車身開發(fā)前期鈑金異響風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避方法淺析

摘 要：文章通過具體的實(shí)際案例詳細(xì)說明了如何系統(tǒng)性地利用創(chuàng)新的排查方法，在車身設(shè)計(jì)開發(fā)過程中規(guī)避鈑金異響的風(fēng)險(xiǎn)，降低后期設(shè)變的費(fèi)用，減少甚至杜絕該類異響產(chǎn)生的售后問題和市場抱怨。

關(guān)鍵詞：車身設(shè)計(jì) 鈑金異響 規(guī)避方法

1 前言

異響問題作為售后問題影響著產(chǎn)品的聲譽(yù)和客戶滿意度，但是車身部分鈑金異響風(fēng)險(xiǎn)在設(shè)計(jì)階段靜態(tài)評(píng)估都是滿足要求的，而且在試制車試驗(yàn)車上也沒有暴露問題，而當(dāng)投放市場，樣本量足夠大時(shí)，異響問題會(huì)出現(xiàn)，引起客戶抱怨且返修困難。

對(duì)于車身鈑金的異響，絕大多數(shù)風(fēng)險(xiǎn)可以通過滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求而進(jìn)行規(guī)避，但很難在設(shè)計(jì)前期發(fā)現(xiàn)異響風(fēng)險(xiǎn)的類型有3種：1.非焊接面之間或鈑金邊界距離R角距離設(shè)計(jì)值3-5mm以上，部分因?yàn)榇嬖诿芊庖笞钚】刂圃?mm以內(nèi)，但由于零件本身誤差以及制造過程中的誤差累積，導(dǎo)致最終間隙變小甚至干涉；2.R角匹配區(qū)域按照設(shè)計(jì)要求控制后，局部區(qū)域尤其是車身后部區(qū)域，在車身動(dòng)態(tài)工況下，變形較大，導(dǎo)致鈑金碰撞、摩擦產(chǎn)生異響；3. 地板等大而軟的平板類零件，由于拉延不充分或者結(jié)構(gòu)剛度不足導(dǎo)致后期產(chǎn)生的踩踏異響或按壓異響。

2 排查方法和步驟

2.1 設(shè)計(jì)前期數(shù)模靜態(tài)排查

3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段，盡量嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行建模設(shè)計(jì)，對(duì)非焊接面、R角匹配處、焊點(diǎn)間距、止口邊與面的間隙等等均有明確的規(guī)定值范圍，而這些參考值均是基于大量的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納得出，能最大程度地規(guī)避后期的異響風(fēng)險(xiǎn)。具體排查要求如下：

2.1.1 零件間配合間隙是否滿足設(shè)計(jì)要求

鈑金盡量避免大面積配合面的存在，非焊接部位需要保證3mm的間隙，如圖1所示。

2.1.2 R角配合是否滿足設(shè)計(jì)要求

R角配合要求如圖2所示：

滿足間隙尺寸≥1.0mm或滿足切點(diǎn)距離3mm或滿足半徑關(guān)系

R1＞5mm時(shí)，R2＝R1+4

R1≤5mm時(shí)，R2＝R1=2

2.1.3 對(duì)接零件修邊距離是否滿足設(shè)計(jì)要求

對(duì)接零件修邊要求如圖3所示，距離≥5mm

2.1.4 切邊與圓角距離是否滿足設(shè)計(jì)要求

切邊與臺(tái)階要求如圖4所示：

切邊與臺(tái)階鄰近，安全距離如圖示A距離最小為3mm。

2.1.5 焊點(diǎn)距離是否滿足設(shè)計(jì)要求

不帶結(jié)構(gòu)膠的焊點(diǎn)間距：

建議80mm≥焊點(diǎn)間距≥25mm；

帶結(jié)構(gòu)膠的焊點(diǎn)間距：100mm≥焊點(diǎn)間距≥25mm

對(duì)于有工藝、結(jié)構(gòu)等相矛盾之處，如對(duì)水密和氣密影響的區(qū)域，為滿足涂裝密封要求，需適當(dāng)縮小匹配間隙；對(duì)于布置空間有限或剛度強(qiáng)度需求等影響無法達(dá)到規(guī)范要求，此類有沖突和矛盾之處，要綜合衡量，有所取舍，充分評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)后讓步，并記錄風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)跟蹤表，便于后期查找、追蹤問題。

