楊凱

(廣汽新能源汽車有限公司，廣東廣州 511400)

0 引言

隨著汽車消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)汽車商品外觀性的要求越來越高，如何保證高品質(zhì)的整車匹配成為了各大主機(jī)廠尺寸專業(yè)人員的首要研究方向，尺寸鏈分析也得到越來越多汽車公司的重視，由于1D尺寸鏈僅適用于線性尺寸鏈分析的局限性，推進(jìn)了3D尺寸鏈分析在汽車行業(yè)的廣泛發(fā)展。在進(jìn)行門蓋匹配、尾燈等比較復(fù)雜的3D尺寸鏈分析時(shí)，通常會(huì)運(yùn)用到3D尺寸鏈分析軟件。

在研究整車后部區(qū)域外觀品質(zhì)問題中，后背門及周邊件與側(cè)圍上零件的匹配是首要的研究對(duì)象。后部區(qū)域的配合因受到包括白車身制造精度、后背門裝配偏差及相關(guān)外飾零件精度等多重因素影響，且由于后背門裝配結(jié)構(gòu)特殊，SUV車型一般安裝點(diǎn)均布置在車頂一側(cè)，背門中下部區(qū)域與周圈零部件的匹配易受到后背門裝配旋轉(zhuǎn)等幾何因素引起的偏差放大。因此在做后背門區(qū)域相關(guān)尺寸鏈分析中，僅依靠一維尺寸鏈進(jìn)行尺寸分析有很大的局限性，通常需要引用3D尺寸鏈分析軟件進(jìn)行仿真分析[1]。本文作者以某SUV車型開發(fā)過程中，尺寸工程運(yùn)用3DCS尺寸鏈分析軟件對(duì)后部區(qū)域-尾燈與后風(fēng)擋匹配進(jìn)行偏差分析，并介紹3DCS軟件在尺寸公差問題解決中的運(yùn)用。

1 仿真分析原理及建模流程

目前3D尺寸鏈仿真分析軟件主要是3DCS和VISVSA兩種，兩者均采用蒙特卡羅模擬算法，其基本思想是把封閉環(huán)尺寸公差的問題轉(zhuǎn)化為求解一個(gè)隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)問題來處理，封閉環(huán)尺寸公差的確定，采用隨機(jī)模擬和統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法求解[2-3]。

3D尺寸鏈仿真分析的過程是通過在軟件中模擬模型的裝配并計(jì)算裝配體偏差積累、傳遞情況，工程師根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，綜合考慮公差超差情況、公差、幾何等影響因子以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工藝能力，制造成本等因素，從公差優(yōu)化分配、設(shè)計(jì)優(yōu)化、工藝優(yōu)化等角度優(yōu)化模型，降低匹配風(fēng)險(xiǎn)，并最終達(dá)成匹配目標(biāo)[2-3]。

圖1為3DCS常規(guī)建模的流程。

圖1 3DCS偏差分析模型流程

2 裝配與工藝

后部區(qū)域尾燈與后風(fēng)擋的匹配如圖2所示，尾燈裝配在側(cè)圍上，后風(fēng)擋裝配在后背門上，尾燈與后風(fēng)擋匹配主要受到尾燈、側(cè)圍總成、后背門總成、后風(fēng)擋玻璃等零部件的偏差及裝配、調(diào)整等工藝偏差影響。

圖2 尾燈與后風(fēng)擋玻璃裝配要求

2.1 白車身裝配工藝

白車身裝配工藝如圖3所示，后背門焊合總成與鉸鏈總成首先在背門鉸鏈工裝上裝配，之后背門總成采用背門工裝裝配至白車身。

圖3 白車身裝配工藝流程

2.2 尾燈與后擋風(fēng)玻璃裝配工藝

尾燈的裝配是通過尾燈自定位裝配至側(cè)圍一側(cè)，零部件裝配為X向打緊，Y、Z方向銷定位，尾燈定位基準(zhǔn)如圖4所示。

后風(fēng)擋玻璃裝配采用機(jī)器人抓取Y向?qū)χ醒b配，如圖5所示，X向?yàn)椴Ａаb配至背門上零貼(A1-A4)，Z向采用銷釘定位(B1、B2)，Y向?yàn)闄C(jī)器人對(duì)中抓取零部件后根據(jù)背門上特征對(duì)中裝配(C1、C2)。

