汽车组合仪表罩匹配问题的尺寸工程分析

刘平平

（北京汽车研究总院有限公司）

尺寸工程是在产品开发过程中，以产品为对象进行的定位基准分析、装配公差分析及产品内外观间隙面差控制和评价等，及与尺寸相关的设计、分析及验证等一系列活动。它的总体目的是实现零部件顺利装配，并最终达到预先设定的产品尺寸品质要求[1]。在整车产品生产过程中，受“人、机、料、法、环、测”各方面因素[2]的影响，尺寸偏差的来源繁多且复杂，如何保证最终产品的实车效果满足设计要求，则显得尤为重要。文章通过解决某车型组合仪表罩匹配问题的实例，说明了尺寸工程在整车开发过程中的具体应用。

1 组合仪表罩与组合仪表匹配问题

某车型组合仪表罩与组合仪表均装配在仪表板本体上，组合仪表罩覆盖于组合仪表上部，两者的主要配合为X向间隙，名义值为2 mm，匹配型面及上部断面图，如图1所示。

图1 汽车组合仪表罩与组合仪表的配合型面图

如图1 b所示，实车在试制装车过程中，个别车辆出现了仪表罩与组合仪表的区域间隙配合尺寸偏差的情况。对于这种实车匹配问题，以尺寸工程角度进行分析与验证，排除零件刚性强度的影响，从装配定位角度提出整改方案，保证匹配问题的解决。

2 组合仪表罩与组合仪表匹配分析

2.1 相关部件装配流程分析

相关部件装配顺序：首先将仪表板本体装配在车身上，再将组合仪表装配在仪表板本体上，最后将组合仪表罩装配在仪表板本体上，整个装配过程结束。具体的装配定位方式如下。

1）仪表板本体装配定位：仪表板本体作为装配载体，组合仪表罩与组合仪表均装配在仪表板本体上，则仪表板本体上组合仪表罩与组合仪表的安装位置会影响到两者最终的外观匹配效果，仪表板本体上，仪表罩与仪表的装配位置，如图2所示。

图2 汽车仪表板本体上仪表罩与组合仪表的装配定位图

2）组合仪表装配定位：组合仪表装配在仪表板本体上，装配方式为一面两销，定位销布置在组合仪表下端，控制组合仪表Y，Z向，X向定位面通过螺钉安装，保证组合仪表的X向位置，具体装配定位，如图3所示。

图3 汽车组合仪表的装配定位图

3）组合仪表罩装配定位：组合仪表罩为总成供货，由仪表外罩（上部区域）与仪表内罩（下部区域）装配构成。组合仪表罩在仪表板本体上的装配方式为一面两销形式，定位销B布置在仪表外罩区域，控制Y，Z向，在间隙配合X方向上，通过卡筋装配保证零件的X向位置，具体装配定位，如图4所示。

图4 汽车组合仪表罩装配定位图

组合仪表罩与组合仪表间隙配合区域为仪表内罩部位，而上部定位点主要布置在外罩总成区域，其尺寸对仪表罩总成的整体姿态存在较大的影响。

2.2 尺寸偏差分析

实车匹配中，组合仪表与仪表罩间隙配合型面为X，Z向，主方向为X向，分析思路如下。

2.2.1 X向尺寸累积分析

根据上述零部件装配顺序，仪表罩切边与组合仪表配合型面间隙累积尺寸链，如图5所示。

图5 汽车仪表罩与组合仪表间隙尺寸链示意图

结合车型零件的尺寸精度及工艺制造能力，得出L1零件尺寸公差为±0.5 mm，L2工艺能力尺寸公差为±0.1 mm，L3零件尺寸公差为±0.3 mm，L4工艺能力尺寸公差为±0.1 mm，L5零件尺寸公差为±0.7 mm。可依据概率法计算尺寸链，如式（1）所示。

由式（1）可知，对L0有影响的组成环中，影响较大的为L1与L5。在组合仪表罩零件制造中，由于组合仪表罩上部定位点布置在仪表外罩，而与组合仪表间隙偏差位置位于仪表内罩，由于存在基准转换，在满足零件制造水平的前提下，L5链环总成制造精度难以保证。而组合仪表不存在基准转换，因此L1满足工艺制造水平即可。由上述分析可知，组合仪表罩与组合仪表间隙配合超差，L5链环对结果偏差影响最大。因此，从理论上对尺寸链环L5进行分析验证。

