外CAS面工程可行性分析

【摘 要】近年來，隨著汽車市場的不斷擴(kuò)大，伴隨而來的競爭也越來越激烈。為應(yīng)對激烈的競爭，目前各個汽車OEM不斷的推出新款車型。汽車外形是客戶選車的一個重要因素，為吸引客戶的注意力，新車外造型趨向于夸張和個性化設(shè)計，這就給設(shè)計、制造及質(zhì)量部門帶來了很大挑戰(zhàn)?？紤]降低設(shè)計風(fēng)險和制造成本，在外造型CAS設(shè)計階段進(jìn)行先期的同步工程可行性分析也顯得非常必要。

【關(guān)鍵詞】外CAS 主斷面 工程可行性分析

在現(xiàn)代整車開發(fā)過程中，伴隨著設(shè)計類軟件的飛速發(fā)展，汽車開發(fā)流程和周期也有了一些新的變化。在概念設(shè)計階段，汽車的外造型設(shè)計傳統(tǒng)流程為：設(shè)計外造型效果圖，效果圖評審?fù)ㄟ^后根據(jù)效果圖制作油泥模型，接著掃描油泥模型并逆向光順成A面，然后工程設(shè)計部門開展具體工程設(shè)計。隨著大量設(shè)計軟件的應(yīng)用，一些新產(chǎn)品開發(fā)過程中已省略了油泥設(shè)計，直接由效果圖制作外CAS面，對外CAS面進(jìn)行工程分析完再后進(jìn)行A面光順，隨后進(jìn)行工程設(shè)計。由于節(jié)省了油泥修改和后期部分工程問題修改的時間，從而有效的保證了設(shè)計開發(fā)進(jìn)度。

1 CAS面的定義及CAS面設(shè)計時的輸入條件

CAS面的英文全稱是Concept A Surface，中文名稱是前期外A面數(shù)模，是汽車設(shè)計過程中用于表達(dá)造型設(shè)計意圖和一定工程信息的三維數(shù)字模型。

CAS面設(shè)計的主要工作是對造型外表面進(jìn)行模型創(chuàng)建，進(jìn)行CAS建模時需要提供效果圖、三視圖、約束邊界等必備條件，并且要滿足一些法規(guī)項目和結(jié)構(gòu)控制條件的要求，如表1所示。

2 外CAS面工程可行性分析內(nèi)容

外CAS面工程可行性分析的主要內(nèi)容包括：

2.1整車重要零部件的布置校核和法規(guī)校核

初版的外CAS面完成之后，總布置工程師需對前期輸入給造型的邊界條件進(jìn)行校核。一方面是對動力總成、底盤、電器等零部件在外CAS面的布置位置和重要間隙的校核， 另一方面是對外CAS面相關(guān)人機(jī)和法規(guī)項的校核，主要的人機(jī)和相關(guān)法規(guī)項見表2。

表2 外CAS面主要的人機(jī)和法規(guī)校核項目

2.2車身重要部位的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸分析和運(yùn)動件初步校核

在外CAS設(shè)計階段，需對車身重要部位的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸及主要零部件安裝方式進(jìn)行分析，主要通過主斷面設(shè)計的方法來實(shí)現(xiàn)。需設(shè)計主斷面的重點(diǎn)部位有：側(cè)圍立柱區(qū)域、側(cè)圍上邊梁區(qū)域、側(cè)圍門檻區(qū)域、Y0坐標(biāo)處前后區(qū)域、開閉件附件安裝區(qū)域、前后縱梁區(qū)域等；通過這些典型部位的主斷面設(shè)計，可初步驗證當(dāng)前CAS面能否滿足零部件的布置和配合空間、開閉件的密封結(jié)構(gòu)、車體的結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)及零件制造工藝性等。例如，前門上鉸鏈位置主斷面主要表達(dá)了上鉸鏈的安裝方式、安裝位置的立柱結(jié)構(gòu)和截面尺寸、前門前部密封方式和前門此處的開啟運(yùn)動間隙，如圖1所示。

圖1 某車型前門上鉸鏈處主斷面

車身運(yùn)動件初步校核主要包括：

（1）開閉件和加油口蓋的開啟角度或高度及人機(jī)法規(guī)校核；（2）鉸鏈、限位器、玻璃升降器、鎖體、開啟手柄、雨刮及氣彈簧等附件布置位置校核，操作方便性和舒適性的初步校核。

2.3 外覆蓋件制造工藝性及抗凹性的先期分析

初版外CAS面完成后，沖壓SE工程師會對外覆蓋件的成型工藝進(jìn)行分析，分析的重點(diǎn)主要是分型線位置和外觀質(zhì)量。分型線的位置會影響零件的產(chǎn)品品質(zhì)、制造性及成本。外覆蓋件外觀質(zhì)量缺陷有開裂、起皺、塌陷、沖擊線和滑移線等。設(shè)計人員在重要部位初步主斷面設(shè)計完之后，可根據(jù)外CAS面及主斷面構(gòu)建初步的外覆蓋件數(shù)模，此時沖壓SE工程師可以對外覆蓋件的成型工序和成型可行性做出初步分析，將可能增加成型工序或成形難度較大的特征位置及時反饋給造型人員，協(xié)商解決可能產(chǎn)生的問題，以降低產(chǎn)品的制造風(fēng)險和成本。同時，CAE部門也可對外覆蓋件初步數(shù)模進(jìn)行抗凹性分析，將剛度較弱區(qū)域反饋給造型，并提出改進(jìn)建議。

