虛擬匹配技術(shù)在汽車白車身車門匹配中的應(yīng)用

黃祥 于興林 楊帆

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司）

隨著生活水平的提高，消費者對汽車外觀品質(zhì)的要求也越來越高，而車門作為汽車外觀品質(zhì)的重要組成部分，如何保證車門與車門、車門與側(cè)圍等零部件的匹配質(zhì)量成為各大汽車廠商面臨的挑戰(zhàn)。對于汽車車門等零部件的尺寸匹配，目前的傳統(tǒng)方法是利用AMB/CUBING 等匹配工裝對車門等零部件匹配尺寸進行確認，而在無匹配工裝的情況下無法對零部件匹配狀態(tài)進行較為準確的判斷。文章以車門與白車身的虛擬裝配模型為例，在實際裝配前模擬實物數(shù)據(jù)進行虛擬裝配，提前預(yù)判缺陷并提出零部件整改建議，在保證車門匹配質(zhì)量的前提下，提高一次性裝配成功率[1]。

1 汽車白車身車門虛擬匹配流程

文章主要研究的對象是汽車白車身前門與后門，以及后門與側(cè)圍縫隙的間隙、面差匹配，具體流程，如圖1所示。

圖1 汽車白車身車門虛擬匹配流程圖

1.1 測量規(guī)劃

測量規(guī)劃需要結(jié)合測量的對象來決定測量設(shè)備及測量方法。此次研究的測量對象為白車身總成及前后車門總成，使用的虛擬仿真軟件為RD&T 軟件，它是基于汽車產(chǎn)品設(shè)計、實際制造水平和裝配過程[2]，在三維環(huán)境下進行零件裝配和公差代入，從而進行三維尺寸鏈計算的仿真軟件?？紤]到RD&T 軟件測量數(shù)據(jù)的處理能力以及白車身的在線測量需求，選擇雙懸臂測量機進行接觸式測量來獲取零部件精度數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)采集

在RD&T 中將前門與后門、后門與側(cè)圍2條縫隙按照每隔15 mm 布置1 組間隙、面差測量點，生成車門總成及側(cè)圍總成間隙、面差測點的三坐標測量輸入文件（DMI），提供給測量人員進行測量程序準備。

測量人員在車門總成基準下，按照DMI 文件對車門間隙面差測量點進行測量，并將測量結(jié)果以三坐標原始測量數(shù)據(jù)（DMO）的形式導出；測量人員在門洞局部基準下，按照DMI 文件對白車身進行測量并將測量結(jié)果以DMO的形式導出。

1.3 虛擬裝配

在RD&T 軟件中將前后車門總成按照裝配定位策略虛擬裝配到白車身上，建立尺寸技術(shù)規(guī)范（DTS）測量。

1）后門裝配到側(cè)圍：A 基準由后門上下鉸鏈安裝面及側(cè)圍棱線下部區(qū)域調(diào)平點構(gòu)成，B 基準由門檻區(qū)域方形孔及側(cè)圍棱線下部區(qū)域調(diào)平點對應(yīng)處的翻邊面構(gòu)成，C 基準取后門洞門檻中部區(qū)域。

2）前門裝配到側(cè)圍：A 基準由前門上下鉸鏈安裝面及后門棱線下部區(qū)域調(diào)平點構(gòu)成，B 基準由前門洞門檻區(qū)域2點構(gòu)成，C 基準取后門棱線下部區(qū)域調(diào)平點對應(yīng)的翻邊面。

1.4 模型運行

將測量輸出的車門總成及白車身門洞局部基準下的CMM測量數(shù)據(jù)DMO 導入模型，并運行模型，得到間隙、面差的中值偏移值并進行自動渲染。

圖2 示出左后門與側(cè)圍間隙中值偏移云圖。從圖2可以看出，前門與后門縫隙靠近門檻區(qū)域間隙中值偏移嚴重，最大偏差為-0.762 mm；后門與側(cè)圍匹配縫隙的間隙中值偏移上部最大偏差為-0.873 mm，下部最大偏差為0.804 mm，整個后門處于后傾姿態(tài)。

