硬点成组技术在白车身结构设计中的研究

杨喜红　胡小文　宋纪侠　徐红燕　张德伟

摘 要：针对某微型客车试验过程中白车身推力杆安装板出现开裂的问题，运用鱼骨图进行要因分析，最后确定要因是悬架推力杆总成与白车身之间的联接安装点在推力杆安装板上四个螺栓联接点刚度设计不足，同时对工艺因素考虑不充分产生的，从而提出硬点成组设计必要性。并以白车身下车体设计为例，提出从安装、工艺、性能、运动四个方面进行硬点成组，并探讨了安装、工艺、性能、运动硬点成组技术在白车身结构设计中的应用方法。

关键词：硬点；成组技术；白车身

中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2016）05-0040-06

Abstract： Regarding a crack issue of a pushrods mounting panel of a microbus BIW in the testing process of some mini-car， the paper carrys on casual factor analysis using fishbone diagram， finalizing the reason is that the mount point between suspension pushrod assembly and BIW is not properly designed at the rigidity of four bolt mounting point on pushrods mounting panel， at the same time process factors are considered to be produced insufficiently， so that it raised the necessary of hard point group design. Taken bottom part of BIW as an example， it is raised to conduct hard point group form four aspects such as manufacturing process， property and motion， and also discusses the application method of assembly， manufacturing process， property， dynamic hard point group technology in BIW structural design.

Key Words： Hard point group technology； BIW； Structural design

1 引言

车身设计的好坏，在很大程度上决定了一辆新车在市场的认可度，而随着时代的飞速发展，汽车设计越来越被广泛关注。车身作为汽车的四大部件之一，安全性可靠性设计显得更加突出。车身结构一般分为上车体和下车体[1]。下车体作为各底盘系统总成安装的基体，是车身安全性可靠性设计的基石。本文从某微型客车前悬架所采用麦弗逊独立悬架系统的推力杆总成与承载式车身下车体联接在道路试验过程中出现下车体局部开裂现象，探讨下车体硬点成组设计的方法。

2 硬点成组技术在白车身结构设计中的提出

推力杆是决定悬架系统运动特性的重要部件，推力杆支座是汽车行驶系统中的一个重要部件，其功用是将汽车在行驶过程中路面作用于车轮上的力传递到车架上，以保障车辆的正常行驶[2]。在此车型开发中，设计要求推力杆支座通过螺栓与下车体推力杆总成安装板联接，推力杆轴向受力为12000N。

车身下车体推力杆安装板与悬架系统推力杆支座设计联接状态原方案如图1显示，悬架系统中推力杆支座与下车体推力杆安装板、前纵梁通过H1，H2，H3，H4四个点螺栓联接，其中推力杆总成在H1点处与下车体前纵梁联接，其他三处是与下车体推力杆安装板联接。

从表1可以看出，从白车身结构设计角度分析，问题的产生主要存在以下两方面的原因：1）在产品设计时没有将推力杆总成4个安装点综合考虑，将其布置在一个零件上，未对4点刚度进行一致性调整，改善零件受力状况，导致出现推力杆安装板开裂。2）在产品设计安装点布置在不同零件上时，没有考虑冲压、焊接综合误差，导致出现纵梁面与推力杆安装面面差过大，使H1处螺栓不能有效联接，出现松动，从而过载断裂，恶化推力杆安装板局部受力，最终推力杆安装板出现开裂现象。

推力杆安装板开裂严重影响整车可靠性和安全性，因此在设计初始阶段明确车身上重要的安装硬点，同一功能件安装点综合考虑，同一系统安装点统一考虑，安装、工艺、性能、运动硬点成组并行考虑，以成组角度在车身开发中开展设计，对提高设计质量有着重要作用。

3 硬点成组技术在白车身结构设计中的研究

成组技术GT（Group Technology）是一门生产技术科学，它研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并对其进行充分利用。即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益[3][4]。在车身结构设计中，以硬点为基础，将成组技术应用到设计过程中，挖掘相似性，提高设计效率。

这里以下车体为基础建立硬点成组车身设计的方法。

在整车参数确定后，从成组角度并行开展设计，从底盘系统单个零件上一组安装点形成下车体单个零件的基础，从底盘总成或者系统需要保证安装精度产生工艺硬点形成下车体分总成，结合相关标准及法规要求形成性能硬点建立车身组块，同时各系统与车身譬如动力总成、悬架系统需要预留一定运动空间，通过对运动部件空间成组保证下车体可行性，从而完成下车体设计。

3.1 安装硬点成组

安装硬点指底盘部件系统总装到下车体上重要部件安装点。安装硬点成组则是对底盘一个零件或者一个总成或者一个系统各安装点在下车体结构设计因同一功能做一组考虑，尽可能将底盘系统一组安装孔设计到下车体一个零件上。如下图5所示推力杆安装改进方案， H1与H2，H3，H4这4个点在下车体推力杆安装零件设计时作为一组考虑，设计到一个零件上推力杆安装板上，在其他部位钣金搭接方式不变的情况下，仅将原来推力杆安装板与纵梁内侧面焊接调整为包住纵梁覆盖H1处，在纵梁外侧搭接，如图5，H1，H2，H3，H4分布在一个零件上。这样四点刚度分布比较一致，如图6。应力分布情况也得到改善，如图7。同时避免工艺误差造成H1处与其他三点不在一个面上导致受力差异较大。