组合仪表罩为总成供货，配合型面处于内罩总成，定位点布置在外罩总成，内罩与外罩通过饰条进行装配连接。间隙配合型面累积公差尺寸链，如图6所示。

图6 汽车仪表罩间隙配合型面L5计算尺寸链示意图

由上述分析可知，仪表罩总成零件的制造工艺，除仪表内罩与外罩配合尺寸l1，l5之外，还存在2次基准转换l2，l4及装配l3的公差累积，偏差结果较大，因此仪表罩间隙配合型面的尺寸偏差，是重要的尺寸改进方向。

2.2.2 Z向尺寸影响

受匹配型面影响，在理论状态下，仪表罩与组合仪表配合间隙为2 mm。如果组合仪表位置不变，随着仪表罩位置的上移，两者在上部配合区域的间隙呈现减小的趋势，仪表罩Z向上移2 mm，两者间隙配合尺寸，如图7所示。

图7 汽车仪表罩Z向上移结果对比示意图

由上述分析可知，仪表罩的Z向会对偏差结果产生影响。依据数据理论位置，仪表罩与组合仪表间隙为2 mm，随着仪表罩的上移，两者间隙逐渐变小，在仪表罩上移2 mm时，两者间隙变为1.6 mm，仪表罩定位销的Z向位置对最终匹配结果有一定的影响，但不是主要的影响因素。

3 方案制定与实施

依据上述尺寸分析，在现有仪表罩与组合仪表外观匹配形式（造型方案）不变的情况下，仪表罩的配合尺寸对匹配结果影响较大。

如果依靠提高仪表罩组装零部件精度来保证仪表罩总成的尺寸偏差，在成本控制方面存在一定的风险，因此，暂不考虑通过提高零件精度来保证总成尺寸要求，应从仪表罩的装配定位方式着手，解决该匹配问题，以此为出发点，有2种不同的解决方案。

3.1 优化仪表外罩装配定位方式（方案1）

原设计方案仪表外罩与内罩通过饰条装配连接，尺寸链环累积较长，优化方案直接将外罩与内罩进行装配，打断饰条的公差累积影响，从而缩短尺寸链。在设计上的优化方案为仪表外罩定位方案更改，将定位在饰条的装配方式取消，直接通过简易装具进行装配，建立内罩间隙配合面与外罩定位面的直接定位关系，简易装具在装配过程中的使用示意，如图8所示。

图8 简易装具在汽车仪表外罩装配过程中的使用示意图

优化后的间隙配合型面尺寸链，如图9所示。

图9 汽车仪表外罩定位方案优化后尺寸链示意图

由图9可知，影响l0'的尺寸链环缩短为1环l1'，即l0'由简易装具的制造精度偏差来保证，与前期设计方案由5环缩短为1环相比，尺寸累积结果有了较大的改善。

3.2 优化仪表罩总成装配定位方式（方案2）

由于仪表罩总成的主要匹配点位于仪表内罩，前期设计方案将上部定位点布置在外罩区域，设计链环累积较多。优化方案取消仪表外罩定位点，将仪表罩总成的定位点设计在仪表内罩，消除饰条、外罩等零件对仪表罩总成偏差结果的影响。仪表罩总成优化后的装配定位方式，如图10所示。

优化后的间隙配合尺寸链，如图11所示。由图11可知，影响l0''的链环缩短为1环l1''，即l0''由仪表内罩的切边精度偏差来保证，较前期设计方案有了较大的改善。

图11 汽车仪表罩总成定位方案优化尺寸链图

3.3 方案对比与确定

方案1通过简易工装来保证外罩与内罩间隙配合型面的相对尺寸偏差，设计变更区域仅扩大饰条安装孔尺寸，其他结构均不变化，可消除该问题潜在的影响，也不会对周边零件产生影响。

方案2需要在内罩增加定位结构，相应在仪表板本体上增加安装结构，同时取消仪表外罩的定位结构，涉及到零件工装模具的整改与调试，在时间与成本控制方面存在一定的影响。

经过讨论，优化方案1在项目研发中对提升匹配品质等方面优于方案2，更具有实用价值。

3.4 方案实施

优化方案确定后，通过对现场实车的试制试验，外观匹配问题有了较大的改进，匹配效果满足设计要求。各部门对实车匹配效果进行评审后，一致认同匹配状态，并制定产品设计变更，保证了该匹配问题的解决。

4 结论

文章通过整车尺寸工程的分析应用，从根本上解决了组合仪表罩与组合仪表间隙匹配问题。针对该问题，若在产品设计前期发现，则可以从产品数据结构方面提出优化建议，避免在样车阶段出现由产品变更而导致的时间、成本等问题。因此，在开展尺寸工程工作时，要明确尺寸工程应与整车开发保持同步，在产品开发前期介入，通过专业的分析研究，对产品设计方案进行仿真验证，尽早发现尺寸问题并提出整改方案，保证尺寸工程在质量、成本和周期中起到积极的推动作用。