新型BAFFLE在汽車車身設(shè)計中的研究與應(yīng)用

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司產(chǎn)品工程部,武漢 430000）

0 概述

近年來，各大汽車廠家競爭非常激烈，隨著市場消費者趨于年輕化和對外觀造型設(shè)計優(yōu)美感和運動感的喜愛，對車身設(shè)計提出了更高的要求，BAFFLE對整車NVH、氣密性、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝等有較大的影響[1]。本文通過設(shè)計階段的技術(shù)手段闡述，介紹了一種對于運動化美觀化造型局部空間要求苛刻的位置的BAFFLE的設(shè)計思路、優(yōu)化方法及方案，能穩(wěn)健又精益地滿足整車NVH、氣密性、制造工藝質(zhì)量等要求，為運動化美觀化造型的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了研究方法和借鑒。

1 側(cè)圍D柱BAFFLE的設(shè)計與仿真分析

圖1 側(cè)圍D柱BAFFLE安裝分布示意圖

側(cè)圍D柱BAFFLE主要作用是削弱后輪路噪對乘員艙的影響，提升后排乘員的NVH性能。整車制造工藝中，側(cè)圍外板分總成在LOADING過程需要避開側(cè)圍D柱BAFFLE。NVH性能需要BAFFLE與側(cè)圍外板鈑金間隙小，制造工藝和質(zhì)量需要BAFFLE與側(cè)圍外板鈑金間隙大。BAFFLE的結(jié)構(gòu)設(shè)計對性能和制造工藝影響明顯，一種精益的BAFFLE結(jié)構(gòu)設(shè)計非常有需要[2]。通過頭腦風(fēng)暴和普氏矩陣分析，選擇最佳的側(cè)圍D柱BAFFLE的開發(fā)設(shè)計策略，通過正交試驗優(yōu)化BAFFLE的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得精益化的BAFFLE設(shè)計在滿足NVH性能和制造工藝質(zhì)量的同時，提升制造效率和穩(wěn)定性，降低制造運營成本。

1.1 指標定義

為了得到穩(wěn)定性、NVH性能表現(xiàn)好、質(zhì)量輕、制造工藝質(zhì)量好、效率高的BAFFLE，優(yōu)化目標為BAFFLE質(zhì)量輕、CT時間短，約束條件為NVH性能和制造工藝質(zhì)量滿足要求，最終獲得能穩(wěn)健又精益地滿足整車NVH性能、氣密性、制造工藝質(zhì)量等要求的側(cè)圍D柱BAFFLE設(shè)計方案。

研究和經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，BAFFLE發(fā)泡后與側(cè)圍鈑金之間的間隙能直接反映出NVH性能和氣密性，間隙越小性能越好，因此目標要求是BAFFLE發(fā)泡后與側(cè)圍鈑金之間的間隙為零。同時從制造工藝質(zhì)量角度，側(cè)圍外板分總成在LOADING過程中不能與BAFFLE發(fā)生干涉，或者發(fā)生干涉不會產(chǎn)生凸點等質(zhì)量問題。因此必須滿足以下兩點指標要求[3]：（1）BAFFLE發(fā)泡后與側(cè)圍鈑金之間間隙為零；（2）制造工藝質(zhì)量和穩(wěn)定性好。

圖2 側(cè)圍外板分總成LOADING

1.2 方案選擇

方案選擇標準：NVH性能、結(jié)構(gòu)性能、耐久性能、布置可行性、ME制造工藝、重量。

方案選擇方法：普氏概念選擇[3]。

開發(fā)設(shè)計方案：見圖3三種設(shè)計策略方案A、B、C。

圖3 BAFFLE策略方案及發(fā)泡效果模擬圖

開放式的策略方案特點：適用于形狀規(guī)則的鈑金型面，缺點是大面積使用膨脹材料，發(fā)泡無導(dǎo)向，呈四周擴散性，對鈑金層邊角位置的發(fā)泡較不利。夾層式的策略方案特點：適用于形狀不規(guī)則的鈑金型面，發(fā)泡層位于兩層骨架中間，發(fā)泡時只朝周圍發(fā)泡，具有明顯導(dǎo)向性，密封性相對最好，使用嵌件注塑工藝，報廢率相對其他結(jié)構(gòu)高。跑道式的策略方案特點：適用于形狀不規(guī)則的鈑金型面，發(fā)泡材料置于骨架邊緣，發(fā)泡時向周圍和上方發(fā)泡，對于密封性有很好的控制，優(yōu)點是成型易、密封性好。

