整车研发过程中车身内部宽度的设计控制方法+蒋莲花.doc

整车研发过程中车身内部宽度的设计控制方法无锡同捷汽车设计有限公司 蒋莲花 无锡市滨湖区滴翠路100号530大厦，214072 摘 要： 本文简要介绍整车内部宽度设计控制的意义，以及基于特定外形尺寸，在油泥模型制作、CAS设计阶段如何控制并优化整车内部宽度，及应用此方法在某款整车开发项目的具体操作过程。关键词：内部宽度；造型设计；CAS面； Abstract：汽车整车行业是竞争非常激烈、市场化和国际化程度最高的行业。整车企业面对激烈的市场环境，要想脱颖而出并保持常胜不衰，就必须源源不断开发出具有很强综合竞争力的车型。一款综合竞争力很高的车型，不仅包含动力性、经济性、工艺精致等等指标，还包括空间舒适性、行李舱空间大小及行李货物进出的方便性等评价指标。整车内宽直接关系到使用者的乘坐舒适性、使用方便性等等。在整车外形尺寸已确定并冻结的情况下，如何保证并使车身内部宽度最大化，一直是整车车身研发的重点项目之一。有鉴于此，以下结合某款整车产品的具体研发过程，来分析并阐述基于特定的外形尺寸，在内油泥模型制作及CAS设计环节如何控制并提升整车内部宽度。1.整车内部宽度的定义与作用从功能上分：可分为驾驶区（前排）内宽、后排乘员区内宽、行李舱内宽; 从具体位置上分：可分为A柱内宽、B柱内宽、C柱内宽、D柱内宽、前门护板内宽、后门护板内宽、后背门（行李厢盖）止口内宽 从具体的人员舒适性评价分：可分为头部空间、肩部空间、肘部空间、臀部空间、腿部空间 不管哪种形式的内部宽度定义，其最终都会体现到整车的使用方便性，乘坐舒适性上来，并影响终端消费者的购买意向。2.内部宽度设计控制在整车开发流程中所处的位置图1-整车设计开发里程碑计划 从上图整车设计开发里程碑计划上可以看出：整车外形尺寸在批准立项（G1节点）前已确认。油泥模型制作及CAS面设计必须按定义的外形尺寸进行。在G5节点，NC验证主模型冻结，此时，所有可见的造型型面及特征不能作任何更改。所以，必须在油泥模型制作、内外CAS-B面设计全过程中（即G2-G4节点之间），通过结构分析与优化来提升整车内部空间，在保持车身外廓尺寸不变的前提下，使车身内部宽度最大化。车身内部宽度重点控制A柱内宽、B柱内宽、C柱内宽、D柱内宽、前门护板内宽、后门护板内宽、后背门（行李厢盖）止口内宽3.整车内部宽度的设计控制方法3.1 A柱内宽设计控制A柱内宽一般不作为内部空间考核指标，主要考核其A柱的结构强度、刚度及A柱障碍角是否满足法规要求。从图2可知：前风窗玻璃左右侧的花边位置由A线位置及B、C、D、E四个尺寸决定。A点为侧围外板与前风窗的分缝线，其位置由造型定义并确定； B一般为5mm左右； C须满足涂胶的工艺需求，一般为20-25mm； D=3-5mm；E=3-5mm；花边宽5mm；A柱饰板型面位置由尺寸F和G两个尺寸决定，G 值决定A柱的强度和刚度，不能太小，必须通过截面惯性矩计算得出，并满足白车身弯曲、扭转刚度及接头强度要求。 A柱饰板到A柱内板的距离F需容纳线束、天窗排水管、及侧安全气帘。须保证零件周边有约5mm的安全距离。通过上述尺寸的控制与设计，来确定A主饰板的型面位置，并根据内造型整体风格，CAS设计时酌量增加型面的饱满度。图2-A柱断面3.2 门护板内宽设计控制门护板内宽是最重要的控制点之一， 肩部空间、肘部空间、臀部空间是其最核心的三项评价指标(见下图3)。