车身开发前期钣金异响风险规避方法浅析

摘 要：文章通过具体的实际案例详细说明了如何系统性地利用创新的排查方法，在车身设计开发过程中规避钣金异响的风险，降低后期设变的费用，减少甚至杜绝该类异响产生的售后问题和市场抱怨。

关键词：车身设计 钣金异响 规避方法

1 前言

异响问题作为售后问题影响着产品的声誉和客户满意度，但是车身部分钣金异响风险在设计阶段静态评估都是满足要求的，而且在试制车试验车上也没有暴露问题，而当投放市场，样本量足够大时，异响问题会出现，引起客户抱怨且返修困难。

对于车身钣金的异响，绝大多数风险可以通过满足设计规范要求而进行规避，但很难在设计前期发现异响风险的类型有3种：1.非焊接面之间或钣金边界距离R角距离设计值3-5mm以上，部分因为存在密封要求最小控制在2mm以内，但由于零件本身误差以及制造过程中的误差累积，导致最终间隙变小甚至干涉；2.R角匹配区域按照设计要求控制后，局部区域尤其是车身后部区域，在车身动态工况下，变形较大，导致钣金碰撞、摩擦产生异响；3. 地板等大而软的平板类零件，由于拉延不充分或者结构刚度不足导致后期产生的踩踏异响或按压异响。

2 排查方法和步骤

2.1 设计前期数模静态排查

3D数据设计阶段，尽量严格按照设计规范要求进行建模设计，对非焊接面、R角匹配处、焊点间距、止口边与面的间隙等等均有明确的规定值范围，而这些参考值均是基于大量的经验总结归纳得出，能最大程度地规避后期的异响风险。具体排查要求如下：

2.1.1 零件间配合间隙是否满足设计要求

钣金尽量避免大面积配合面的存在，非焊接部位需要保证3mm的间隙，如图1所示。

2.1.2 R角配合是否满足设计要求

R角配合要求如图2所示：

满足间隙尺寸≥1.0mm或满足切点距离3mm或满足半径关系

R1＞5mm时，R2＝R1+4

R1≤5mm时，R2＝R1=2

2.1.3 对接零件修边距离是否满足设计要求

对接零件修边要求如图3所示，距离≥5mm

2.1.4 切边与圆角距离是否满足设计要求

切边与台阶要求如图4所示：

切边与台阶邻近，安全距离如图示A距离最小为3mm。

2.1.5 焊点距离是否满足设计要求

不带结构胶的焊点间距：

建议80mm≥焊点间距≥25mm；

带结构胶的焊点间距：100mm≥焊点间距≥25mm

对于有工艺、结构等相矛盾之处，如对水密和气密影响的区域，为满足涂装密封要求，需适当缩小匹配间隙；对于布置空间有限或刚度强度需求等影响无法达到规范要求，此类有冲突和矛盾之处，要综合衡量，有所取舍，充分评估风险后让步，并记录风险点跟踪表，便于后期查找、追踪问题。

2.2 设计前期仿真动态排查

上节所述设计规范的排查仅仅针对静态工况，而实际车辆在行驶过程中会受到来自地面不同的激励，会使车身发生不同程度的弯曲变形和扭转变形，从而使静态工况下的间隙值发生改变。利用CAE仿真分析，计算车身各部位在扭转工况下的变形量，可以排查出变形量较大或已经导致钣金干涉区域，及时进行数据优化，从而提前避免异响风险，减少后续因修模等带来的时间和成本上的损失。

通常情况下，CAE仿真计算车身扭转刚度时，会定义3000N的载荷，对于刚度的计算是没有影响的，而进行异响排查，主要考虑的是动态下间隙的最终变化量，所以载荷的设置应根据车身尺寸和重量等信息，综合考虑后会相应增加。分析模型如图5所示：

2.3 试制阶段样车实物排查

在样车试制阶段，对前期排查的设计规范要求与实车的一致性进行排查，该项主要针对焊点及涂胶要求。而对于钣金间隙设计规范以及前期记录的让步接受风险点需进行多次实车测量，对于零件制造误差以及车身总拼累积误差导致间隙变小的区域，再次结合扭转工况下的变形量分析，仍然存在干涉异响风险的，需要采取相应的措施。

进行实车测量进行排查的条目有以下几点：

2.3.1 实物与设计符合度排查（工艺管控）

a. 焊点数量与设计是否一致

b. 焊点位置、间隙与设计是否一致

c. 涂胶量及涂胶轨迹是否符合设计规范

对于不符合项，需ME部门及供应商进行整改。

2.3.2 钣金间隙实车测量

由于零件的制造误差以及总成的累积误差不可避免，因此，实车测量后会有一部分间隙值小于设计理论值，再次结合CAE仿真分析动态扭转工况下的变形量，得出最终的间隙值，小于或等于零则判断存在异响风险。