圖4 尾燈定位方案

圖5 后風(fēng)擋裝配基準(zhǔn)

3 仿真模型建模

3.1 分析目標(biāo)

根據(jù)市場(chǎng)對(duì)標(biāo)及車型品質(zhì)要求，尾燈與后風(fēng)擋玻璃DTS定義要求為：間隙(GAP)4.0±1.5//1.5，面差(FLUSH)2.0±1.5//1.5。

3.2 模型定義

在軟件中按整車裝配工藝定義MOVE后，參考表1對(duì)模型中零部件及工裝定義公差，根據(jù)分析目標(biāo)完成相關(guān)測(cè)量點(diǎn)定義。將各項(xiàng)輸入信息體現(xiàn)到仿真模型中后，進(jìn)行5 000次的仿真計(jì)算。

3.3 計(jì)算結(jié)果

從分析結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，尾燈與后風(fēng)擋的間隙、面差仿真結(jié)果很差，最大超差率為16.8%。 分析尾燈與后風(fēng)擋間隙、面差的尺寸鏈環(huán)貢獻(xiàn)排序表，發(fā)現(xiàn)是尾燈安裝點(diǎn)對(duì)結(jié)果影響較大，結(jié)合車身安裝點(diǎn)的 GFactor敏感度系數(shù)值為1.95(見圖 6)，即此定位點(diǎn)公差將放大 1.95倍，原因在于尾燈安裝點(diǎn)基本在一條線上，裝配容易翻轉(zhuǎn)造成公差放大。

表1 公差定義

圖6 尾燈與后風(fēng)擋面差GFactor報(bào)告

3.4 優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

由以上分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)方案對(duì)最終匹配存在較大風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)影響因子較大的做優(yōu)化，因此制定出定位方案二，對(duì)大燈安裝點(diǎn)優(yōu)化，保證基準(zhǔn)穩(wěn)健性，如圖7所示。

圖7 尾燈定位優(yōu)化方案

將新的定位方案輸入到模型中進(jìn)行模擬分析，仿真分析結(jié)果見表 2。從表中可看出，尾燈方案二的偏差值和超差率相比方案一均有了較大的優(yōu)化，大超差率為4.9%。 結(jié)構(gòu)上的影響GFactor敏感度系數(shù)值最大為1(見圖8)，說明尾燈結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果明顯。

表2 方案一和方案二的尺寸鏈三維分析結(jié)果對(duì)比

圖8 尾燈定位優(yōu)化后GFactor報(bào)告

3.5 優(yōu)化公差

由表2分析結(jié)果可知，方案二中尾燈與后風(fēng)擋面差超差率均高于2%的要求，因此需要考慮對(duì)其貢獻(xiàn)較大的鏈環(huán)公差進(jìn)行修正設(shè)計(jì)與分析。 一般是選擇公差貢獻(xiàn)靠前的尺寸鏈環(huán)進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)表3，對(duì)尾燈與后風(fēng)擋間隙、面差影響較大的貢獻(xiàn)因子包含車身上尾燈安裝孔、面偏差、后風(fēng)擋匹配面偏差、尾燈匹配面偏差、車身上背門安裝點(diǎn)面偏差。

表3 尾燈與后風(fēng)擋面差靈敏度分析結(jié)果

通過與燈具以及后風(fēng)擋供應(yīng)商溝通，將尾燈匹配面公差±1.0//1.0優(yōu)化為±0.7//0.7，后風(fēng)擋玻璃匹配面公差±1.0優(yōu)化為±0.8。表3中1、4項(xiàng)尺寸公差在白車身中增加功能尺寸控制±1.0。按照以上公差優(yōu)化方案，對(duì)關(guān)聯(lián)零部件的公差優(yōu)化，分析結(jié)果見表4。

表4 方案二和方案三的尺寸鏈三維分析結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

通過對(duì)某車型后部區(qū)域匹配偏差的分析，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段充分考慮零件的安裝穩(wěn)健性，對(duì)尾燈定位方案優(yōu)化，提高匹配的穩(wěn)定性。同時(shí)對(duì)匹配風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域尺寸鏈環(huán)上公差做了優(yōu)化，降低了尾燈與后風(fēng)擋玻璃匹配的超差率。以上方法已在實(shí)車匹配中得到驗(yàn)證。