2.2 設(shè)計(jì)前期仿真動(dòng)態(tài)排查

上節(jié)所述設(shè)計(jì)規(guī)范的排查僅僅針對(duì)靜態(tài)工況，而實(shí)際車輛在行駛過程中會(huì)受到來自地面不同的激勵(lì)，會(huì)使車身發(fā)生不同程度的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，從而使靜態(tài)工況下的間隙值發(fā)生改變。利用CAE仿真分析，計(jì)算車身各部位在扭轉(zhuǎn)工況下的變形量，可以排查出變形量較大或已經(jīng)導(dǎo)致鈑金干涉區(qū)域，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化，從而提前避免異響風(fēng)險(xiǎn)，減少后續(xù)因修模等帶來的時(shí)間和成本上的損失。

通常情況下，CAE仿真計(jì)算車身扭轉(zhuǎn)剛度時(shí)，會(huì)定義3000N的載荷，對(duì)于剛度的計(jì)算是沒有影響的，而進(jìn)行異響排查，主要考慮的是動(dòng)態(tài)下間隙的最終變化量，所以載荷的設(shè)置應(yīng)根據(jù)車身尺寸和重量等信息，綜合考慮后會(huì)相應(yīng)增加。分析模型如圖5所示：

2.3 試制階段樣車實(shí)物排查

在樣車試制階段，對(duì)前期排查的設(shè)計(jì)規(guī)范要求與實(shí)車的一致性進(jìn)行排查，該項(xiàng)主要針對(duì)焊點(diǎn)及涂膠要求。而對(duì)于鈑金間隙設(shè)計(jì)規(guī)范以及前期記錄的讓步接受風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)需進(jìn)行多次實(shí)車測量，對(duì)于零件制造誤差以及車身總拼累積誤差導(dǎo)致間隙變小的區(qū)域，再次結(jié)合扭轉(zhuǎn)工況下的變形量分析，仍然存在干涉異響風(fēng)險(xiǎn)的，需要采取相應(yīng)的措施。

進(jìn)行實(shí)車測量進(jìn)行排查的條目有以下幾點(diǎn)：

2.3.1 實(shí)物與設(shè)計(jì)符合度排查（工藝管控）

a. 焊點(diǎn)數(shù)量與設(shè)計(jì)是否一致

b. 焊點(diǎn)位置、間隙與設(shè)計(jì)是否一致

c. 涂膠量及涂膠軌跡是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范

對(duì)于不符合項(xiàng)，需ME部門及供應(yīng)商進(jìn)行整改。

2.3.2 鈑金間隙實(shí)車測量

由于零件的制造誤差以及總成的累積誤差不可避免，因此，實(shí)車測量后會(huì)有一部分間隙值小于設(shè)計(jì)理論值，再次結(jié)合CAE仿真分析動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)工況下的變形量，得出最終的間隙值，小于或等于零則判斷存在異響風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)排查出的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，具體措施有如下幾方面：

a.要求供應(yīng)商通過模具研合或修模，對(duì)零件走偏置公差以消除風(fēng)險(xiǎn)

b.焊點(diǎn)間距過大導(dǎo)致異響風(fēng)險(xiǎn)的，增加焊點(diǎn)

c.無法通過偏置公差消除的，對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行設(shè)計(jì)變更

d.受邊界條件影響，無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的，在兩個(gè)零件間隙處增加結(jié)構(gòu)膠片，隔斷鈑金之間的接觸

2.3.3 下線車路試跑道檢測及耐久車監(jiān)測

通過下線車路試跑道及耐久車可以再次檢測車輛在各種工況下是否有異響，但到了這個(gè)階段再發(fā)現(xiàn)異響就比較被動(dòng)，根本原因的查找難度加大，整改措施的制定也落實(shí)也需要浪費(fèi)大量的人力和資金。因此，我們應(yīng)盡可能地將車身異響風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避在前期。

3 異響排查案例分析

3.1 鈑金件之間碰撞摩擦異響排查（S&R）

按照前文所述方法對(duì)某車身進(jìn)行鈑金異響排查，發(fā)現(xiàn)多個(gè)設(shè)計(jì)間隙或?qū)崪y值偏小，如頂蓋后橫梁與側(cè)圍外板匹配處、A柱加強(qiáng)板與A柱內(nèi)板搭接處、后橫梁與D柱搭接處等等，于是進(jìn)行扭轉(zhuǎn)工況下的動(dòng)態(tài)變形量仿真，考慮車身尺寸及整車重量，選取載荷9000N，如圖6所示：

以C柱內(nèi)板與上邊梁搭接區(qū)域?yàn)槔?，設(shè)計(jì)狀態(tài)下，由于結(jié)構(gòu)原因，無焊點(diǎn)區(qū)域最長間距120mm，非焊接區(qū)域避讓間隙3mm，如圖7所示。

