汽车塑料前端模块设计思路研究

刘振高 史强

摘 要：本文简单介绍前端模块的发展趋势和构成单元，以某车型塑料前端框架为例浅析设计思路和工作要点。

关键词：前端框架;CAE分析;模块化;轻量化

0 引言

随着全球汽车制造技术向模块化、集成化、轻量化方向发展，近20年来前端模块在汽车上的应用范围和应用数量在逐渐增加。汽车上使用塑料前端模块是重要发展趋势，从而支撑整车轻量化、低油耗、低排放。

1 前端模块发展趋势

前端模块发展趋势，如图1所示。

图1  前端模块发展趋势图

2 前端模块构成分类

前端模块根据生产规划，采用不同集成度来集成零部件。现主流集成形式共3种：①集成散热器总成、机盖锁（低度集成）;②集成散热器总成、机盖锁、大灯、防撞梁（中度集成）;③集成散热器总成、机盖锁、大灯、防撞梁、前保险杠（高度集成）。

3 安装点布置方式

为了满足前端框架的模态与整车动刚度的要求，前端框架总成与车身安装点布置应在前端框架两端，最优方案应为上、中、下均存在安装固定点，以保证CAE分析时满足整车技术要求，如图2所示。

图2  最优安装点布置方式

如整车布置无法满足安装点最优方案，安装点布置应尽量分散并靠近边界。

4 前端框架设计思路及工作要点

塑料前端框架在设计之初，应首先根据整车布置方案确定前端模块集成零部件，以适应事业部生产工艺规划，并编制产品设计构想。设计构想内容应包含：模块产品构成、模拟装配顺序、安装点布置构想、标杆数据信息、材料选择确定、CAE分析项目及标准要求、周边件间隙定义等要求。

以某车型设计过程为例：

前端框架设计主要工作重点在于如何保证前端框架模态、刚度及强度等技术特性能够满足整车状态的技术要求。同时工作的难点也在于前端框架的技术特性要求定义的确定。可通过对标应用塑料前端框架的车型技术特性要求，结合整车技术要求，进行分解最终确定塑料前端框架技术特性要求。

4.1 集成零部件确认

根据整车布置方案和生产工艺规划，该车型前端模块采用低度集成形式进行设计，如图3所示。

图3  前端模块集成零部件

4.2 安装点布置

该车型前端框架总成与车身安装点布置在前端框架两端。由于机盖锁集成在前端框架上且有高强度要求，因此前端框架此处需进行特别加强设计，增加铁支架加强，以此保证前端框架强度能够满足机盖锁的拉力要求。

4.3 与周边件间隙设计确定

根据车辆安全性能和拆装方便性要求，确定前端框架与周边配合产品设计间隙。

4.4 与车身安装点确定

与车身安装点确定，如图4所示。

图4  安装点布置

4.5 与周边件安装结构的确定

4.6 材料选择

前端框架一般材料为PP-LGF30或PP-LGF40。

4.7 CAE分析

根据PP-LGF30材料特性进行CAE分析，分析项目应包括锁扣极限拉力，机盖缓冲块安装点刚度，冷凝器安装点刚度，前端框架扭曲強度，前端模块总成安装刚度，整车动刚度等。

以上CAE分析结果合格后，相关方确认前端模块数据可冻结进行产品开发。

5 结论

随着汽车设计技术规划向模块化、集成化、轻量化方向发展，塑料前端模块将重点应用在未来车型研发上。规范的布置方案，科学的强度要求，合理的加强结构以及精准的CAE分析都将是后期重点研究的内容，也是目前制约设计的难点。