表1 第一輪普氏分析

表2 第二輪普氏分析

第一輪普氏分析（表1）：以策略方案A為基準，策略方案B和C相對優(yōu)勢明顯，本輪勝出。第二輪普氏分析（表2）：以策略方案B為基準，策略方案A劣勢明顯，故排除A，策略方案C相對有一定優(yōu)勢，本輪C勝出。

表3 第三輪普氏分析

第三輪普氏分析（表3）：以策略方案C為基準，策略方案A劣勢明顯，策略方案B相對有一定劣勢，本輪C勝出。

經(jīng)過三輪分析，策略方案C在性能、重量等方面優(yōu)勢明顯，因此選擇策略方案C（跑道式策略）作為本次優(yōu)化工作的對象。

1.3 產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化流程

1.3.1 參數(shù)定義

首先確定并定義設(shè)計優(yōu)化范圍和相應(yīng)的優(yōu)化指標[4]，設(shè)計策略方案的參數(shù)示意圖如圖4所示，淡黃色部分是BAFFLE發(fā)泡材料，淡灰色部分是BAFFLE骨架，并定義優(yōu)化參數(shù)：發(fā)泡材料的厚度A，發(fā)泡材料的長度B，骨架墻的高度C，骨架墻的寬度D。

圖4 設(shè)計參數(shù)示意圖

1.3.2 正交試驗設(shè)計與計算結(jié)果

根據(jù)參數(shù)示意圖，可分別制定設(shè)計參數(shù)的各個水平，選擇相應(yīng)的L9正交列表進行正交試驗[5]，如表4、表5所示。

表4 參數(shù)控制表（控制因子與水平）

表5 正交試驗設(shè)計與結(jié)果

1.4 分析驗證

表6 正交試驗設(shè)結(jié)果分析

將每一組正交試驗組合進行試驗和CAE模擬仿真分析，并對正交試驗結(jié)果的Mean Graphs[5]進行分析，經(jīng)研究分析（見表6）發(fā)現(xiàn)：關(guān)于發(fā)泡材料厚度，發(fā)泡材料厚度的增大，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，增大到一定程度后效果就不明顯；關(guān)于發(fā)泡材料長度，發(fā)泡材料長度的增加，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，效果顯著，但是對制造工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性和CT影響明顯，需要綜合考慮；關(guān)于骨架墻的高度，骨架墻高度的增加，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，增大到一定程度后效果就不明顯；關(guān)于骨架墻的寬度，骨架墻寬度的增加，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，效果顯著。綜合考慮NVH性能、重量、制造工藝質(zhì)量、穩(wěn)定性和CT，最優(yōu)設(shè)計方案組合應(yīng)該是：A2B1C2D3。（跑道式策略的BAFFLE，BAFFLE的發(fā)泡材料厚度5 mm，發(fā)泡材料長度10 mm，骨架墻的高度8.5 mm，骨架墻的寬度30 mm）

1.5 收益確認

明確定義BAFFLE設(shè)計的一些關(guān)鍵且重要的要求，并在設(shè)計開發(fā)中進行了優(yōu)化和實現(xiàn)，不僅能夠更好地滿足NVH性能要求、制造工藝質(zhì)量和穩(wěn)定性，同時也能夠縮短工廠制造CT，到達提高制造效率的效果。以某MPV車型為例，通過對該車型側(cè)圍D柱BAFFLE進行了設(shè)計優(yōu)化和應(yīng)用，實現(xiàn)了有效提升制造工藝質(zhì)量、穩(wěn)定性和效率，CT周期降低了0.8 s。

2 結(jié)束語

汽車車身BAFFLE優(yōu)化設(shè)計在車身設(shè)計中的應(yīng)用，給運動化美觀化造型局部空間要求苛刻的位置的BAFFLE提供了可實現(xiàn)的設(shè)計思路、優(yōu)化方法及方案，能穩(wěn)健又精益地滿足整車NVH性能、制造工藝質(zhì)量、穩(wěn)定性等要求，在運動化美觀化造型的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)中具有廣泛而普遍的應(yīng)用價值。在實現(xiàn)優(yōu)異性能的前提下，提高制造效率，降低制造運營總成本，最終能夠提升車企的產(chǎn)品競爭力。