门护板内宽由车门厚度（指车门内、外钣金之间的夹层距离）、门护板厚度（门护板与车门内板的间隙）、扶手宽度组成并决定。图3-门护板内宽首先，应控制车门厚度。车门厚度主要受侧围造型面弧高、玻璃位置及曲率、防撞杆、玻璃导轨、玻璃升降器、锁体的结构及其位置影响。车门厚度只要满足车门内附件布置空间即可，不能设计太厚，否则影响内部空间，且增加车门内板拉延深度。车门厚度的控制以外CAS面为起点，由外向内依次对A、B、C、D、E各个尺寸进行推断定义与控制（如下图4）。图4-门护板下部内宽（一）防撞杆的位置设计与控制防撞杆与整车碰撞性能有关，其厚度（如为高强管则为直径）一般对标设计，并进行CAE碰撞模拟验证。防撞杆的位置根据车门外表面确定，为了增加车门外板的刚度，防撞杆和前门外板必须通过隔振胶连接（如图4所示），一般情况下，外板与防撞杆的间隙值A为3mm。（二）玻璃及玻璃导轨位置设计与控制车门玻璃的曲率半径和坐标位置对油泥模型的制作极为关键，车门玻璃是油泥制作的基准。在油泥模型精刮之前，工程团队应分析确定玻璃的曲率和位置，并将玻璃面的密集三坐标点（X、Y、Z值）提供给造型部门，来进行油泥模型的制作。玻璃导槽与防撞杆最小距离一般大于8mm，根据此要求，来确定车门玻璃的曲率半径和玻璃位置尺寸B(见上图4)。需要注意的是：玻璃曲率半径不能太小，半径越小，玻璃升降阻力越大，玻璃降到最低点位置时与车门内板距离越近（上图尺寸C），并导致车门厚度增加。曲率半径越大，玻璃导轨离防撞杆的距离越小，所以应仔细推敲确定。（三）玻璃升降器的位置设计与控制尺寸C为玻璃到车门内板的夹层距离(见上图4)，此空间应能容纳玻璃升降器、锁体、线束的安装布置。设计时必须保证玻璃升降器运动过程中各个位置与周边零件无干涉，且叉臂与车门内板有10mm左右的安全间隙。如图5所示，玻璃升降器叉臂所在平面必须平行于玻璃上止点（关闭状态）与下止点（降到底状态）连线所构成的平面。在车门玻璃曲率及位置已经确定的情况下，根据玻璃升降器的结构，即可确定玻璃升降器的位置，继而确定尺寸C。同时，别漏了校核扬声器与玻璃的最小距离（一般10mm）。图5-玻璃升降器布置（四）锁体位置设计与控制如下图6所示，锁体布置决定车门内板上密封条压缩面的位置，进而影响整个车门内板基准大面的坐标。此处通过控制如下尺寸来实现。锁到车门外板的距离A6mm，锁与玻璃导轨的距离B一般为8-10mm。并校核锁拉杆各个运动位置与玻璃导轨的距离，控制在不小于8mm即可。锁体到门内板的距离D一般为3-5mm，E为锁中控模块到车门内部的距离，一般须大于5mm，密封间隙F一般为12-14mm，通过这些尺寸的精确定义与控制，即可确定车门内板密封面的位置。除此之外，锁体自身的外形尺寸也是影响车门厚度最重要的因素之一，所以在供应商的选择过程中，尽量选择外形尺寸小一点的锁体。图6-锁体布置通过对上述各个位置的精确设计定义之后，即可确定车门内板基准大面的精确位置，最终实现对车门钣金总成厚度的优化控制。其次，应控制门护板的厚度，即门护板到车门内板的空档尺寸。根据造型，对门护板的结构分块、零件工艺、零部件布置、安装与定位、人机工程等方面进行方案分析与断面设计，以此来确定门护板所有型面的位置。扶手外侧面扶手内侧面杂物盒内侧面杂物盒外侧面水切下沿面 图7-门护板内宽重点控制区域水切下沿是肩部空间位置，扶手内侧面为肘部空间位置，扶手外侧面为肘部活动空间及腰部空间位置，杂物盒外侧面为臀部空间位置，而杂物盒内侧面直接影响杂物盒的有效使用净宽度。