郭長(zhǎng)青

摘 ? 要：當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已成為世界汽車發(fā)展的潮流，也是一個(gè)汽車廠商和國(guó)家技術(shù)先進(jìn)程度的重要標(biāo)志。為了應(yīng)對(duì)節(jié)能減排，各國(guó)都制定了相應(yīng)的法規(guī)，如GB 19578-2004《乘用車燃料消耗量限值》規(guī)定了我國(guó)乘用車燃油經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)。前端模塊正是基于上述背景，才能夠在汽車業(yè)得到快速的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：前端模塊 ?輕量化 ?設(shè)計(jì)原則、簡(jiǎn)化模型

中圖分類號(hào)：U462 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（b）-0104-02

由于它位于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙前端，并且是一個(gè)模塊化、集成化的零件，人們習(xí)慣上稱其為前端模塊，英文名稱是Front-End Module，簡(jiǎn)寫FEM。本篇文章就對(duì)FEM產(chǎn)品的特點(diǎn)、材料及其制造技術(shù)進(jìn)行了分析和研究，其主要研究?jī)?nèi)容如下：FEM特點(diǎn)、材料、制造技術(shù);為了便于分析研究對(duì)FEM設(shè)計(jì)式樣進(jìn)行了分類，簡(jiǎn)化為四種分析模型，并對(duì)FEM梁的主斷面如何選擇進(jìn)行了闡述，同時(shí)也闡述了加強(qiáng)筋布置對(duì)梁剛性的影響，為FEM的設(shè)計(jì)以及工程制造提供了參考。

1 ?FEM的特點(diǎn)

前端支架是其他零部件的安裝平臺(tái)，需要滿足一系列力學(xué)、尺寸、安裝、環(huán)境等方面的要求，需要具備以下特點(diǎn)：

（1）良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度;（2）良好的尺寸穩(wěn)定性和低的尺寸誤差;（3）便于其他部件快速、精確安裝;（4）方便緊固件的集成;（5）有限空間內(nèi)盡可能高的剛度;（6）影響汽車外觀的面差、間隙，如前大燈和前保、前大燈和翼子板等;（7）好的耐熱和耐化學(xué)性能;（8）前端支架維修費(fèi)用比較低;（9）輕質(zhì)價(jià)優(yōu)。

2 ?FEM的材料及其制造技術(shù)

采用金屬材質(zhì)的FEM，實(shí)現(xiàn)的工藝主要有板材焊接和澆注;采用塑料（熱塑性）和金屬?gòu)?fù)合的FEM，實(shí)現(xiàn)的工藝主要有模壓和注塑，多采用模內(nèi)嵌件注塑和模塑后組裝，其中模內(nèi)嵌件注塑代表技術(shù)有：拜耳專利技術(shù)、貝洱海拉專利技術(shù)和通用專利技術(shù);模塑后組裝主要包含：塑料鉚釘熱壓、凸緣沖壓連接和鉚接、粘結(jié)等。常用的熱塑性塑料：聚丙烯（長(zhǎng)纖維、 短纖維、玻纖氈）、尼龍（長(zhǎng)纖維、短纖維、玻纖氈）。無(wú)論是采用金屬、塑料還是材料的混合結(jié)構(gòu)，都是為了以下目的：滿足各項(xiàng)性能要求的低成本輕質(zhì)支架，較少的組裝費(fèi)，較高的集成度。

3 ?FEM的設(shè)計(jì)原則

（1）輕量化和低成本;

（2）根據(jù)車身結(jié)構(gòu)的不同，選擇適當(dāng)?shù)陌惭b手法和承載結(jié)構(gòu);

（3）根據(jù)前端支架性能要求的不同，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?

（4）前端支架的結(jié)構(gòu)主要取決于前艙的可用空間及其所集成部件的結(jié)構(gòu).特別是前艙蓋鎖、空調(diào)冷卻系統(tǒng)和前燈等部件;所集成的零部件內(nèi)容和數(shù)量，也取決于汽車廠商的要求

4 ?FEM的功能

（1）輕量化、節(jié)能減排。減少燃料消耗，降低排氣污染。

（2）模塊化。減少整車廠因零部件物流所需的面積;降低整車廠生產(chǎn)和管理的復(fù)雜程度;通過(guò)專業(yè)化達(dá)到優(yōu)化集成并減少重量和尺寸誤差的目的。