3.2 工艺硬点成组

工艺硬点指为保证车体骨骼精度确定的定位系统中重要定位孔和定位面。微型客车白车身一般由400多个零部件组成，零件冲压存在冲压误差，焊装过程中亦容易形成累计误差造成整车质量缺陷。因此，合理规划工艺硬点，形成统一的RPS（Reference Point System）定位系统，才能保证各系统总成安装需要，提升整车性能，对于汽车质量水平的提升起着至关重要的作用[5]。从底盘总成安装角度出发，设计工艺硬点，同时从保证系统性能角度成组这些硬点，提升下车体精度。譬如图8中R1、R2、R3、R4点，R1、R2是前纵梁定位孔，R3、R4是后纵梁定位孔， R1、R3为圆孔，R2、R4为长圆孔，在布置这4个孔位时，需要成组考虑这4个孔，从提高车体精度考虑， 基于尺寸工程原理，前/后纵梁各需布置一个圆孔和一个长圆孔进行定位保证其与其他零件焊接，这样能有效保证车架焊接时采用R1和R4是一个圆孔和长圆孔作为车架定位，保证基准和原理的一致，提升定位精度。工艺硬点成组运用可将车头骨骼精度有65%提高到80%以上。

承载式车身下车体主要零件工艺硬点需要成组设计：1）左/右前/后纵梁工艺硬点成组；2）各横梁及其与前/后纵梁工艺硬点成组；3）前/后门槛板总成工艺硬点成组；4）大灯支架总成工艺硬点成组；5）前轮罩总成与纵梁；6）前/中/后地板与纵梁。

3.3 性能硬点成组

性能硬点指为满足性能要求而设计关键结构以及为保证主要性能得以满足确定的重要焊点。整车性能设计包括舒适性、安全性、可靠性、视野性、乘坐方便性、操作方便性， 针对整车六项性能要求，下车体设计主要围绕舒适性，安全性、可靠性、乘坐方便性展开。性能要求大多数来源于标准、法规等的要求，譬如安全性对于下车体重点需要根据车型满足相应的碰撞法规。因此以标准、法规为基础，控制关键性能硬点。尽管单个零件设计影响结构性能，但不足以决定性能。一个组块基本决定了一个结构的性能，因此将性能硬点从组块设计中综合考虑。主要从断面结构上确定性能，同时下车体主要安装动力总成等大总成部件，因此焊点的布置及焊点控制也很大程度上决定了车体性能。 性能硬点成组主要在关键结构处与重要焊点成组设计。承载式车身下车体性能硬点成组：1）前横梁与前纵梁联接结构；2）轮鼓包结构；3）动力总成安装点联接结构；4）前/后悬架总成安装点联接结构；5）油箱安装点联接结构。

3.4 运动硬点成组

运动硬点指底盘系统与下车体动态位移要求。下车体安装各系统总成中，发动机动力总成、前后悬架总成、制动系统，在车辆运行中均产生一定位移量，包括空调管路因车体抖动在设计过程中也需要与其他零件预留一定间隙，以保证不与其他零件干涉确保安全性。在设计过程中需将这些总成运动包络空间综合考虑，同一系统运动空间成组考虑。譬如前滑柱总成与前横向稳定杆组、前推力杆组、下摆臂组。

承载式在下车体设计过程中，成组考虑运动硬点如下：1）前滑柱总成与前横向稳定杆组、前推力杆组、下摆臂组；2）后板簧组与减震器组；3）发动机动力总成组；4）后桥总成与传动系统组；5）转向器、转向传动装置与左/右前轴总成；6）空调管路组与制动、离合器管路线路组。

以上对硬点成组做了一个区分，事实上在设计过程中这些硬点相互影响，相互作用，需要进行协调，达到设计最好状态。特别是安装硬点成组和工艺硬点成组数据需提交给生产准备部门和工装制造部门作为生产工艺和生产装备设计依据，是保证下车体精度重要保障，也是提高整车质量重要手段。

4 结束语

尽管成组技术是来源于制造系统应用于生产管理的学科，但是将其应用到车身开发设计中，与车身硬点结合起来进行成组性设计，能有效提高设计效率，特别是车身构件中对造型不敏感部位进行成组设计，形成模块化接口，可以优化平台化开发，提高整车开发效率，对于生产系统则可以简化制造、管理等相关的工作。

参考文献：

[1]沈建东.车身平台架构集成开发应用研究， 汽车技术， 2013年第1期.

[2]苏翠娟.有限元分析在推力杆支座设计改进中的应用， 装备制造技术， 2010年第9期.

[3]李红建.成组技术在汽车制造中的应用， 汽车技术， 2002年第4期.

[4]黄智， 黄晓冬.汽车白车身装焊质量控制中的成组、硬点技术的应用， 汽车工艺与材料， 2010年第8期.

[5]尹亚雷， 张东强， 胡崇兴， 董茂. RPS系统在白车身定位中的应用， 汽车工艺与材料， 2015年第7期.