【《汽车维修经济性开发流程分析》6000字】

第第页共20页汽车维修经济性开发流程分析目录TOC\o"1-3"\h\u1530汽车维修经济性开发流程分析 1210101.1整车开发流程 1157831.2低速碰撞维修经济性方案 2128651.1.1产品规划阶段 2311281.1.2概念设计阶段 247561.1.3工程设计阶段 480111.1.4样车试制和试验阶段 4174261.3汽车正面碰撞仿真分析 5161671.3.1碰撞仿真有限元理论介绍 5294661.3.2模型介绍 68561.3.2网格划分 7151781.3.3材料参数 7211511.3.4焊点连接关系设置 891041.4整车碰撞仿真设置 9119311.4.1初始速度设置 930281.4.2重力加速度设置 9208151.4.3边界约束设置 984101.4.4接触设置 10276401.4.5加速度传感器设置 10205561.4.6输出控制设置 10147041.5小结 111.1整车开发流程整车开发流程是用来评价一辆汽车在转化为商品的整个过程中多个设计阶段的各部门活动和责任的描述，相对于其它产品的研究与开发，汽车产品具有较强的技术复杂性和工作繁琐性，所以一套成熟的开发流程将会大大缩减车企的开发成本与时间。汽车研发体系是以整车开发流程为核心进行建立的，开发流程可以直接体现出自主车企研发模式的思想。各大车企在具体开发项目操作时，为了缩短开发周期，往往会在项目的不同开发节点实现相应的开发任务。整车开发流程中每项开发任务都具备相对独立的流程，但是各项工作之间也存在着相对继承的关系，所以高效高质量的完成每一项任务才能确保在最短的开发周期内完成目标。国际汽车厂商在国内的合资企业已然拥有一套成熟的开发工艺和流程，在这成熟的工艺和流程下进行开发可以相当准确的估算开发成本和进度，项目实施后期也很容易得到控制，同时开发项目的风险也比较小。各大车企在产品开发流程中形式虽然差异较大，但是实际所做的工作大同小异，基本可以分为四个阶段：产品规划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段以及样车试制与试验阶段。本次汽车维修经济性开发流程将会从上述四个阶段来进行详细阐述。1.2低速碰撞维修经济性方案1.1.1产品规划阶段产品规划阶段是指有策略的对企业现有和计划中的汽车产品进行设计和管理，其作为新产品开发的首个阶段，直接决定产品的开发目标、技术路线、生产规划等，对于产品开发成功与否起着重要作用。在我国产品市场竞争日益激烈的今天，产品规划阶段必须做到要以顾客需求为中心，同时具备一定的前瞻性，在充分了解竞争对手、市场后，充分分析可能存在的机会与风险后，才能做出好的汽车产品规划书，为之后产品开发提供完整的指导。在这一阶段里最重要的是需要仔细分析竞品车型的低速碰撞结果，保险级别信息以及相关维修经济性优缺点，比如各个零部件间的连接方式、原材料的选择、关键零部件的设计等，才能在前期的结构件和零部件初始设计中避免缺点，获得好的维修经济性。1.1.2概念设计阶段概念设计阶段主要的任务是包括整体布置设计、车身造型设计、白车身设计等内容，目的是为了在时间上尽量缩短汽车设计周期，同时从成本上来说，概念设计阶段完成后全部车身造型大致已经确定下来，所以车企在概念设计阶段所做的工作非常重要。对于汽车维修经济性来说，这一阶段主要包括碰撞区域造型设计，总布置设计和高成本零部件位置设计三个方面。碰撞区域造型设计中首先需要对车身造型进行设计，工程师需要在汽车设计初期规避掉因造型原因导致的非必要零部件损伤，减小后续工程设计时的优化难度。其次结合竞品车型的碰撞结果，对碰撞区域的造型进行设计，减少碰撞区域零部件的损伤概率和损伤程度，如发动机罩距离前保险杠最前端的距离，前大灯距离防撞梁的距离，排气管距离后保险杠最后端的距离，后尾门（行李箱盖）、尾灯距离地面的高度的设计等（如图1.1、图1.2）。