【摘 要】近年來，隨著汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，伴隨而來的競爭也越來越激烈。為應(yīng)對(duì)激烈的競爭，目前各個(gè)汽車OEM不斷的推出新款車型。汽車外形是客戶選車的一個(gè)重要因素，為吸引客戶的注意力，新車外造型趨向于夸張和個(gè)性化設(shè)計(jì)，這就給設(shè)計(jì)、制造及質(zhì)量部門帶來了很大挑戰(zhàn)?？紤]降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和制造成本，在外造型CAS設(shè)計(jì)階段進(jìn)行先期的同步工程可行性分析也顯得非常必要。

【關(guān)鍵詞】外CAS 主斷面 工程可行性分析

在現(xiàn)代整車開發(fā)過程中，伴隨著設(shè)計(jì)類軟件的飛速發(fā)展，汽車開發(fā)流程和周期也有了一些新的變化。在概念設(shè)計(jì)階段，汽車的外造型設(shè)計(jì)傳統(tǒng)流程為：設(shè)計(jì)外造型效果圖，效果圖評(píng)審?fù)ㄟ^后根據(jù)效果圖制作油泥模型，接著掃描油泥模型并逆向光順成A面，然后工程設(shè)計(jì)部門開展具體工程設(shè)計(jì)。隨著大量設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，一些新產(chǎn)品開發(fā)過程中已省略了油泥設(shè)計(jì)，直接由效果圖制作外CAS面，對(duì)外CAS面進(jìn)行工程分析完再后進(jìn)行A面光順，隨后進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。由于節(jié)省了油泥修改和后期部分工程問題修改的時(shí)間，從而有效的保證了設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)度。

1 CAS面的定義及CAS面設(shè)計(jì)時(shí)的輸入條件

CAS面的英文全稱是Concept A Surface，中文名稱是前期外A面數(shù)模，是汽車設(shè)計(jì)過程中用于表達(dá)造型設(shè)計(jì)意圖和一定工程信息的三維數(shù)字模型。

CAS面設(shè)計(jì)的主要工作是對(duì)造型外表面進(jìn)行模型創(chuàng)建，進(jìn)行CAS建模時(shí)需要提供效果圖、三視圖、約束邊界等必備條件，并且要滿足一些法規(guī)項(xiàng)目和結(jié)構(gòu)控制條件的要求，如表1所示。

2 外CAS面工程可行性分析內(nèi)容

外CAS面工程可行性分析的主要內(nèi)容包括：

2.1整車重要零部件的布置校核和法規(guī)校核

初版的外CAS面完成之后，總布置工程師需對(duì)前期輸入給造型的邊界條件進(jìn)行校核。一方面是對(duì)動(dòng)力總成、底盤、電器等零部件在外CAS面的布置位置和重要間隙的校核， 另一方面是對(duì)外CAS面相關(guān)人機(jī)和法規(guī)項(xiàng)的校核，主要的人機(jī)和相關(guān)法規(guī)項(xiàng)見表2。

表2 外CAS面主要的人機(jī)和法規(guī)校核項(xiàng)目

2.2車身重要部位的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸分析和運(yùn)動(dòng)件初步校核

在外CAS設(shè)計(jì)階段，需對(duì)車身重要部位的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸及主要零部件安裝方式進(jìn)行分析，主要通過主斷面設(shè)計(jì)的方法來實(shí)現(xiàn)。需設(shè)計(jì)主斷面的重點(diǎn)部位有：側(cè)圍立柱區(qū)域、側(cè)圍上邊梁區(qū)域、側(cè)圍門檻區(qū)域、Y0坐標(biāo)處前后區(qū)域、開閉件附件安裝區(qū)域、前后縱梁區(qū)域等；通過這些典型部位的主斷面設(shè)計(jì)，可初步驗(yàn)證當(dāng)前CAS面能否滿足零部件的布置和配合空間、開閉件的密封結(jié)構(gòu)、車體的結(jié)構(gòu)剛度參數(shù)及零件制造工藝性等。例如，前門上鉸鏈位置主斷面主要表達(dá)了上鉸鏈的安裝方式、安裝位置的立柱結(jié)構(gòu)和截面尺寸、前門前部密封方式和前門此處的開啟運(yùn)動(dòng)間隙，如圖1所示。