圖2 汽車左后門與側(cè)圍間隙中值偏移云圖

圖3 示出左后門與側(cè)圍面差中值偏移云圖。從圖3可以看出，前門與后門縫隙的面差呈波浪狀，上部內(nèi)陷、中部外暴、下部內(nèi)陷，上部最大偏差（內(nèi)陷）為-0.424 mm，中部最大偏差（外暴）為0.416 mm，下部最大偏差（內(nèi)陷）為-0.8 mm；后門與側(cè)圍縫隙的面差較好，后下部尖角區(qū)域外暴0.495 mm。

圖3 汽車左后門與側(cè)圍面差中值偏移云圖

1.5 對比分析

首先在前門與后門、后門與側(cè)圍這2條縫隙的密集測量點中均勻選取測點（前門與后門縫隙選取15個點，后門與側(cè)圍縫隙選取8個點）作為仿真與實物測量對比點。跟蹤對應(yīng)焊裝下線車輛，在后門與側(cè)圍吸平、前門與后門吸平狀態(tài)下對2條縫隙按照測點位置進行間隙、面差測量，得到對比數(shù)據(jù)，如表1 和表2所示。

表1 汽車白車身左側(cè)前門與后門縫隙的間隙、面差測量值及仿真值對比表 mm

表2 汽車白車身左側(cè)后門與側(cè)圍縫隙的間隙、面差測量值及仿真值對比表 mm

從表1 和表2 可以看出，仿真值與實測值的偏差最大為0.32 mm，大部分偏差都在±0.3 mm 以內(nèi)，說明該建模方法基本可以模擬實際裝配過程。

2 虛擬匹配的應(yīng)用

2.1 車門外觀匹配仿真及整改方案確認

虛擬匹配除了能夠真實模擬實物零件匹配情況，發(fā)現(xiàn)匹配問題，還可以對整改方案進行虛擬驗證和選擇。

如文章案例左后門與側(cè)圍間隙及面差的公差要求為±0.5 mm，圖4 示出汽車左后門與側(cè)圍間隙、面差仿真中值偏移。由左后門與側(cè)圍仿真中值偏移值可知面差均滿足±0.5 mm的公差要求，RD-SD-L-Gap-001，RD-SD-L-Gap-014，RD-SD-L-Gap-015的斷面間隙中值偏移較大，分別為-0.873，0.623，0.804 mm，超出±0.5 mm的公差要求。