图1.1大灯与保险杠和发动机罩与防撞梁空间距离校核 图1.2排气管与保险杠，后尾灯、行李箱盖与地面空间距离校核汽车总布置设计是指根据汽车总体方案设计目标确定后，对总成和零部件进行空间布置，并通过校核初步设计所选择的汽车零部件结构大小和安装位置是否满足整车空间尺寸、安全性以及拆装便利性等要求。总布置设计作为汽车各类零部件结构设计与安装的基础，变更总体结构布置的设计参数将会直接影响相关零部件的结构参数，将会造成大量的时间和成本浪费。在低速碰撞领域中，总布置设计关系着汽车碰撞时的吸能效率，尤其重要，所以在这个阶段不仅需要详细对标竞品车型相关参数，同时也需要收集现有车型的历史问题。优秀的总布置设计应该是以低成本、易更换件作为主要的吸能结构，减少高成本、难更换件的损伤概率和损伤程度。因此总布置的校核主要针对结构件以及发动机舱的布置进行校核，比如前后防撞梁的高度、宽度，吸能盒的长度，散热器与防撞梁的吸能距离等（如图1.3）。图1.3防撞梁高度以及散热器吸能空间的校核[23]在汽车概念设计时应避免高成本零部件的损坏，应将高成本零部件布置于非变形区域或者对其设计保护结构减少其损伤概率与损伤程度。图1.4散热器以及压缩机的布置校核[23]1.1.3工程设计阶段工程设计阶段主要协调整车与总成、总成与总成之间的矛盾，确保整车在正常运行时的协调性。在汽车维修经济性开发中将主要针对白车身、零部件、内外饰三方面进行设计。白车身需要考虑不同焊接方式的选择，钣金件的搭接方式，吸能结构件设计，拆装便利性设计方法。零部件需要考虑易损件的判断，拆装便利性设计方法，线束与管路的设计，高成本零部件的保护等。内外饰设计时需要考虑卡扣、连接件的设计，约束系统的更换便利性，仪表板的拆装便利性等。根据试验工况进行CAE有限元分析，建立正碰、后碰有限元模型，根据仿真结果对汽车零部件、结构件的损伤进行评估。相对于汽车高速碰撞安全性的开发，维修经济性开发属于低速碰撞，相对应的碰撞能量小，仿真结果偏差较大，为了提高仿真精度，仿真建模的时候需要注意以下几点：高精度的网格划分，对于碰撞区域内的零部件进行精细的网格划分，准确的零部件的内部结构；准确的建模方法，对于零部件的连接选择合适的连接方式，比如卡扣的连接方式；高精度的材料数据库，真实的材料特性是高精度仿真的基础，尤其是塑料件材料的准确模拟更为关键。最后需要根据仿真结果，分析整车侵入量，结构件、零部件的损伤情况，同时对车辆进行优化，来减少低速碰撞试验下的损伤。1.1.4样车试制和试验阶段在此阶段中制造出试验的样车并对其性能进行测试，此时工程师需要根据碰撞试验结果，评估试验中结构件、零部件的损伤情况，根据维修零件价格工时等因素，计算获得汽车的维修成本。同时根据试验结果，针对不满足要求的指标，分析造成该情况的原因，并提供出分析报告和优化方案。要想获得优秀的可维修性指标，上述每个阶段都应该考虑汽车的维修经济性设计，只有通过各个阶段的校核设计验证，才能降低汽车低速碰撞后维修成本、保险公司的赔付成本以及消费者的使用成本，从而促进汽车行业的发展。1.3汽车正面碰撞仿真分析1.3.1碰撞仿真有限元理论介绍有限元法作为一种现代计算方法将应用数学、现代力学和计算机科学综合起来，成为目前为止在工程技术领域中实用性最强以及应用最广泛的数值模拟方法。有限元基本思想是采用将连续体分割为有限个个体，再将个体之间通过节点相连接，最后进行求解，总的来说是由化零为整的再由化整为零的过程。在线性有限元分析中模型加载条件和边界条件都是不变化的，而在汽车碰撞中速度变化很快，造成的惯性力就很大，模型中加载条件和边界条件也都会发生很大的改变，所以汽车碰撞过程被称为瞬态、大位移、大变形的非线性问题。下面简要介绍一些基本理论。图1.3.1笛卡尔坐标系中运动构形物体的变形或运动的过程是从一个位置变换到另一中位置的过程。物体是由质点构成的，其位置的变化可以用质点的位置变化来表征。