针对排查出的风险项，具体措施有如下几方面：

a.要求供应商通过模具研合或修模，对零件走偏置公差以消除风险

b.焊点间距过大导致异响风险的，增加焊点

c.无法通过偏置公差消除的，对零件结构进行优化，进行设计变更

d.受边界条件影响，无法进行结构优化的，在两个零件间隙处增加结构胶片，隔断钣金之间的接触

2.3.3 下线车路试跑道检测及耐久车监测

通过下线车路试跑道及耐久车可以再次检测车辆在各种工况下是否有异响，但到了这个阶段再发现异响就比较被动，根本原因的查找难度加大，整改措施的制定也落实也需要浪费大量的人力和资金。因此，我们应尽可能地将车身异响风险规避在前期。

3 异响排查案例分析

3.1 钣金件之间碰撞摩擦异响排查（S&R）

按照前文所述方法对某车身进行钣金异响排查，发现多个设计间隙或实测值偏小，如顶盖后横梁与侧围外板匹配处、A柱加强板与A柱内板搭接处、后横梁与D柱搭接处等等，于是进行扭转工况下的动态变形量仿真，考虑车身尺寸及整车重量，选取载荷9000N，如图6所示：

以C柱内板与上边梁搭接区域为例，设计状态下，由于结构原因，无焊点区域最长间距120mm，非焊接区域避让间隙3mm，如图7所示。

CAE扭转工况下计算后，原3mm间隙局部区域减小至0.8mm，如图8所示。

而由于零件制造误差及总成焊接累积误差的原因，实车测量该处间隙最小值为1.8mm左右，故存在较大的钣金磕碰异响风险。采取的措施为：首先要求供应商零件通过模具研合走下偏差，其次R角处增加结构胶条，阻止两钣金间的直接接触，从而消除异响风险，如图9所示。

选取几处典型异响风险项，排查步骤、相关数据及采取的措施如表1所示。

3.2 钣金平板件踩踏异响排查

车身钣金异响，除了上述的钣金件振动、摩擦、碰撞产生的异响外，对于大而软的平板件，如地板，还存在刚度弱导致的踩踏变形异响问题，针对该类问题的排查方法和步骤如下：

3.2.1 CAE仿真分析

在前期数据设计阶段，采用Abaqus非线性求解器，约束车身截面处123方向自由度和车身底盘连接点1-6自由度。利用一个大小为250mm*80mm*80mm的木块模拟人体脚部，在地板表面加载垂向1000N的力，再卸载，计算加载点沿加载方向的最大位移、沿加载方向的残余位移（目标值<0.25mm）和塑性应变值（目标值<1%），与目标值进行比较，分析是否有刚度不足导致的异响风险。

对某车型地板A、B、C三个区域分别进行仿真分析，结果如图10所示。

由仿真分析结果可知，区域A最大变形量为6.056mm，略大于目标值，分析原因为该区域整体较平，缺少加强结构，优化结构设计，并再次分析，结果如图11所示。

由此可见，最终结构优化后，最大变形量由6.056mm降至5.491mm，残余变形量由0.059mm降至0.023mm，提升明显，均满足设计要求。

3.2.2 工艺分析

CAE踩踏仿真分析是基于数模结构进行的，而如果实物未能满足设计要求，拉延成型不充分导致局部特征高度不够，也会造成踩踏异响风险。

对某车型地板进行拉延工艺分析，结果如图12所示。

由此可见，局部特征拉延不充分，因此需要增加拉延筋，保证产品拉延充分，方案举例如图13所示：

3.2.3 实物分析

后期产品实物出来后，可对前期识别出的风险区域，使用测力计实测弹性形变力值，并进行多款车型对标，结果如图14所示：

由此可见，通过前期CAE踩踏分析和成型分析优化后的车型A的地板获得了最好的测试结果，最大程度地避免的踩踏异响风险。

4 总结

在前期的数据设计阶段，通过设计规范符合性的静态间隙检查和扭转工况下的CAE仿真动态间隙变化值检查，将钣金异响风险最大限度消除在前期，避免后期被动设变导致的时间和成本的浪费，从而尽可能地减少市场反馈的异响售后问题。

本文通过方法和思路的创新，系统性地介绍了钣金各种异响排查的方法以及可以采取的改进措施，为其他车身设计和研发工程师提供参考。

我们不仅仅要精益生产，更要精益设计，有的放矢，避免设计冗余，使车身轻量化和成本控制工作更上一个台阶。

参考文献：

[1]缑庆伟，关云霞.基于轿车车身钣金异响的分析研究[J].北京：时代汽车，2018.

[2]刘钦帅，闯超.基于制造工艺车身钣金异响分析及对策[J].北京：时代汽车，2024.

[3]张帅.某SUV车门异响CAE仿真研究[D].秦皇岛：燕山大学，2023.