汽車行李架與車頂間隙過大成因分析及解決方法不均

左志華

摘 要：尺寸問題是整車制造與裝配的主要問題之一。本文從整車裝配過程中出現(xiàn)的行李架與車頂間隙不均現(xiàn)象著手，分析了產(chǎn)生的原因，重點系統(tǒng)闡述了行李架安裝結(jié)構(gòu)組成和安裝工藝及，找出解決問題的方法。

關(guān)鍵詞：行李架泡棉擠壓力;車頂剛度;CAE分析

1 引言

汽車外觀質(zhì)量給客戶最直接視覺體驗，影響到客戶的持久愉悅度，很多時候影響一部汽車在市場的成敗。SUV車型近年在中國銷量持續(xù)火爆，行李架被大量使用。在整車的開發(fā)過程中行李架與車頂?shù)拈g隙常常出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。本文從整車開發(fā)過程著其成因并結(jié)合CAE分析給出解決方法。

2 汽車行李架的結(jié)構(gòu)及制造工藝

汽車行李架的結(jié)構(gòu)及制作工藝

目前市場上常見的行李架分為貼頂式和跨頂式。貼頂式行李架與車頂有貫穿式間隙配合而跨頂式只有兩端安裝處與車頂有間隙配合關(guān)系。貼頂式行李架具有一定的美觀性，這些年在高端車經(jīng)常被使用，是一種流行趨勢。例如奧迪的Q系列及凱迪拉克的XT系列車型。貼頂式行李架結(jié)構(gòu)包括鋁桿、基準(zhǔn)支座、橡膠墊和泡棉等。（跨頂式行李架由于不存在與車頂?shù)拈g隙配合，本文不進(jìn)行介紹）。

下面是某款乘用車行李架結(jié)構(gòu)爆炸圖，它由以下共6部分組成：鋁管、前后兩端的膠墊、3個安裝基準(zhǔn)墊塊、3個安裝螺栓、2塊長條型泡棉、二道防水的環(huán)形螺栓泡棉，。

鋁管是行李架的主體結(jié)構(gòu)，貫穿車頂前后，其精度對于行李架總成至關(guān)重要，同時是制作精度最難控制部分，直接體現(xiàn)行李架零部件制造商工藝水平。

3 行李架與車頂間隙過大問題的現(xiàn)象及原因分析

行李架安裝后高低方向在鋁管兩側(cè)與車頂形成一條長約3M的配合間隙。由于配合長度長，當(dāng)間隙不一致時呈現(xiàn)波浪形或者凹形，給客戶不精致的直觀感受。這條配合間隙在整車開發(fā)階段一直是尺寸工程專業(yè)面臨的難題。

3.1 行李架與車頂間隙一致性差原因分析

某型乘用車行李架與車頂間隙配合長度為3m，數(shù)據(jù)上間隙名義值1.5mm。整車裝上行李架后，在行李架與車頂間隙配合處均勻取11處位置，測量實際間隙值：行李架與車頂?shù)拈g隙實測值1.75～4mm，一致性2.25mm。目視效果差，與現(xiàn)代車企的精品外觀質(zhì)量相違背。

從上面行李架與車頂?shù)陌惭b關(guān)系可知，行李架螺栓穿過車頂、安裝支架與車身進(jìn)行緊固連接。

在行李架安裝時，泡棉擠壓后產(chǎn)生的反彈力使車頂向下發(fā)生變形，是整車行李架與車頂間隙差的另一個重要影響因素。

3.2 產(chǎn)生變形相互作用力的計算和CAE分析

3.2.1 行李架泡棉擠壓力

行李架泡棉是由聚氯乙烯酸發(fā)泡而成，型號BL Foam（V820），具有密度低，反彈力小常在汽車薄質(zhì)材料的密封中使用。泡棉在擠壓時輸出的反彈力跟它的壓縮比和自身的性能相關(guān)。結(jié)合整車行李架的安裝斷面，行李架打緊時泡棉被壓縮40%。同時查閱泡棉力學(xué)性能資料得知：泡棉被壓縮40%的時候施加給外界的壓強為7.8KPa。[3]

3.2.2 車頂?shù)膭偠?/p>

車身車頂由0.65mm的鍍鋅鋼板冷沖壓成型，其與周邊零件的連接方式：高低方向與車頂加強橫梁通過膨脹膠連接，兩側(cè)方向車頂與側(cè)圍外板進(jìn)行熱熔激光鉛焊連接。利用hypermesh軟件對車頂和泡棉建模進(jìn)行CAE分析：

（1）首先使用畫三角形的方法對車頂數(shù)模進(jìn)行網(wǎng)格化;[4]

（2）高低向車頂橫梁與車頂是通過膨脹膠連接，hypermesh中我們使用膠實體單元的連接方式，兩側(cè)向車頂與側(cè)圍外板使用的是激光釬焊，hypermesh中我們使用焊點單元進(jìn)行連接;

（3）車頂材料我們在hypermesh中選用0.65mm的鍍鋅鋼板。

CAE分析可知車頂?shù)膭偠仍谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)波動，每個位置都不一樣，其中位置4、5（B柱偏后的位置）剛度最差。

針對上面CAE分析的結(jié)果，我們使用測力計和CMM便攜測量儀對車身車頂剛度進(jìn)行測量和校核。

因為制造因素影響在45～102N/MM范圍內(nèi)波動，其中位置4是車頂剛度最弱的地方，剛度值為56.2N/MM。與hypermesh軟件CAE分析的車頂剛度值相吻合.