如图1.3.1所示，取初始时刻的质点坐标为Xi（i=1,2,3），在任意时刻t0，该质点的运动坐标变换成xi（（2-1）在t=0时，初始条件为：x（2-2）x（2-3）式中，Vi对于该物体的任何一个有限部分，都必须要求它们能够完全满足动量守恒定律。由Cauchy动量方程可得到的公式如下：ρ∙（2-4）质量作为物体的基本特征之一，不随时间、地点和场变化而变化。质量守恒公式如下：ρ=（2-5）式中，ρ——当前质量密度，J——相对体积，ρ0——其中牵引力边界条件、接触内部边界条件和位移边界条件如下：∂（2-6）∂（2-7）∂（2-8）1.3.2模型介绍本次仿真分析采用2010款丰田Yaris模型进行仿真分析，由于本次研究主要针对汽车低速碰撞下的维修经济性进行研究，其中主要变形部件为汽车前保险杠、吸能盒以及前纵梁，故对于汽车模型进行适当简化，忽略掉汽车后视镜、雨刷器、车灯以及部分汽车内饰和对低速碰撞结果影响不大的汽车零部件。再利用HypeMesh软件对简化后的模型进行分析，在Hypermesh软件的UserProfiles中选择LS-DYNA选项，点击Import按钮选择文件路径，导入整车三维模型。整车三维模型文件如图1.5所示。图1.5丰田Yaris简化模型丰田Yaris模型共有951个零部件，其中1523879个单元、1488733个节点，面积8.471×107mm2，体积4.242×108mm3，重量0.8861t，重要零部件如前防撞梁单元长度为8mm，厚度为1.410mm，材料为MAT24号材料，属性为Sectshll。刚性壁障有46个单元、62个节点，面积3.565×106mm2，体积3.565×106mm3，重量0.2802t，材料为MAT20号材料，即不可变形的刚体材料。1.3.2网格划分导入汽车模型后需要对汽车模型进行网格划分，模型中的壳体结构绝大多数由薄板经冲压而成，对这部分的结构采用四边形单元来进行划分，通常而言，单元的划分越细对零件的分析就越接近实际结果，但是为了有效防止模型计算过程中单元数量过于巨大、计算时间太久等问题。所以根据结构大小采用了8mm大小的四边形网格进行划分，对于重要的零部件如汽车前纵梁、保险杠等部件网格可以较为密集，提高分析准确性。图1.6前保险杠与前防撞梁网格1.3.3材料参数在HyperMesh中整车模型是由components、materials、property三大部分共同构成。Components主要是在进行整车零部件网格划分后自动进行分配的，通过其来完成零件的材料参数定义和属性定义。材料参数是有限元仿真计算中的重要参数，只有保证输入实际的材料参数，才能够保证仿真结果的准确性。在Hypermesh中常用的材料模型有MAT20号材料、MAT24号材料，同时也是本次模型中主要涉及的两种材料。在整车模型中MAT24号材料是目前使用最多的一种弹塑性材料模型，由于该材料在弹性变形过程中的应力应变斜率相同，所以在应力应变曲线输入中只需要将塑性段的应力应变曲线输入即可。MAT24参数的设置是根据实际整车情况来设置的，图1.7为前保险杆MAT24参数设置情况。图1.7MAT24关键字菜单MAT24关键字如下：ID表示该材料的卡片编号；Rho表示材料密度；E是杨氏模量；NU是泊松比；SIGY表示屈服极限；ETAN表示切线模量；FAIL表示失效标识；C和P表示应变率系数；LCSS表示材料应力应变加载曲线。整车模型中各零部件应力应变加载曲线会根据实际碰撞中应力应变变化情况而定，图1.8为前保险杠应力应变加载曲线。图1.8应力-应变加载曲线MAT20号材料是一种本身在不同条件下均不可变形的理想材料模型，即刚体材料模型。该材料具有不可压缩不可变形的特性，所以由该材料组成的部件所有节点相对位置都保持不变，因此不需要计算部件内部的应力，这样可以节省大量计算时间和资源。MAT20材料一般用于很少会发生变形但又需要要求很高刚度的部件，如发动机、变速器等零部件。