某汽车仪表板管梁方案设计及问题整改

李伦洪

某汽车仪表板管梁方案设计及问题整改

李伦洪

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

仪表板管梁作为内饰重要组件之一，零部件性能要求格外重要，文章主要从以下几点来阐述仪表板管梁设计方案：重量现状、焊接顺序、工艺方案、性能要求及部分重要零部件结构解析，对仪表板管梁数据进行模态与刚度的CAE分析，并根据CAE分析结果对问题点进行整改再进行CAE分析直至分析结构满足要求，以保证仪表板管梁各支架的性能满足设计要求，使乘客的人身安全得到充分的保障。

仪表板管梁；强度；整改

引言

仪表板管梁是内饰很重要的组件之一，位于仪表板系统和车体之间，安装于车体上。车上的各种零部件，如组合仪表、控制开关、空调、音响娱乐系统、安全气囊等附件通常都是安装在仪表板横梁和仪表板本体上。仪表板管梁支撑着仪表板总成的整体刚性，同时在整车正碰时对整个驾驶室起到加强作用。所以在仪表板管梁方案设计时，不仅需要考虑整个仪表板系统安装固定点的布置，还要保证仪表板管梁各支架的强度满足设计要求，使乘客的人身安全得到充分的保障。

1 设计说明

横梁的设计原则即要满足以下几点：满足整体刚度，在正碰时能有效防止变形而不伤害到乘客[1]；支持转向管柱功能；支持电器件的固定；支持仪表板的固定，有效提高仪表板的强度；支持膝盖碰撞保护，能提供一个缓冲吸能的空间[2]；支持安全气囊的固定，为安全气囊的顺利爆破提供支撑；在满足强度要求的情况下最大限度地减小重量。本文主要从以下几个方面来阐述仪表板管梁的设计方案：

1.1 仪表板管梁重量现状

仪表板管梁重量现状如表1所示：

表1 仪表板管梁重量现状

材料工艺重量/kg尺寸/mm SPCC冲压8.21 387×373×670

1.2 焊接顺序

仪表板管梁是由冲压单件再焊接成型，焊接工艺和焊接过程的控制对仪表板管梁梁的功能实现将产生很大影响，包括尺寸精度、支撑强度等，严重的将影响仪表板管梁的承载能力，降低整车的性能。

仪表板管梁各零部件安装顺序见下图1所示。

图1 仪表板管梁各零部件安装顺序

1.3 工艺方案

仪表板管梁各零部件工艺方案见下表2所示。

表2 仪表板管梁各零部件工艺方案

零件名称材料料厚/mm制造工艺 乘员/驾驶侧横梁SPCC2冲压 右侧安装支架SPCC2冲压 左侧定位销安装支架SPCC2冲压 空调安装支架Ⅰ-ⅣSPCC1.2冲压 BCM安装支架ⅠSPCC1.2冲压 室内电器盒左支架SPCC1.5冲压 左侧安装支架SPCC1.5冲压 转向管柱加强支架SPCC1.5冲压 乘员/驾驶侧支架SPCC1.5冲压 IP驾驶侧支架SPCC1.2冲压 护板左/右安装支架SPCC1.2冲压 转向管柱安装板SPCC2.5冲压 管柱转轴安装支架SPCC3冲压 IP定位支架SPCC1.5冲压 PAB安装支架SPCC2冲压 手套箱上部支撑支架SPCC1.2冲压 手套箱左侧支撑支架SPCC1.5冲压 手套箱连接支架SPCC1.2冲压 车身安装前支架SPCC1.5冲压 前支架加强板SPCC2冲压 中央支撑支架SPCC1.5冲压 IP中间下安装支架SPCC2冲压 左侧延伸板安装支架SPCC1.2冲压

此仪表板管梁采用直管设计，主管梁由同轴不同径乘员侧横梁及驾驶侧横梁构成，管梁两侧均有左/右固定支架提供主支撑，前围有管柱固定支架提供主支撑，中间有中央支撑支架接地辅助支撑，各零部件安装支架冲压成型后通过CO2气体保护焊焊接成型。

1.4 性能要求

（1）产品表面进行电泳处理，颜色为黑色，漆膜厚度≥20 μm，涂层均匀；

（2）按GB/T 10125标准规定的中性盐雾（NSS试验）方法配制浓度为5%，pH值为6.5～7.2的盐溶液，在（35±2）℃的环境中，产品应经受满足试验150 h无红锈试验要求[3]。

1.5 结构设计

1.5.1左侧定位销安装支架

如图2所示，左侧定位销安装支架使用4个M8螺栓进行固定，共2处，固定于右A柱下内板。管梁上焊接一直径为Φ11 mm定位销，此处为−4向定位。

图2 左侧定位销安装支架安装定位示意

1.5.2右侧定位销安装支架

如图3所示，右侧定位销安装支架使用4个M8螺栓进行固定，共2处，固定于右A柱下内板。管梁上焊接一直径为Φ11 mm定位销，此处为−2向定位。

左侧为主定位，右侧为辅助定位，限制管梁总成在整车方向上的偏差。两侧固定点是仪表板管梁最主要的安装点。考虑钣金的焊接公差，横梁上下两个固定点都采用大圆孔，以便安装的时候合理地调整尺寸。

