響風險。

對某車型地板A、B、C三個區域分別進行仿真分析，結果如圖10所示。

由仿真分析結果可知，區域A最大變形量為6.056mm，略大于目標值，分析原因為該區域整體較平，缺少加強結構，優化結構設計，并再次分析，結果如圖11所示。

由此可見，最終結構優化后，最大變形量由6.056mm降至5.491mm，殘余變形量由0.059mm降至0.023mm，提升明顯，均滿足設計要求。

3.2.2 工藝分析

CAE踩踏仿真分析是基于數模結構進行的，而如果實物未能滿足設計要求，拉延成型不充分導致局部特征高度不夠，也會造成踩踏異響風險。

對某車型地板進行拉延工藝分析，結果如圖12所示。

由此可見，局部特征拉延不充分，因此需要增加拉延筋，保證產品拉延充分，方案舉例如圖13所示：

3.2.3 實物分析

后期產品實物出來后，可對前期識別出的風險區域，使用測力計實測彈性形變力值，并進行多款車型對標，結果如圖14所示：

由此可見，通過前期CAE踩踏分析和成型分析優化后的車型A的地板獲得了最好的測試結果，最大程度地避免的踩踏異響風險。

4 總結

在前期的數據設計階段，通過設計規范符合性的靜態間隙檢查和扭轉工況下的CAE仿真動態間隙變化值檢查，將鈑金異響風險最大限度消除在前期，避免后期被動設變導致的時間和成本的浪費，從而盡可能地減少市場反饋的異響售后問題。

本文通過方法和思路的創新，系統性地介紹了鈑金各種異響排查的方法以及可以采取的改進措施，為其他車身設計和研發工程師提供參考。

我們不僅僅要精益生產，更要精益設計，有的放矢，避免設計冗余，使車身輕量化和成本控制工作更上一個臺階。

參考文獻：

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