某汽車儀表板管梁方案設計及問題整改

李倫洪

某汽車儀表板管梁方案設計及問題整改

李倫洪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

儀表板管梁作為內(nèi)飾重要組件之一，零部件性能要求格外重要，文章主要從以下幾點來闡述儀表板管梁設計方案：重量現(xiàn)狀、焊接順序、工藝方案、性能要求及部分重要零部件結(jié)構(gòu)解析，對儀表板管梁數(shù)據(jù)進行模態(tài)與剛度的CAE分析，并根據(jù)CAE分析結(jié)果對問題點進行整改再進行CAE分析直至分析結(jié)構(gòu)滿足要求，以保證儀表板管梁各支架的性能滿足設計要求，使乘客的人身安全得到充分的保障。

儀表板管梁；強度；整改

引言

儀表板管梁是內(nèi)飾很重要的組件之一，位于儀表板系統(tǒng)和車體之間，安裝于車體上。車上的各種零部件，如組合儀表、控制開關、空調(diào)、音響娛樂系統(tǒng)、安全氣囊等附件通常都是安裝在儀表板橫梁和儀表板本體上。儀表板管梁支撐著儀表板總成的整體剛性，同時在整車正碰時對整個駕駛室起到加強作用。所以在儀表板管梁方案設計時，不僅需要考慮整個儀表板系統(tǒng)安裝固定點的布置，還要保證儀表板管梁各支架的強度滿足設計要求，使乘客的人身安全得到充分的保障。

1 設計說明

橫梁的設計原則即要滿足以下幾點：滿足整體剛度，在正碰時能有效防止變形而不傷害到乘客[1]；支持轉(zhuǎn)向管柱功能；支持電器件的固定；支持儀表板的固定，有效提高儀表板的強度；支持膝蓋碰撞保護，能提供一個緩沖吸能的空間[2]；支持安全氣囊的固定，為安全氣囊的順利爆破提供支撐；在滿足強度要求的情況下最大限度地減小重量。本文主要從以下幾個方面來闡述儀表板管梁的設計方案：

1.1 儀表板管梁重量現(xiàn)狀

儀表板管梁重量現(xiàn)狀如表1所示：

表1 儀表板管梁重量現(xiàn)狀

材料工藝重量/kg尺寸/mm SPCC沖壓8.21 387×373×670

1.2 焊接順序

儀表板管梁是由沖壓單件再焊接成型，焊接工藝和焊接過程的控制對儀表板管梁梁的功能實現(xiàn)將產(chǎn)生很大影響，包括尺寸精度、支撐強度等，嚴重的將影響儀表板管梁的承載能力，降低整車的性能。

儀表板管梁各零部件安裝順序見下圖1所示。

圖1 儀表板管梁各零部件安裝順序

1.3 工藝方案

儀表板管梁各零部件工藝方案見下表2所示。

表2 儀表板管梁各零部件工藝方案

零件名稱材料料厚/mm制造工藝 乘員/駕駛側(cè)橫梁SPCC2沖壓 右側(cè)安裝支架SPCC2沖壓 左側(cè)定位銷安裝支架SPCC2沖壓 空調(diào)安裝支架Ⅰ-ⅣSPCC1.2沖壓 BCM安裝支架ⅠSPCC1.2沖壓 室內(nèi)電器盒左支架SPCC1.5沖壓 左側(cè)安裝支架SPCC1.5沖壓 轉(zhuǎn)向管柱加強支架SPCC1.5沖壓 乘員/駕駛側(cè)支架SPCC1.5沖壓 IP駕駛側(cè)支架SPCC1.2沖壓 護板左/右安裝支架SPCC1.2沖壓 轉(zhuǎn)向管柱安裝板SPCC2.5沖壓 管柱轉(zhuǎn)軸安裝支架SPCC3沖壓 IP定位支架SPCC1.5沖壓 PAB安裝支架SPCC2沖壓 手套箱上部支撐支架SPCC1.2沖壓 手套箱左側(cè)支撐支架SPCC1.5沖壓 手套箱連接支架SPCC1.2沖壓 車身安裝前支架SPCC1.5沖壓 前支架加強板SPCC2沖壓 中央支撐支架SPCC1.5沖壓 IP中間下安裝支架SPCC2沖壓 左側(cè)延伸板安裝支架SPCC1.2沖壓

此儀表板管梁采用直管設計，主管梁由同軸不同徑乘員側(cè)橫梁及駕駛側(cè)橫梁構(gòu)成，管梁兩側(cè)均有左/右固定支架提供主支撐，前圍有管柱固定支架提供主支撐，中間有中央支撐支架接地輔助支撐，各零部件安裝支架沖壓成型后通過CO2氣體保護焊焊接成型。

1.4 性能要求

（1）產(chǎn)品表面進行電泳處理，顏色為黑色，漆膜厚度≥20 μm，涂層均勻；

（2）按GB/T 10125標準規(guī)定的中性鹽霧（NSS試驗）方法配制濃度為5%，pH值為6.5～7.2的鹽溶液，在（35±2）℃的環(huán)境中，產(chǎn)品應經(jīng)受滿足試驗150 h無紅銹試驗要求[3]。

1.5 結(jié)構(gòu)設計

1.5.1左側(cè)定位銷安裝支架

如圖2所示，左側(cè)定位銷安裝支架使用4個M8螺栓進行固定，共2處，固定于右A柱下內(nèi)板。管梁上焊接一直徑為Φ11 mm定位銷，此處為?4向定位。

圖2 左側(cè)定位銷安裝支架安裝定位示意

1.5.2右側(cè)定位銷安裝支架

如圖3所示，右側(cè)定位銷安裝支架使用4個M8螺栓進行固定，共2處，固定于右A柱下內(nèi)板。管梁上焊接一直徑為Φ11 mm定位銷，此處為?2向定位。

左側(cè)為主定位，右側(cè)為輔助定位，限制管梁總成在整車方向上的偏差。兩側(cè)固定點是儀表板管梁最主要的安裝點?？紤]鈑金的焊接公差，橫梁上下兩個固定點都采用大圓孔，以便安裝的時候合理地調(diào)整尺寸。