圖1 某車型前門上鉸鏈處主斷面

車身運(yùn)動(dòng)件初步校核主要包括：

（1）開閉件和加油口蓋的開啟角度或高度及人機(jī)法規(guī)校核；（2）鉸鏈、限位器、玻璃升降器、鎖體、開啟手柄、雨刮及氣彈簧等附件布置位置校核，操作方便性和舒適性的初步校核。

2.3 外覆蓋件制造工藝性及抗凹性的先期分析

初版外CAS面完成后，沖壓SE工程師會(huì)對(duì)外覆蓋件的成型工藝進(jìn)行分析，分析的重點(diǎn)主要是分型線位置和外觀質(zhì)量。分型線的位置會(huì)影響零件的產(chǎn)品品質(zhì)、制造性及成本。外覆蓋件外觀質(zhì)量缺陷有開裂、起皺、塌陷、沖擊線和滑移線等。設(shè)計(jì)人員在重要部位初步主斷面設(shè)計(jì)完之后，可根據(jù)外CAS面及主斷面構(gòu)建初步的外覆蓋件數(shù)模，此時(shí)沖壓SE工程師可以對(duì)外覆蓋件的成型工序和成型可行性做出初步分析，將可能增加成型工序或成形難度較大的特征位置及時(shí)反饋給造型人員，協(xié)商解決可能產(chǎn)生的問題，以降低產(chǎn)品的制造風(fēng)險(xiǎn)和成本。同時(shí)，CAE部門也可對(duì)外覆蓋件初步數(shù)模進(jìn)行抗凹性分析，將剛度較弱區(qū)域反饋給造型，并提出改進(jìn)建議。

2.4 車身部分附件和外飾件等塑料件的結(jié)構(gòu)和制造可行性前期分析

根據(jù)產(chǎn)品配置、OEM已有產(chǎn)品數(shù)據(jù)、造型外CAS面和外觀效果定義，可對(duì)外后視鏡、門外把手、前后風(fēng)擋玻璃、保險(xiǎn)杠和后尾翼等零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。通過參考已有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，首先對(duì)附件或外飾件的法規(guī)項(xiàng)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安裝點(diǎn)布置空間做初步可行性分析，然后分析零件的出模方向、模具是否需要抽滑塊、需要抽滑塊的結(jié)構(gòu)是否可行。零件的結(jié)構(gòu)和工藝將會(huì)影響最終產(chǎn)品的成本及質(zhì)量。

2.5 DTS文件中設(shè)定數(shù)值的初步驗(yàn)算

根據(jù)外CAS面的分塊位置和形狀、主斷面、相關(guān)參考數(shù)據(jù)及OEM工藝水平等輸入條件，尺寸工程師可進(jìn)行外觀分縫和面差的二維尺寸鏈計(jì)算，初步驗(yàn)證DTS中設(shè)定值及公差是否能夠在實(shí)際生產(chǎn)中得到保證。

3 外CAS面工程可行性分析方法

對(duì)外CAS面進(jìn)行工程可行性分析，目前行業(yè)內(nèi)常會(huì)用到三種方法。

3.1競品對(duì)比分析法

許多OEM都會(huì)對(duì)競爭對(duì)手產(chǎn)品做整車性能和各系統(tǒng)性能對(duì)比，為了獲取競品車型各總成的相關(guān)性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，一部分可通過試驗(yàn)和測(cè)量來實(shí)現(xiàn)，但大部分詳細(xì)數(shù)據(jù)還需對(duì)競品車型進(jìn)行結(jié)構(gòu)拆解、掃描及逆向建模才能獲取。其中，對(duì)于車身專業(yè)來說，對(duì)于競品車型的分析，主要集中在外觀品質(zhì)、車身結(jié)構(gòu)、剛度、材料和工藝等方面。