CAE扭轉(zhuǎn)工況下計(jì)算后，原3mm間隙局部區(qū)域減小至0.8mm，如圖8所示。

而由于零件制造誤差及總成焊接累積誤差的原因，實(shí)車測量該處間隙最小值為1.8mm左右，故存在較大的鈑金磕碰異響風(fēng)險(xiǎn)。采取的措施為：首先要求供應(yīng)商零件通過模具研合走下偏差，其次R角處增加結(jié)構(gòu)膠條，阻止兩鈑金間的直接接觸，從而消除異響風(fēng)險(xiǎn)，如圖9所示。

選取幾處典型異響風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，排查步驟、相關(guān)數(shù)據(jù)及采取的措施如表1所示。

3.2 鈑金平板件踩踏異響排查

車身鈑金異響，除了上述的鈑金件振動(dòng)、摩擦、碰撞產(chǎn)生的異響外，對(duì)于大而軟的平板件，如地板，還存在剛度弱導(dǎo)致的踩踏變形異響問題，針對(duì)該類問題的排查方法和步驟如下：

3.2.1 CAE仿真分析

在前期數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段，采用Abaqus非線性求解器，約束車身截面處123方向自由度和車身底盤連接點(diǎn)1-6自由度。利用一個(gè)大小為250mm*80mm*80mm的木塊模擬人體腳部，在地板表面加載垂向1000N的力，再卸載，計(jì)算加載點(diǎn)沿加載方向的最大位移、沿加載方向的殘余位移（目標(biāo)值<0.25mm）和塑性應(yīng)變值（目標(biāo)值<1%），與目標(biāo)值進(jìn)行比較，分析是否有剛度不足導(dǎo)致的異響風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)某車型地板A、B、C三個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖10所示。

由仿真分析結(jié)果可知，區(qū)域A最大變形量為6.056mm，略大于目標(biāo)值，分析原因?yàn)樵搮^(qū)域整體較平，缺少加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并再次分析，結(jié)果如圖11所示。

由此可見，最終結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，最大變形量由6.056mm降至5.491mm，殘余變形量由0.059mm降至0.023mm，提升明顯，均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 工藝分析

CAE踩踏仿真分析是基于數(shù)模結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，而如果實(shí)物未能滿足設(shè)計(jì)要求，拉延成型不充分導(dǎo)致局部特征高度不夠，也會(huì)造成踩踏異響風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)某車型地板進(jìn)行拉延工藝分析，結(jié)果如圖12所示。

由此可見，局部特征拉延不充分，因此需要增加拉延筋，保證產(chǎn)品拉延充分，方案舉例如圖13所示：

3.2.3 實(shí)物分析

后期產(chǎn)品實(shí)物出來后，可對(duì)前期識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，使用測力計(jì)實(shí)測彈性形變力值，并進(jìn)行多款車型對(duì)標(biāo)，結(jié)果如圖14所示：

由此可見，通過前期CAE踩踏分析和成型分析優(yōu)化后的車型A的地板獲得了最好的測試結(jié)果，最大程度地避免的踩踏異響風(fēng)險(xiǎn)。

4 總結(jié)

在前期的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段，通過設(shè)計(jì)規(guī)范符合性的靜態(tài)間隙檢查和扭轉(zhuǎn)工況下的CAE仿真動(dòng)態(tài)間隙變化值檢查，將鈑金異響風(fēng)險(xiǎn)最大限度消除在前期，避免后期被動(dòng)設(shè)變導(dǎo)致的時(shí)間和成本的浪費(fèi)，從而盡可能地減少市場反饋的異響售后問題。

本文通過方法和思路的創(chuàng)新，系統(tǒng)性地介紹了鈑金各種異響排查的方法以及可以采取的改進(jìn)措施，為其他車身設(shè)計(jì)和研發(fā)工程師提供參考。

我們不僅僅要精益生產(chǎn)，更要精益設(shè)計(jì)，有的放矢，避免設(shè)計(jì)冗余，使車身輕量化和成本控制工作更上一個(gè)臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)：

[1]緱慶偉，關(guān)云霞.基于轎車車身鈑金異響的分析研究[J].北京：時(shí)代汽車，2018.

[2]劉欽帥，闖超.基于制造工藝車身鈑金異響分析及對(duì)策[J].北京：時(shí)代汽車，2024.

[3]張帥.某SUV車門異響CAE仿真研究[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2023.