（3）集成化：前艙諸多零部件的安裝與定位平臺(tái)。如：散熱器、風(fēng)扇、大燈、散熱器格柵等。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)的安全擋塊，吸收一部分碰撞能量。

（5）安裝簡(jiǎn)單，拆除和更換方便，便于維護(hù)。

5 ?FEM的簡(jiǎn)化模型

為了便于分析FEM的造型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以把FEM簡(jiǎn)化成不同類型的設(shè)計(jì)式樣，主要以下4種模型：

（1）簡(jiǎn)化模型1，見(jiàn)圖1。

不集成前大燈，僅集成冷卻系統(tǒng)和前艙蓋鎖。小腿保護(hù)支架不安裝在支架上。散熱器安裝點(diǎn)1和點(diǎn)2可以根據(jù)客戶需求，分別在斜梁上、橫梁上進(jìn)行協(xié)調(diào)布點(diǎn)。

（2）簡(jiǎn)化模型2，見(jiàn)圖2。

集成前大燈、冷卻系統(tǒng)和前艙蓋鎖。小腿保護(hù)支架不安裝在支架上。散熱器安裝點(diǎn)一般安裝在上下橫梁上，位置可以根據(jù)汽車廠商要求進(jìn)行協(xié)調(diào)布點(diǎn)。

（3）簡(jiǎn)化模型3，見(jiàn)圖3。

集成前大燈、冷卻系統(tǒng)和前艙蓋鎖。小腿保護(hù)支架安裝在支架上。左、右橫梁和車身固定點(diǎn)，一般固定在車身前縱梁上。散熱器安裝點(diǎn)一般安裝在上下橫梁上，位置可以根據(jù)汽車廠商要求進(jìn)行協(xié)調(diào)布點(diǎn)。

（4）簡(jiǎn)化模型4。

集成前大燈、冷卻系統(tǒng)和前艙蓋鎖。小腿保護(hù)支架安裝在支架上。斜梁改為直梁，為保證鎖體固定可靠，直梁一般采用金屬?zèng)_壓成型，連接在前防撞梁上。此種類型是類型3的另外一種表達(dá)形式。

6 ?梁的主斷面

選擇梁的橫截面形狀，主要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）考慮支架需要滿足哪些具體性能（物理性能、環(huán)境性能）;

（2）考慮強(qiáng)度或者剛性需求（力學(xué)要求）;

（3）考慮零部件安裝結(jié)構(gòu)布局（安裝空間要求）等。

7 ?加強(qiáng)筋布置對(duì)梁剛性的影響

加強(qiáng)筋應(yīng)該連續(xù)分布，以獲得較高的剛性。加強(qiáng)筋之間夾角在30°～60°之間進(jìn)行選擇，最好是45°。選擇加強(qiáng)筋布置時(shí)，要考慮重量增加百分比，即：剛性和重量要綜合考慮。

8 ?CAE模擬分析

（1）剛性分析，應(yīng)對(duì)FEM前艙蓋鎖體部位，前大燈安裝部位，冷凝器系統(tǒng)的支撐部位，前艙蓋沖擊部位進(jìn)行模擬分析。

（2）壁厚優(yōu)化分析，為保證FEM在滿足性能及功能的前提下，產(chǎn)品自身的重量應(yīng)該進(jìn)行輕量化考慮，產(chǎn)品壁厚拓?fù)鋬?yōu)化。

（3）行人保護(hù)碰撞分析，為了降低行人腿部所受的傷害通常在車輛前端增加防護(hù)結(jié)構(gòu)吸收行人腿部的碰撞能量，來(lái)減輕行人腿部所受傷害，F(xiàn)EM可以吸收能量的一部分，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行CAE模擬分析。

9 ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)FEM產(chǎn)品進(jìn)行分析和研究，本文主要得出了如下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)汽車前端模塊的功能、簡(jiǎn)化模型、梁斷面及加強(qiáng)筋等的研究分析，旨在為設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，以期減少設(shè)計(jì)缺陷，縮短設(shè)計(jì)周期，降低開發(fā)成本，提升設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)能力。

（2）通過(guò)對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，目前可以獨(dú)立的進(jìn)行同步設(shè)計(jì)，能夠承接FEM的開發(fā)制造，彌補(bǔ)了公司此類產(chǎn)品的空白，提升了公司在此行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）FEM產(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景廣大，迫于國(guó)家節(jié)能減排的要求應(yīng)大力推廣。

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