外CAS面工程可行性分析

2015-10-31闫红光

中国科技纵横 2015年22期

关键词：竞品数模校核

闫红光

（华泰汽车设计工程研究院，天津 300380）

外CAS面工程可行性分析

闫红光

（华泰汽车设计工程研究院，天津 300380）

近年来，随着汽车市场的不断扩大，伴随而来的竞争也越来越激烈。为应对激烈的竞争，目前各个汽车OEM不断的推出新款车型。汽车外形是客户选车的一个重要因素，为吸引客户的注意力，新车外造型趋向于夸张和个性化设计，这就给设计、制造及质量部门带来了很大挑战。考虑降低设计风险和制造成本，在外造型CAS设计阶段进行先期的同步工程可行性分析也显得非常必要。

外CAS 主断面工程可行性分析

在现代整车开发过程中，伴随着设计类软件的飞速发展，汽车开发流程和周期也有了一些新的变化。在概念设计阶段，汽车的外造型设计传统流程为：设计外造型效果图，效果图评审通过后根据效果图制作油泥模型，接着扫描油泥模型并逆向光顺成A面，然后工程设计部门开展具体工程设计。随着大量设计软件的应用，一些新产品开发过程中已省略了油泥设计，直接由效果图制作外CAS面，对外CAS面进行工程分析完再后进行A面光顺，随后进行工程设计。由于节省了油泥修改和后期部分工程问题修改的时间，从而有效的保证了设计开发进度。

1　CAS面的定义及CAS面设计时的输入条件

CAS面的英文全称是Concept A Surface，中文名称是前期外A面数模，是汽车设计过程中用于表达造型设计意图和一定工程信息的三维数字模型。

CAS面设计的主要工作是对造型外表面进行模型创建，进行CAS建模时需要提供效果图、三视图、约束边界等必备条件，并且要满足一些法规项目和结构控制条件的要求，如表1所示。

2　外CAS面工程可行性分析内容

外CAS面工程可行性分析的主要内容包括：

表1　CAS设计过程中需考虑的法规项目和结构控制条件

表2　外CAS面主要的人机和法规校核项目

2.1整车重要零部件的布置校核和法规校核

初版的外CAS面完成之后，总布置工程师需对前期输入给造型的边界条件进行校核。一方面是对动力总成、底盘、电器等零部件在外CAS面的布置位置和重要间隙的校核，另一方面是对外CAS面相关人机和法规项的校核，主要的人机和相关法规项见表2。

2.2车身重要部位的结构形式、几何尺寸分析和运动件初步校核

在外CAS设计阶段，需对车身重要部位的结构形式、几何尺寸及主要零部件安装方式进行分析，主要通过主断面设计的方法来实现。需设计主断面的重点部位有：侧围立柱区域、侧围上边梁区域、侧围门槛区域、Y0坐标处前后区域、开闭件附件安装区域、前后纵梁区域等；通过这些典型部位的主断面设计，可初步验证当前CAS面能否满足零部件的布置和配合空间、开闭件的密封结构、车体的结构刚度参数及零件制造工艺性等。例如，前门上铰链位置主断面主要表达了上铰链的安装方式、安装位置的立柱结构和截面尺寸、前门前部密封方式和前门此处的开启运动间隙，如图1所示。

车身运动件初步校核主要包括：

（1）开闭件和加油口盖的开启角度或高度及人机法规校核；（2）铰链、限位器、玻璃升降器、锁体、开启手柄、雨刮及气弹簧等附件布置位置校核，操作方便性和舒适性的初步校核。