图3 右侧定位销安装支架安装定位示意

1.5.3转向管柱安装支架总成

转向管柱是整车中重要的安全件，在汽车行驶过程中，会承受到来自各个方向的外力冲击，这就要求，转向管柱安装支架不但要固定可靠，在结构上还要考虑到转向管柱的结构需求。转向管柱通过M8的螺栓与转向管柱连接，采用“盒式”结构，加强自身结构强度。

如图4所示，前支架加强板组件采用2个M8螺栓固定在车身中安装板上。

图4 转向管柱安装支架总成安装定位示意

1.5.4中央支撑支架

如图5所示，中央支撑支架采用2个M8螺栓固定在中央通道上，以支持转向管柱的固定及满足CAE试验要求。

图5 中央支撑支架安装定位示意

1.6 模态频率分析

仪表板管梁的模态频率是指发动机怠速运转时横梁的振动频率，管梁的模态频率要求避开怠速二阶激励。4缸发动机的怠速二阶激励频率一般在26.7 Hz左右，最佳状态下方向盘振动频率应该在38 Hz以上。此仪表板管梁模态CAE分析结果如下图6所示，结果显示，模态满足要求。

图6 模态CAE分析结果

2 问题整改

2.1 问题现状

仪表板管梁初版数据制作完成后对管梁强度进行CAE分析，其中转向管柱安装支架侧向力分析试验要求：把 CCB 总成以符合实际工作情况的约束方式固定在测试工装上，在转向管柱下安装支架中心位置+向加载4 kN，记录力-位移曲线，支架位移量小于1 mm。分析结果如下表3所示，结果显示，转向管柱安装支架侧向力要求不满足要求，待优化。

表3 管梁一次CAE分析结果

方向位移量/mm结果 X方向2.75不满足要求 Y方向1.86 Z方向1.00 目标值1.00

2.2 整改措施

为提高转向管柱安装支架强度，结合CAE分析结果，现对仪表板管梁进行以下优化：

2.2.1措施一

将管柱支架前围安装点向降低约55 mm（前围安装点安装方式由发舱外打螺栓连接改为驾驶舱内打螺栓连接），如下图6所示。

图6 措施一示意

2.2.1措施二

增加管梁前支架加强板并增加车身安装前支架局部料厚，如下图7所示。

图7 措施二示意

2.3 整改结果

仪表板管梁结构优化后，再次对管梁强度进行CAE分析，其中转向管柱安装支架侧向力要求分析结果如下表4所示。结果显示，满足要求。

表4 管梁二次CAE分析结果

方向位移量/mm结果 X方向0.96满足要求 Y方向0.92 Z方向0.86 目标值1.00

3 总结

根据车型定位和结构分析，仪表板管梁基本结构及工艺参数选择为：管梁采用直管设计，主管梁由同轴不同径乘员侧横梁及驾驶侧横梁构成，材料采用SPCC，CO2保护焊焊接。同时对产品表面进行电泳处理，颜色为黑色，漆膜厚度≥20 μm，涂层均匀并满足中性盐雾试验150 h无红锈[1]。

在设计过程中需提前做好设计构想，既要保证各零部件的安装需求，也要同时考虑自身强度，满足性能要求。统筹考虑，避免后期不必要的整改，提升设计水平。

[1] 全国汽车标准化技术委员会.乘用车内部凸出物:GB 11552[S].北京:工业和信息化部,2009.

[2] 中国国家标准化管理委员会.乘用车正面碰撞的乘员保护:GB 11551[S].北京:国家质量监督检验检疫总局,2014.

[3] 中国国家标准化管理委员会.人造气氛腐蚀试验盐雾试验:GB 10125[S].北京:中国标准出版社,2012.

Design and Problem Rectification of Cross Car Beam of an Automobile

LI Lunhong

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

As one of the important components of interior decoration, the performance requirements of components are particularly important. The article mainly expounds the design scheme of cross car beam from the following points: weight status, welding sequence, process, performance requirements and some important parts structure analysis, illustrated the cross car beam data modal and stiffness of CAE analysis, and according to the CAE analysis results to rectify and analysis until the analysis structure meet the requirements, in order to make sure the cross car beam illustrated the stent performance meet the design requirements, the safety of passengers is fully guaranteed.

Cross car beam; Intensity; Rectify and reform

U463.7

A

1671-7988(2021)23-142-04

U463.7

A

1671-7988(2021)23-142-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.023.040

李伦洪（1991—），女，助理工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，从事汽车内饰设计。