圖3 右側(cè)定位銷安裝支架安裝定位示意

1.5.3轉(zhuǎn)向管柱安裝支架總成

轉(zhuǎn)向管柱是整車中重要的安全件，在汽車行駛過程中，會承受到來自各個方向的外力沖擊，這就要求，轉(zhuǎn)向管柱安裝支架不但要固定可靠，在結(jié)構(gòu)上還要考慮到轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)需求。轉(zhuǎn)向管柱通過M8的螺栓與轉(zhuǎn)向管柱連接，采用“盒式”結(jié)構(gòu)，加強自身結(jié)構(gòu)強度。

如圖4所示，前支架加強板組件采用2個M8螺栓固定在車身中安裝板上。

圖4 轉(zhuǎn)向管柱安裝支架總成安裝定位示意

1.5.4中央支撐支架

如圖5所示，中央支撐支架采用2個M8螺栓固定在中央通道上，以支持轉(zhuǎn)向管柱的固定及滿足CAE試驗要求。

圖5 中央支撐支架安裝定位示意

1.6 模態(tài)頻率分析

儀表板管梁的模態(tài)頻率是指發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時橫梁的振動頻率，管梁的模態(tài)頻率要求避開怠速二階激勵。4缸發(fā)動機的怠速二階激勵頻率一般在26.7 Hz左右，最佳狀態(tài)下方向盤振動頻率應該在38 Hz以上。此儀表板管梁模態(tài)CAE分析結(jié)果如下圖6所示，結(jié)果顯示，模態(tài)滿足要求。

圖6 模態(tài)CAE分析結(jié)果

2 問題整改

2.1 問題現(xiàn)狀

儀表板管梁初版數(shù)據(jù)制作完成后對管梁強度進行CAE分析，其中轉(zhuǎn)向管柱安裝支架側(cè)向力分析試驗要求：把 CCB 總成以符合實際工作情況的約束方式固定在測試工裝上，在轉(zhuǎn)向管柱下安裝支架中心位置+向加載4 kN，記錄力-位移曲線，支架位移量小于1 mm。分析結(jié)果如下表3所示，結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)向管柱安裝支架側(cè)向力要求不滿足要求，待優(yōu)化。

表3 管梁一次CAE分析結(jié)果

方向位移量/mm結(jié)果 X方向2.75不滿足要求 Y方向1.86 Z方向1.00 目標值1.00

2.2 整改措施

為提高轉(zhuǎn)向管柱安裝支架強度，結(jié)合CAE分析結(jié)果，現(xiàn)對儀表板管梁進行以下優(yōu)化：

2.2.1措施一

將管柱支架前圍安裝點向降低約55 mm（前圍安裝點安裝方式由發(fā)艙外打螺栓連接改為駕駛艙內(nèi)打螺栓連接），如下圖6所示。

圖6 措施一示意

2.2.1措施二

增加管梁前支架加強板并增加車身安裝前支架局部料厚，如下圖7所示。

圖7 措施二示意

2.3 整改結(jié)果

儀表板管梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，再次對管梁強度進行CAE分析，其中轉(zhuǎn)向管柱安裝支架側(cè)向力要求分析結(jié)果如下表4所示。結(jié)果顯示，滿足要求。

表4 管梁二次CAE分析結(jié)果

方向位移量/mm結(jié)果 X方向0.96滿足要求 Y方向0.92 Z方向0.86 目標值1.00

3 總結(jié)

根據(jù)車型定位和結(jié)構(gòu)分析，儀表板管梁基本結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)選擇為：管梁采用直管設計，主管梁由同軸不同徑乘員側(cè)橫梁及駕駛側(cè)橫梁構(gòu)成，材料采用SPCC，CO2保護焊焊接。同時對產(chǎn)品表面進行電泳處理，顏色為黑色，漆膜厚度≥20 μm，涂層均勻并滿足中性鹽霧試驗150 h無紅銹[1]。

在設計過程中需提前做好設計構(gòu)想，既要保證各零部件的安裝需求，也要同時考慮自身強度，滿足性能要求。統(tǒng)籌考慮，避免后期不必要的整改，提升設計水平。

[1] 全國汽車標準化技術委員會.乘用車內(nèi)部凸出物:GB 11552[S].北京:工業(yè)和信息化部,2009.

[2] 中國國家標準化管理委員會.乘用車正面碰撞的乘員保護:GB 11551[S].北京:國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,2014.

[3] 中國國家標準化管理委員會.人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗:GB 10125[S].北京:中國標準出版社,2012.

Design and Problem Rectification of Cross Car Beam of an Automobile

LI Lunhong

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

As one of the important components of interior decoration, the performance requirements of components are particularly important. The article mainly expounds the design scheme of cross car beam from the following points: weight status, welding sequence, process, performance requirements and some important parts structure analysis, illustrated the cross car beam data modal and stiffness of CAE analysis, and according to the CAE analysis results to rectify and analysis until the analysis structure meet the requirements, in order to make sure the cross car beam illustrated the stent performance meet the design requirements, the safety of passengers is fully guaranteed.

Cross car beam; Intensity; Rectify and reform

U463.7

A

1671-7988(2021)23-142-04

U463.7

A

1671-7988(2021)23-142-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.023.040

李倫洪（1991—），女，助理工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司，從事汽車內(nèi)飾設計。