圖4 汽車左后門與側(cè)圍間隙、面差仿真中值偏移顯示界面

RD&T 中單樣本中值偏移（Mean shift）計算原理，如圖5所示。

圖5 單樣本中值偏移計算原理圖

基于泰勒一階展開式，圖5 可以轉(zhuǎn)換為關(guān)系式，如式（1）所示[2]。

式中：Xi——貢獻因子偏差，mm；

X'i——貢獻因子在測點處的等效向量模下的偏差，mm；

Gfi——對應(yīng)下的空間幾何因子。

RD&T 貢獻因子占比計算，如式（2）所示。

式中：Gi——各貢獻因子偏差占比。

對RD-SD-L-Gap-001 偏差產(chǎn)生的貢獻因子進行分析。影響超過10%的因子從大到小排序依次為：

1）后門側(cè)與側(cè)圍Y 向?qū)R點偏差為0.944 mm，貢獻度為-31.921%；

2）側(cè)圍Y 向?qū)R參考點偏差為-0.489 mm，貢獻度為-16.540%；

3）測量斷面?zhèn)葒鷤?cè)間隙測量點偏差為0.212 mm，貢獻度為-16.515%；

4）后門側(cè)與側(cè)圍X 向?qū)R點偏差為-0.449 mm，貢獻度為-15.565%；

5）測量斷面車門側(cè)間隙測量點偏差為-0.189 mm，貢獻度為14.625%。

對RD-SD-L-Gap-014 偏差產(chǎn)生的貢獻因子進行分析。影響超過10%的因子從大到小排序依次為：

1）測量斷面車門側(cè)間隙測量點偏差為-0.682 mm，貢獻度為41.109%；

2）測量斷面?zhèn)葒鷤?cè)間隙測量點偏差為-0.451 mm，貢獻度為26.801%；

3）后門側(cè)與側(cè)圍X 向?qū)R點偏差為-0.449 mm，貢獻度為-20.055%。

對RD-SD-L-Gap-015 偏差產(chǎn)生的貢獻因子進行分析。影響超過10%的因子從大到小排序依次為：

1）測量斷面?zhèn)葒鷤?cè)間隙測量點偏差為-0.663 mm，貢獻度為35.874%；

2）測量斷面車門側(cè)間隙測量點偏差為-0.653 mm，貢獻度為35.302%；

3）后門側(cè)與側(cè)圍X 向?qū)R點偏差為-0.449 mm，貢獻度為-17.537%。

對 RD-SD-L-Gap-001，RD-SD-L-Gap-014，RDSD-L-Gap-015 3個斷面間隙超差的貢獻因子進行對比發(fā)現(xiàn)：

1）各斷面間隙測量點偏差為該斷面超差主要貢獻因子；

2）RD-SD-L-Gap-001 貢獻因子中車門及側(cè)圍側(cè)Y 向調(diào)平點偏差占比達到48.4%。

考慮到整改調(diào)平點偏差會影響整改后車門姿態(tài)，故選擇整改該斷面間隙測量點偏差來保證該處間隙值，同時又考慮到側(cè)圍整改較車門整改困難，故選擇整改車門側(cè)間隙點偏差，將車門側(cè)RD-SD-L-Gap-014，RD-SD-L-Gap-015 間隙構(gòu)成點偏差減小到-0.3 mm，RD-SD-L-Gap-001 斷面的車門側(cè)間隙測量點偏差由-0.2 mm 調(diào)整為-0.5 mm，得到左后門與側(cè)圍仿真中值偏移值，如圖6所示。從圖6 可以看出，RD-SD-L-Gap-001 間隙改善明顯，但還處于輕微超差狀態(tài)，RD-SD-L-Gap-014 和 RD-SD-L-Gap-015的超差情況得到改善。

圖6 汽車左后門與側(cè)圍優(yōu)化后仿真中值偏移值顯示界面

綜上可知，將車門側(cè) RD-SD-L-Gap-014，RD-SD-L-Gap-015 間隙測量點偏差控制到-0.3 mm，RD-SD-L-Gap-001 間隙測量點偏差控制到-0.6 mm，可使左后門與側(cè)圍間隙面差匹配良好。

2.2 車門內(nèi)間隙測量及整改方案確認

在車門總成基準下，對車門內(nèi)間隙測量點進行測量并將測量結(jié)果以DMO 形式導出，在白車身門洞局部基準下對車門密封止口進行測量并將測量結(jié)果以DMO 形式導出，將車門側(cè)及白車身側(cè)的內(nèi)間隙測點測量結(jié)果的DMO 文件導入RD&T 虛擬匹配數(shù)模，運行模型后可預(yù)測四門內(nèi)間隙結(jié)果，運用貢獻因子分析，可以對各中值偏移產(chǎn)生的原因進行精確分析，指導超差區(qū)域整改方案確認，對車門密封性能、關(guān)閉力、關(guān)門聲品質(zhì)等分析提供支持[3]。

2.3 汽車后燈等類剛性件與白車身匹配仿真及整改方案確認

首先準備好尾燈零件、數(shù)模及GD&T 信息[3]，參考尾燈GD&T 基準信息，采用零件基準建立坐標系對尾燈周圈間隙面差測量點進行三坐標測量，將測量結(jié)果以DMO 形式輸出。對白車身尾燈安裝區(qū)域，參考尾燈裝配基準信息，建立局部基準，測量白車身側(cè)與后燈匹配區(qū)域間隙、面差測量點，將測量結(jié)果以DMO 形式輸出。在RD&T 軟件中參考尾燈裝配基準，建立尾燈與白車身虛擬匹配模型，將尾燈及白車身測量結(jié)果DMO 文件導入虛擬匹配模型，運行模型后可預(yù)測后燈與車身間隙面差結(jié)果，運用貢獻因子分析，可以對各中值偏移產(chǎn)生的原因進行精確分析，指導超差區(qū)域整改方案確認。

3 結(jié)論

文章以白車身車門匹配為案例，通過將CMM檢測與計算機虛擬匹配軟件相結(jié)合的方法，快速、準確、直觀地呈現(xiàn)出白車身車門匹配間隙、面差情況，實現(xiàn)了實車裝配前對車門與白車身匹配情況較為準確的預(yù)判。同時該方法還可擴展到汽車燈具與白車身等類剛性零部件的匹配仿真，并根據(jù)匹配缺陷指導零部件進行整改，利用虛擬匹配技術(shù)替代匹配工裝為實現(xiàn)公司的長期目標提供支持。