整车定位策略设计浅析

郭朋新

摘 要：本文通过对一系列SUV车型定位策略设计开发的实例分析，总结设计中的问题，结合产品结构特点与工艺方案，制定出了整车定位策略设计规范，有助于更加合理地优化定位设计，提高定位精度、减少公差累积和有效控制整车尺寸质量。

关键词：汽车；定位策略；设计；基准；公差累积

中图分类号： U463 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-167-3

0 引言

整车定位策略也就是整车定位系统（RPS），是指汽车零部件的冲压、焊接等工序所需使用到的加工基准和检测基准，整车定位系统设计是一个庞大的系统开发工作，渉及整车造型、产品结构、工艺和工装等多个方面，还渉及冲压单件、焊接总成件和白车身骨架等。长期以来，大量的尺寸超差问题给汽车制造业带来了很多困扰，不仅影响零件功能的发挥，还经常导致零部件报废，使得汽车制造成本增加。同时，整精度差也给整车匹配带来了诸多麻烦，如密封不良、装配困难、间隙段差不合格等。影响整身精度的因素有整车造型、结构设计、整车定位策略、工艺和工装方案等，整车定位策略的优劣直接影响到零部件结构设计和工艺可行性。因此，整车定位策略设计在汽车开发过程中至关重要，通过一系列SUV车型的开发案例，我们分析总结出了一套设计规范，即从设计到制造、检测直至批量装车各环节所涉及的人员共同遵循的定位点及其公差要求。

1 整车定位策略的设计原则

在零件到总成的整个焊接和检测过程中，为保证零件在夹具和检具上的稳定性，检测状态和焊接状态的一致性，避免制件与夹具和检具件发生干涉等，在RPS的设计时需要共同遵守以下原则。

1.1 3-2-1原则

3个约束点在Z方向，形成一个面限制三个自由度（投影最大面），2个约束点在Y方向，形成一条线限制两个自由度（投影次大面），1个约束点在X方向，限制一个自由度。

1.1.1 零件定位优先选择孔定位，其次面定位，最后为切边线定位

从冲压工艺的实现来说，当零件的最大投影面积≥12mm×30mm的面时，根据冲模对冲裁件工艺性的要求，孔边距b与材料厚度t的关系是b≥2t， 孔间距a≥3mm，如图1所示，可实现冲孔，故优先考虑设计两个定位孔，对于特殊零件无法设计定位孔的，需考虑面和切边线定位。

1.1.2 定位孔的类型及位置

定位孔类型的选择一般分为两类，从对零件的精度保证和定位销维护两个方面考虑，建议采用一类为圆销配合圆孔/方孔和圆销配合长圆孔/长方孔定位类型；一类为圆销配合圆孔/方孔和菱销配合圆孔/方孔，但是圆孔中切边销在第一个方向上接触并定位，在第二个方向上也有约束，如图2所示。

当定位孔位置波动距离h时，两个定位孔的孔间距a占零件总长度L的比例a/L越小，定位孔精度的变化对零件功能尺寸的影响越大，如图3所示，结合公差赋值和变化点的杠杆效应两个方面确认定位孔间距a，须满足a/L≥2/3。

1.1.3 定位孔方向的选择

定位圆孔的圆心应在定位长圆孔轴线上。当轴线与长圆孔不同轴时，轴与孔的间隙增加，孔距变化时，零件晃动；当轴线通过长圆孔轴线圆心时，轴与孔的实际间隙与理论间隙相同，孔距变动时，零件位置不变，如图4所示。

1.2 定位面大小的选择、位置、数量的要求

基准面的宽度一般选择（16±1）mm，当定位面的位置在1.0mm范围内变化时，两个定位面的间距a占零件总长度L的比例a/L越小，定位面的变化对零件功能尺寸的影响越大，如图5所示，结合公差赋值和变化点的杠杆效应两方面确认定位面间距a，须满足a/L≥2/3；RPS定位设计的原则是需要保证零件在检具和夹具上的稳定性，RPS设置的形状与制件形状越接近越稳定，RPS点覆盖面积需达到拖影面积的2/3以上。