采用競品對(duì)比分析方法對(duì)外CAS面進(jìn)行分析，側(cè)重點(diǎn)主要在外觀品質(zhì)的分析上。競品車型外觀品質(zhì)分析主要是對(duì)主要的競品車型外觀零件的圓角大小、零部件之間的配合間隙和段差數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，總結(jié)各個(gè)位置的相關(guān)數(shù)值或數(shù)值范圍。在對(duì)新車型外CAS面的圓角、間隙、段差進(jìn)行定義和校核時(shí)，競品車型的這些數(shù)據(jù)將作為重要的參考。

3.2車身主斷面設(shè)計(jì)

車身主斷面是指關(guān)鍵區(qū)域的斷面，主要表達(dá)了外觀圓角、間隙和段差信息，安裝件或焊接件之間的安裝和配合關(guān)系。對(duì)車身關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行主斷面設(shè)計(jì)，是校核外CAS面工程可行性的主要方法。

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)完主斷面后，還需讓SE工程師對(duì)主斷面做相應(yīng)的工藝可行性分析。如B柱后部側(cè)圍上邊梁和門檻區(qū)域的主斷面（圖2和圖3），設(shè)計(jì)人員完成初版設(shè)計(jì)和校核后，SE工程師可對(duì)側(cè)圍外板和零部件搭接位置做沖壓和焊接分析。如圖4所示，沖壓SE工程師可根據(jù)上述主斷面初步確定側(cè)圍外板沖壓方向和校核拉延深度，焊接SE工程師可對(duì)頂蓋與側(cè)圍搭接部位做初步焊槍接近方便性分析。又如側(cè)圍與背門玻璃配合區(qū)域斷面，在完成設(shè)計(jì)校核后，SE工程師開始對(duì)該斷面進(jìn)行工藝分析，此斷面工藝分析的重點(diǎn)在側(cè)圍翻邊處的沖壓可行性和焊接可行性上，如圖5所示。

圖2 某車型側(cè)圍上邊梁處主斷面

圖3 某車型側(cè)圍與門檻處主斷面

圖4 某車型側(cè)圍B柱后部主斷面工藝分析

圖5 某車型側(cè)圍與背門玻璃處主斷面示意圖

3.3初步數(shù)模分析法

由于主斷面只反映了斷面附近的結(jié)構(gòu)和尺寸，外覆蓋件的一些過渡區(qū)域和細(xì)節(jié)區(qū)域的結(jié)構(gòu)還是無法驗(yàn)證，這就需要在初步主斷面設(shè)計(jì)完成之后，根據(jù)主斷面構(gòu)建車身結(jié)構(gòu)的粗略形面數(shù)模，以便能夠及時(shí)驗(yàn)證外CAS和主斷面細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的可行性，反饋造型調(diào)整CAS面或調(diào)整主斷面細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。此外，內(nèi)外飾專業(yè)可將初步數(shù)模作為設(shè)計(jì)的參考邊界條件；SE工程師可根據(jù)初步數(shù)模運(yùn)用分析軟件對(duì)一些工藝難點(diǎn)區(qū)域做進(jìn)一步校核；總布置則可以根據(jù)初步數(shù)模進(jìn)行詳細(xì)零部件布置和人機(jī)校核。

4結(jié)語

隨著市場(chǎng)競爭的加劇，各個(gè)汽車生產(chǎn)商都將降成本作為首要任務(wù)。車身開發(fā)費(fèi)用在整車開發(fā)中的費(fèi)用占據(jù)了很大的比例，如能在前期做好產(chǎn)品規(guī)劃，在CAS設(shè)計(jì)階段控制好造型的邊界條件，盡量實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的平臺(tái)化、通用化和制造方便性，將有效的降低整車成本，提高產(chǎn)品競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃金陵.汽車車身設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]羅偉，孫大鵬，程鵬，程威.淺析汽車造型設(shè)計(jì)中的CAS.輕型汽車技術(shù)，2011，（10）.

作者簡介：閆紅光（1982—），男，漢族，河南許昌人，工學(xué)學(xué)士，工作單位，華泰汽車，汽車車身設(shè)計(jì)。