所以，应重点对图7所示的区域进行断面设计与定义。在油泥制作前，将1:1控制断面（X方向每隔50mm一个）打印提供给油泥制作部门，粘贴在油泥制作平台旁的可移动墙上，作为型面精修、三坐标打点的测量基准，方便油泥工程师随时量取检测，及工程团队的检查复核。下面以水切下沿面和扶手内侧面为例，简述其控制方法（见图8），其余部位参考其设计控制。图8-水切下沿设计断面1）水切下沿的门护板本体型面到门钣金距离A值一般控制在5mm左右，并考虑到门护板加强筋到车门钣金的有效距离。2）扶手饰板与门护板本体一般采用熔焊柱连接固定，熔焊柱焊接完成后一般突出表面2.5-3mm，C值控制在8mm即可。3.3 B柱内宽设计控制B柱门护板型面位置按如下方法与步骤确定：同理，以外CAS面为起点，由外向内依次定义A、B、C、D各个尺寸（见图9）。图9-B柱设计断面A值主要根据铰链布置、车门运动校核确定，保证后车门运动与铰链、及周边零件无干涉，考虑制造及装配公差，D3mm。B值与车身强度刚度强相关，需计算B柱空腔截面惯性矩，并进行整车强度刚度CAE模拟分析验证得出。 在造型阶段，如有对标车，此值应保持与标杆车一致。C值为饰板与钣金距离，分B柱上部和B柱下部，上部C值根据线束直径来控制，一般C线束直径+5mm+5mm,即线束内外各留5mm以上的安全间隙。下部C值由安全带的布置决定，安全带卷收器与饰板之间一般留10mm左右间隙。特别需求强调的是，一定要校核安全带布帘运动各个极限位置与周边固定件的间隙，为保险起见，一般大于8mm为宜。除此之外，B柱下部设计时还应保证饰板与座椅的间隙，特别是与座椅调节手柄的间隙，一般大于30mm；并对座椅前后滑动进行模拟校核，保证滑动过程中各个位置与B柱下护板都有10mm以上的安全间隙通过对B、C值的定义与控制，即可确定B柱护板处内部宽度3.4 C柱内宽设计控制乘用车C柱由护板进行装饰覆盖，其内宽控制方法与B柱内宽基本相同。大部分微客、卡车等商用车的C柱通常钣金外露，无内饰板包覆，此处内宽重点通过控制A值来实现（见下图10），A=密封条卡条内表面到止口距离+5mm（后侧围内板倒圆角半径R5），这样，止口台阶刚好遮挡住密封条卡条，外观效果好。图10-某微客C柱设计断面3.5 行李箱盖或后背门止口内宽设计控制行李箱盖、后背门止口横向宽度直接影响可放置货物的外形尺寸及货物进出方便性，我们以某款SUV的后背门为例，简述其止口横向宽度控制方法。图11-某SUV后背门控制断面位置图12-气撑杆下固定点处断面如上图11，对背门气撑杆上、下固定点、尾灯固定点、背门缓冲块固定点四处进行断面设计与定义，来控制止口宽度。以气撑杆下固定点断面为例（图12），重点控制A值和B值。A值为流水槽宽度，一般为55-70mm， A尺寸须保证侧围流水槽封闭型腔有足够的刚度和强度，且背门关闭状态下气撑杆与周边型面的安全间隙10mm。B值为侧围后饰板与侧围内板的距离，能满足饰板固定卡扣或卡爪空间即可4.内部宽度目标的达成与管控通过整车内宽专项设计与控制，最终形成设计车的内宽参数，并与竞品车进行对比，达成设计车竞争优势，作为设计目标之一，并在后续的工程结构设计中进行标的管控。图13-竞品车内部宽度对比简图结论以上所阐述的内宽仅为其中整车内宽的一部分，并不局限于此，其他部位的内宽均可参照此方法进行优化设计与控制。需要特别强调的是：优化与改善整车内宽不能以