对于面积大而且刚度不足的零件，在保障3-2-1原则的前提下，还需要附加的定位点来保证其平衡状态。对于投影面积较小的零件，定位面只能布置下一个或两个RPS标准支撑块的时候，两个RPS点就可以限制这个定位面，从而限制3个自由度，可以不强制要求6个约束点，3-2-1原则是显示6个自由度，并不是一定要满足6个约束点。

1.3 RPS点继承性原则

RPS主旨是通过避免基准的转换，保证加工工艺的可靠性和可重复性利用的准确性。单件及总成共用的RPS坐标一致，但单件及总成的RPS数量无必然的对应关系，具体布置情况要按工序的功能进行布置。

1.4 坐标平行原则

为获得准确的结果，定位点应当是平行于坐标轴的。在设计过程中，需要保证孔所在的面最好与坐标平行，如果不平行，角度也要尽可能的小。将合格的零部件放入两个定位系统中，会产生不同偏差。定位系统2会产生散差，零件不合格，在X方向存在偏差如图6所示（左侧图）。将合格零部件放入定位系统中，对比如图6（右侧图），定位系统1仅在X方向存在偏差，但定位系统2不仅X方向存在偏差，并且还影响到Z向。对比以上结果显示，不平行于整车坐标系的定位会导致尺寸合格的零件被错误地当成废品；模具根据错误的测量结果在X/Z方向修改，其实Z向没有偏差，X向的测量结果也是错误的；焊接总成的生产散差扩大，功能尺寸无法保证；工装被不正确地调整；导致后来生产的产品都是废品。

2 整车定位策略设计方法

2.1 共用RPS点的处理方法

为了避免RPS点的遗漏，并且能够确保共用的RPS点与各零件的零件特征不存在干涉风险，例如在A+B工位的RPS点，如图7所示，由于两个RPS点为共用点，那么单件A（分总成）和单件B（分总成），如图8示，都需要继承此RPS点。

2.2 RPS点与焊点的关系

定位块与焊点之间的距离d，如图9所示，现阶段焊钳宽度g=20mm，定位块的宽度为16mm，安全避让距离为2mm，d=（u/2+g/2）+2 mm=20mm，当两个焊点间的距离L≥40mm时，可在两焊点中间布置一个RPS支撑点。

2.3 RPS点与零件干涉风险的规避

RPS定点为支撑块的中点，支撑块宽度B=16mm，最小安全距离Gmin=1.5，RPS点到零件特征的距离L=B/2+Gmin=9.5mm。定位块离零件特征最小的间隙Gmin=1.5mm；当止口距离≥16mm时，定位块的压紧距离a，需占到压紧面宽度H的2/3，a≥2/3B；当止口距离<16mm时，定位块的压紧距离需占到零件止口宽度的2/3，a≥2/3H，如图10所示。

当零件止口宽度H小于9.5mm时，按照常规原则RPS点将在零件之外，故此类RPS点布置在止口宽度的中点位置，在夹具、检具设计阶段，由夹具、检具设计部门按微调原则对坐标点进行调整，调整后的RPS点满足以上原则即可。

3 整车定位策略优化

在初版数模完后，会根据整车定位规范和具体设计方法完成初版RPS设计，但是在整车开发过程中，产品工程和制造工程是同步进行的，造型或者产品结构的变动都可能引起工艺和工装的变更，从而直接影响整车定位策略，此时，需由尺寸、产品和工艺部门沟通协调，及时做出定位方案的变更。总之，整车定位策略是随产品结构和工艺方案的优化，不断改进并最终确定的。

4 结束语

综上分析，整车定位策略设计是一个复杂的、涉及面广的工作，对于设计人员的专业知识要求较高。同时，设计整车定位要有一套严格的设计规范和具体的设计方法，避免不同设计人员因为设计思路不同而使加工基准和检测基准不一致，造成公差累积。因此，只有在设计阶段不断地优化定位和结构设计，减少因定位不合理所造成的尺寸偏差累积，才能更好地达到有效控制车辆尺寸，提升整车精度的目的。

参 考 文 献

[1] 蓝先.汽车整车定位策略设计开发的探讨[A].中国汽车工程学会.2010中国汽车工程学会年会论文集[C].中国汽车工程学会，2010：6.

[2] 李军均.基于实例的汽车整车开发技术及其应用研究[D].上海交通大学，2010.