图1　某车型前门上铰链处主断面

图2　某车型侧围上边梁处主断面

图3　某车型侧围与门槛处主断面

图4　某车型侧围B柱后部主断面工艺分析

图5　某车型侧围与背门玻璃处主断面示意图

2.3外覆盖件制造工艺性及抗凹性的先期分析

初版外CAS面完成后，冲压SE工程师会对外覆盖件的成型工艺进行分析，分析的重点主要是分型线位置和外观质量。分型线的位置会影响零件的产品品质、制造性及成本。外覆盖件外观质量缺陷有开裂、起皱、塌陷、冲击线和滑移线等。设计人员在重要部位初步主断面设计完之后，可根据外CAS面及主断面构建初步的外覆盖件数模，此时冲压SE工程师可以对外覆盖件的成型工序和成型可行性做出初步分析，将可能增加成型工序或成形难度较大的特征位置及时反馈给造型人员，协商解决可能产生的问题，以降低产品的制造风险和成本。同时，CAE部门也可对外覆盖件初步数模进行抗凹性分析，将刚度较弱区域反馈给造型，并提出改进建议。

2.4车身部分附件和外饰件等塑料件的结构和制造可行性前期分析

根据产品配置、OEM已有产品数据、造型外CAS面和外观效果定义，可对外后视镜、门外把手、前后风挡玻璃、保险杠和后尾翼等零部件进行结构分析。通过参考已有产品结构，首先对附件或外饰件的法规项、内部结构和安装点布置空间做初步可行性分析，然后分析零件的出模方向、模具是否需要抽滑块、需要抽滑块的结构是否可行。零件的结构和工艺将会影响最终产品的成本及质量。

2.5DTS文件中设定数值的初步验算

根据外CAS面的分块位置和形状、主断面、相关参考数据及OEM工艺水平等输入条件，尺寸工程师可进行外观分缝和面差的二维尺寸链计算，初步验证DTS中设定值及公差是否能够在实际生产中得到保证。

3　外CAS面工程可行性分析方法

对外CAS面进行工程可行性分析，目前行业内常会用到三种方法。

3.1竞品对比分析法

许多OEM都会对竞争对手产品做整车性能和各系统性能对比，为了获取竞品车型各总成的相关性能参数和结构数据，一部分可通过试验和测量来实现，但大部分详细数据还需对竞品车型进行结构拆解、扫描及逆向建模才能获取。其中，对于车身专业来说，对于竞品车型的分析，主要集中在外观品质、车身结构、刚度、材料和工艺等方面。

采用竞品对比分析方法对外CAS面进行分析，侧重点主要在外观品质的分析上。竞品车型外观品质分析主要是对主要的竞品车型外观零件的圆角大小、零部件之间的配合间隙和段差数值进行统计对比，总结各个位置的相关数值或数值范围。在对新车型外CAS面的圆角、间隙、段差进行定义和校核时，竞品车型的这些数据将作为重要的参考。

3.2车身主断面设计

车身主断面是指关键区域的断面，主要表达了外观圆角、间隙和段差信息，安装件或焊接件之间的安装和配合关系。对车身关键区域进行主断面设计，是校核外CAS面工程可行性的主要方法。

设计人员在设计完主断面后，还需让SE工程师对主断面做相应的工艺可行性分析。如B柱后部侧围上边梁和门槛区域的主断面（图2和图3），设计人员完成初版设计和校核后，SE工程师可对侧围外板和零部件搭接位置做冲压和焊接分析。如图4所示，冲压SE工程师可根据上述主断面初步确定侧围外板冲压方向和校核拉延深度，焊接SE工程师可对顶盖与侧围搭接部位做初步焊枪接近方便性分析。又如侧围与背门玻璃配合区域断面，在完成设计校核后，SE工程师开始对该断面进行工艺分析，此断面工艺分析的重点在侧围翻边处的冲压可行性和焊接可行性上，如图5所示。

3.3初步数模分析法

由于主断面只反映了断面附近的结构和尺寸，外覆盖件的一些过渡区域和细节区域的结构还是无法验证，这就需要在初步主断面设计完成之后，根据主断面构建车身结构的粗略形面数模，以便能够及时验证外CAS和主断面细节结构的可行性，反馈造型调整CAS面或调整主断面细节结构和参数。此外，内外饰专业可将初步数模作为设计的参考边界条件；SE工程师可根据初步数模运用分析软件对一些工艺难点区域做进一步校核；总布置则可以根据初步数模进行详细零部件布置和人机校核。