1.3.4焊点连接关系设置在整车模型中运用最广泛的连接方式是焊点连接。焊点在整车某种动态或者静态工况中会承受各个运动方向的拉应力、压应力以及剪切应力，因此它们对整车的安全性能有着重要的影响。在1D菜单下的connectors按钮，单击Spotweld进行焊点编辑。焊点设置中tolerance容差一般设置为5mm，diameter直径通常也设为5mm，对于部分特殊部件的焊点距离需要作出相应调整。图1.9spot焊点连接1.4整车碰撞仿真设置1.4.1初始速度设置在整车模型正面碰撞仿真中，需要针对整车模型施加初速度，RCAR法规中规定正面碰撞速度为10km/h，考虑到单位问题所以初速度设置为2777.778mm/s。设定汽车初始速度，单击loadcollectors按钮，选择类型为initialvel初速度，设定初速度方向为x轴正方向，其余方向的初始速度和角速度均为0。图1.10初始速度设置1.4.2重力加速度设置为整车设置重力加速度也是一个很重要的内容。定义重力加速度一般分为两步进行：（1）定义一条重力加速度曲线；（2）定义加速度载荷。首先在Curveeditor界面中定义重力加速度曲线，重力加速度设置为9806mm/s2。然后在Loadcols中输入初速度名称和选取初速度类型，单击选中Z_Direction，选中前面创建的加速度曲线curve1，将加速度曲线缩放指数SF设为1。1.4.3边界约束设置在汽车正面碰撞仿真中，需要对建立的刚性墙与地面进行全约束。在Loadcols中完成设置，cardimage设置为BoundSpcSet边界约束类型。将DOFX、DOFY、DOFZ、DOFRX、DOFRY、DOFRZ的值全部设置为1，限制刚性墙在XYZ方向上的平动与转动。1.4.4接触设置接触是对两个相邻的面之间相互关系进行定义，整车碰撞仿真模型中存在许多接触，比如汽车防撞梁与刚性壁障之间。为了有效防止碰撞过程中发生穿透现象，所以需要对相邻面之间进行接触设置。不合理的接触定义将产生大量的冗余计算时间，浪费计算资源，甚至可能还会出现节点速度过高和负体积等错误，导致计算不能正常进行。在HyperMesh软件中进行自动接触控制，该控制主要是针对于壳单元的接触方向控制问题，接触在单元两侧都可以发生。单击Analysis页面下的interfaces功能，设定接触类型为facetoface，选择自动查找接触面Automatic功能，并选定防撞梁与刚性壁障为主副接触面，设定动摩擦系数FD为0.2，静摩擦系数FS为0.2。1.4.5加速度传感器设置一般情况下，根据outputBlock菜单定义的输出量不便于实现模块化管理和存储，且输出结果中包含较多的噪声信号，所以在整车碰撞分析中往往采用定义加速度传感器的方式制定测量点。通过Tools菜单中的Createcards选项，单击*ELEMENT_SEATBELT_ACCELEROMETER进入加速度传感器的系统创建页面。加速度传感器通常采用等腰直角三角形单元，三角形的三个顶点分别为传感器坐标原点、XY轴方向节点，且都必须为刚性体的节点。图1.11为建立好的发动机传感器。图1.11发动机传感器1.4.6输出控制设置在相关约束和加载设置之后，为了保证在计算结果文件中读出相应的数据，还需要进行信息输出的相关设置。在Analysis页面中选择controlcards按钮进行输出设置，根据分析内容的不同，选择特定的数据进行输出，减少计算量和计算时间。control-accuracy卡片，设定INN为2，针对壳和后壳单元提高精度。control-contact卡片，设定RWPNAL为1，指刚体作用于固定刚性墙；SHLTHK为2，指在接触过程中考虑壳单元厚度的影响。control-cpu卡片，设定为不限制cpu计算时间。control-energy卡片，所有参数值设置为2，即为计算沙漏能、阻碍能量耗散、滑动接触界面能量以及Rayleigh能