3.2.3 力的相互作用及車頂變形分析

行李架泡棉在安裝過程施加給車頂單位面積的反彈力為7.8KPa，利用在hypermesh軟件上面建模好的車頂，在行李架型面上施加7.8KPa的壓強模擬泡棉施加給車頂?shù)姆磸椓Γ治鲕図斝兔孀冃吻闆r。

Hypermesh CAE分析結(jié)果：車頂型面的變形大小各個區(qū)域不一樣，在0.4～0.8mm之間，最大變形的地方在B柱后端。

3.3 車頂變形的解決方案

上面的分析和驗證可知車頂變形包含兩個因素：車頂?shù)膭偠群托欣罴芘菝薜姆磸椓Α?/p>

解決行李架安裝過程車頂變形問題，得提高車頂剛度或者減小行李架泡棉擠壓力兩個方面進(jìn)行考慮。

加強車頂剛度通常在車頂增加加強筋或者凸臺結(jié)構(gòu)，但是車頂沖壓模具很大，且車頂屬于汽車的A面，對表面質(zhì)量要求非常高。實物造車階段在車頂模具增加加強筋對鋼板在成型拉延時材料流動率的影響很大，會造成車頂表面問題。另外一種思考重新開一副車頂模具，但是費用大，周期長，與汽車開發(fā)過程要求的快速、經(jīng)濟(jì)解決方案相違背，通常只作為解決問題的最后選項。

我們知道泡棉輸出的反彈力跟他的材料性能和壓縮比有關(guān)減少泡棉厚度A1，減小泡棉壓縮比，使泡棉擠壓時輸出給車頂?shù)淖饔昧π∮谲図斪陨淼膭偠仁俏覀兘鉀Q該問題的一個方法。從上面的分析可知車頂?shù)膭偠茸钊跆幨?0N/MM，如果行李架在安裝時泡棉的擠壓力使車頂?shù)淖冃瘟孔銐蛐?，達(dá)到0.1mm以內(nèi)。對行李架與車頂行李架間隙影響微乎其微，可以解決這個問題。

我們在hypermesh中使用上面建模好的數(shù)據(jù)給車頂施加不同的壓強，當(dāng)施加壓強為4.9Kpa時，發(fā)現(xiàn)車頂型面最大變形為0.1mm，符合我們的要求。

查看泡棉力學(xué)性能參數(shù)，泡棉施加給外界的壓強為4.5Kpa對應(yīng)的壓縮比為25%。

結(jié)合行李架安裝斷面，行李架型腔到車頂?shù)牟糠指叨葹?mm，假設(shè)壓縮部分厚度為X，泡棉的厚度為9+X，當(dāng)泡棉壓縮比25%時，壓縮部分須滿足要求：X/（X+9）≤25%的要求，得出壓縮部分厚度為X≤3mm，行李架泡棉的厚度≤12mm。

小批量驗證10臺，更改行李架泡棉厚度至12mm，裝車進(jìn)行驗證，測量行李架與車頂間隙數(shù)據(jù)。

整車行李架與車頂間隙1～2mm，一致性達(dá)到1mm，相對之前的整車缺陷有明顯改善，同時與行李架、車頂?shù)臏y量數(shù)據(jù)相吻合.我們需要收集和跟蹤一批樣本來進(jìn)一步驗證我們的分析：泡棉更改后的行李架在總裝按照正常工藝進(jìn)行裝配，對整車數(shù)據(jù)跟蹤，隨機抽取30輛車數(shù)據(jù)。

整車行李架與車頂間隙的一致性從4mm改進(jìn)到1mm附近，視覺效果差的缺陷得到遏制.整個更改方案只更改行李架泡棉切割的厚度，從15mm更改到12mm，節(jié)省了材料。同時更改周期很短，成本非常低，符合汽車開發(fā)過程解決方案經(jīng)濟(jì)、快速、有效的要求。

4 結(jié)語

汽車在現(xiàn)在社會很普及，行李架作為裝載和外觀屬性飾件，在中級和高端車常常被使用。本文介紹行李架與車頂間隙的成因和解決辦法，在尺寸鏈無法找出原因時，重新回到設(shè)計結(jié)構(gòu)和安裝過程，不放過每一個安裝步驟尺寸的變化，層層深入，探本究源，借助CAE分析對泡棉的擠壓力和車頂?shù)膭偠认嗷リP(guān)系進(jìn)行解析。結(jié)合汽車行業(yè)降本增效，縮短開發(fā)周期的要求，提出經(jīng)濟(jì)，快捷，有效的更改方案，這是尺寸工程在汽車開發(fā)應(yīng)用的一個典型案例。

參考文獻(xiàn)：

[1]《汽車行李架結(jié)構(gòu)解析》—葛廣凱.

[2]《CMM測量儀在汽車開發(fā)的應(yīng)用》—葛廣凱.

[3]《汽車泡棉的力學(xué)性能》.

[4]《CAE分析建?！?