2.4 車身部分附件和外飾件等塑料件的結(jié)構(gòu)和制造可行性前期分析

根據(jù)產(chǎn)品配置、OEM已有產(chǎn)品數(shù)據(jù)、造型外CAS面和外觀效果定義，可對外后視鏡、門外把手、前后風(fēng)擋玻璃、保險杠和后尾翼等零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。通過參考已有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，首先對附件或外飾件的法規(guī)項、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安裝點(diǎn)布置空間做初步可行性分析，然后分析零件的出模方向、模具是否需要抽滑塊、需要抽滑塊的結(jié)構(gòu)是否可行。零件的結(jié)構(gòu)和工藝將會影響最終產(chǎn)品的成本及質(zhì)量。

2.5 DTS文件中設(shè)定數(shù)值的初步驗算

根據(jù)外CAS面的分塊位置和形狀、主斷面、相關(guān)參考數(shù)據(jù)及OEM工藝水平等輸入條件，尺寸工程師可進(jìn)行外觀分縫和面差的二維尺寸鏈計算，初步驗證DTS中設(shè)定值及公差是否能夠在實(shí)際生產(chǎn)中得到保證。

3 外CAS面工程可行性分析方法

對外CAS面進(jìn)行工程可行性分析，目前行業(yè)內(nèi)常會用到三種方法。

3.1競品對比分析法

許多OEM都會對競爭對手產(chǎn)品做整車性能和各系統(tǒng)性能對比，為了獲取競品車型各總成的相關(guān)性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，一部分可通過試驗和測量來實(shí)現(xiàn)，但大部分詳細(xì)數(shù)據(jù)還需對競品車型進(jìn)行結(jié)構(gòu)拆解、掃描及逆向建模才能獲取。其中，對于車身專業(yè)來說，對于競品車型的分析，主要集中在外觀品質(zhì)、車身結(jié)構(gòu)、剛度、材料和工藝等方面。

采用競品對比分析方法對外CAS面進(jìn)行分析，側(cè)重點(diǎn)主要在外觀品質(zhì)的分析上。競品車型外觀品質(zhì)分析主要是對主要的競品車型外觀零件的圓角大小、零部件之間的配合間隙和段差數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計對比，總結(jié)各個位置的相關(guān)數(shù)值或數(shù)值范圍。在對新車型外CAS面的圓角、間隙、段差進(jìn)行定義和校核時，競品車型的這些數(shù)據(jù)將作為重要的參考。

3.2車身主斷面設(shè)計

車身主斷面是指關(guān)鍵區(qū)域的斷面，主要表達(dá)了外觀圓角、間隙和段差信息，安裝件或焊接件之間的安裝和配合關(guān)系。對車身關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行主斷面設(shè)計，是校核外CAS面工程可行性的主要方法。

設(shè)計人員在設(shè)計完主斷面后，還需讓SE工程師對主斷面做相應(yīng)的工藝可行性分析。如B柱后部側(cè)圍上邊梁和門檻區(qū)域的主斷面（圖2和圖3），設(shè)計人員完成初版設(shè)計和校核后，SE工程師可對側(cè)圍外板和零部件搭接位置做沖壓和焊接分析。如圖4所示，沖壓SE工程師可根據(jù)上述主斷面初步確定側(cè)圍外板沖壓方向和校核拉延深度，焊接SE工程師可對頂蓋與側(cè)圍搭接部位做初步焊槍接近方便性分析。又如側(cè)圍與背門玻璃配合區(qū)域斷面，在完成設(shè)計校核后，SE工程師開始對該斷面進(jìn)行工藝分析，此斷面工藝分析的重點(diǎn)在側(cè)圍翻邊處的沖壓可行性和焊接可行性上，如圖5所示。

圖2 某車型側(cè)圍上邊梁處主斷面

圖3 某車型側(cè)圍與門檻處主斷面

圖4 某車型側(cè)圍B柱后部主斷面工藝分析

圖5 某車型側(cè)圍與背門玻璃處主斷面示意圖

3.3初步數(shù)模分析法

由于主斷面只反映了斷面附近的結(jié)構(gòu)和尺寸，外覆蓋件的一些過渡區(qū)域和細(xì)節(jié)區(qū)域的結(jié)構(gòu)還是無法驗證，這就需要在初步主斷面設(shè)計完成之后，根據(jù)主斷面構(gòu)建車身結(jié)構(gòu)的粗略形面數(shù)模，以便能夠及時驗證外CAS和主斷面細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的可行性，反饋造型調(diào)整CAS面或調(diào)整主斷面細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。此外，內(nèi)外飾專業(yè)可將初步數(shù)模作為設(shè)計的參考邊界條件；SE工程師可根據(jù)初步數(shù)模運(yùn)用分析軟件對一些工藝難點(diǎn)區(qū)域做進(jìn)一步校核；總布置則可以根據(jù)初步數(shù)模進(jìn)行詳細(xì)零部件布置和人機(jī)校核。

4結(jié)語

隨著市場競爭的加劇，各個汽車生產(chǎn)商都將降成本作為首要任務(wù)。車身開發(fā)費(fèi)用在整車開發(fā)中的費(fèi)用占據(jù)了很大的比例，如能在前期做好產(chǎn)品規(guī)劃，在CAS設(shè)計階段控制好造型的邊界條件，盡量實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的平臺化、通用化和制造方便性，將有效的降低整車成本，提高產(chǎn)品競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃金陵.汽車車身設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]羅偉，孫大鵬，程鵬，程威.淺析汽車造型設(shè)計中的CAS.輕型汽車技術(shù)，2011，（10）.

作者簡介：閆紅光（1982—），男，漢族，河南許昌人，工學(xué)學(xué)士，工作單位，華泰汽車，汽車車身設(shè)計。