基于3DCS的SUV后部偏差分析

楊凱

(廣汽新能源汽車有限公司，廣東廣州 511400)

0 引言

隨著汽車消費市場對汽車商品外觀性的要求越來越高，如何保證高品質(zhì)的整車匹配成為了各大主機廠尺寸專業(yè)人員的首要研究方向，尺寸鏈分析也得到越來越多汽車公司的重視，由于1D尺寸鏈僅適用于線性尺寸鏈分析的局限性，推進了3D尺寸鏈分析在汽車行業(yè)的廣泛發(fā)展。在進行門蓋匹配、尾燈等比較復雜的3D尺寸鏈分析時，通常會運用到3D尺寸鏈分析軟件。

在研究整車后部區(qū)域外觀品質(zhì)問題中，后背門及周邊件與側(cè)圍上零件的匹配是首要的研究對象。后部區(qū)域的配合因受到包括白車身制造精度、后背門裝配偏差及相關外飾零件精度等多重因素影響，且由于后背門裝配結(jié)構(gòu)特殊，SUV車型一般安裝點均布置在車頂一側(cè)，背門中下部區(qū)域與周圈零部件的匹配易受到后背門裝配旋轉(zhuǎn)等幾何因素引起的偏差放大。因此在做后背門區(qū)域相關尺寸鏈分析中，僅依靠一維尺寸鏈進行尺寸分析有很大的局限性，通常需要引用3D尺寸鏈分析軟件進行仿真分析[1]。本文作者以某SUV車型開發(fā)過程中，尺寸工程運用3DCS尺寸鏈分析軟件對后部區(qū)域-尾燈與后風擋匹配進行偏差分析，并介紹3DCS軟件在尺寸公差問題解決中的運用。

1 仿真分析原理及建模流程

目前3D尺寸鏈仿真分析軟件主要是3DCS和VISVSA兩種，兩者均采用蒙特卡羅模擬算法，其基本思想是把封閉環(huán)尺寸公差的問題轉(zhuǎn)化為求解一個隨機變量的統(tǒng)計問題來處理，封閉環(huán)尺寸公差的確定，采用隨機模擬和統(tǒng)計實驗的方法求解[2-3]。

3D尺寸鏈仿真分析的過程是通過在軟件中模擬模型的裝配并計算裝配體偏差積累、傳遞情況，工程師根據(jù)分析計算結(jié)果，綜合考慮公差超差情況、公差、幾何等影響因子以及現(xiàn)場實際工藝能力，制造成本等因素，從公差優(yōu)化分配、設計優(yōu)化、工藝優(yōu)化等角度優(yōu)化模型，降低匹配風險，并最終達成匹配目標[2-3]。

圖1為3DCS常規(guī)建模的流程。

圖1 3DCS偏差分析模型流程

2 裝配與工藝

后部區(qū)域尾燈與后風擋的匹配如圖2所示，尾燈裝配在側(cè)圍上，后風擋裝配在后背門上，尾燈與后風擋匹配主要受到尾燈、側(cè)圍總成、后背門總成、后風擋玻璃等零部件的偏差及裝配、調(diào)整等工藝偏差影響。

圖2 尾燈與后風擋玻璃裝配要求

2.1 白車身裝配工藝

白車身裝配工藝如圖3所示，后背門焊合總成與鉸鏈總成首先在背門鉸鏈工裝上裝配，之后背門總成采用背門工裝裝配至白車身。

圖3 白車身裝配工藝流程

2.2 尾燈與后擋風玻璃裝配工藝

尾燈的裝配是通過尾燈自定位裝配至側(cè)圍一側(cè)，零部件裝配為X向打緊，Y、Z方向銷定位，尾燈定位基準如圖4所示。

后風擋玻璃裝配采用機器人抓取Y向?qū)χ醒b配，如圖5所示，X向為玻璃裝配至背門上零貼(A1-A4)，Z向采用銷釘定位(B1、B2)，Y向為機器人對中抓取零部件后根據(jù)背門上特征對中裝配(C1、C2)。

圖4 尾燈定位方案

圖5 后風擋裝配基準

3 仿真模型建模

3.1 分析目標

根據(jù)市場對標及車型品質(zhì)要求，尾燈與后風擋玻璃DTS定義要求為：間隙(GAP)4.0±1.5//1.5，面差(FLUSH)2.0±1.5//1.5。

3.2 模型定義

在軟件中按整車裝配工藝定義MOVE后，參考表1對模型中零部件及工裝定義公差，根據(jù)分析目標完成相關測量點定義。將各項輸入信息體現(xiàn)到仿真模型中后，進行5 000次的仿真計算。

3.3 計算結(jié)果

從分析結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，尾燈與后風擋的間隙、面差仿真結(jié)果很差，最大超差率為16.8%。 分析尾燈與后風擋間隙、面差的尺寸鏈環(huán)貢獻排序表，發(fā)現(xiàn)是尾燈安裝點對結(jié)果影響較大，結(jié)合車身安裝點的 GFactor敏感度系數(shù)值為1.95(見圖 6)，即此定位點公差將放大 1.95倍，原因在于尾燈安裝點基本在一條線上，裝配容易翻轉(zhuǎn)造成公差放大。

表1 公差定義

圖6 尾燈與后風擋面差GFactor報告

3.4 優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

由以上分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)方案對最終匹配存在較大風險，需對影響因子較大的做優(yōu)化，因此制定出定位方案二，對大燈安裝點優(yōu)化，保證基準穩(wěn)健性，如圖7所示。

圖7 尾燈定位優(yōu)化方案

將新的定位方案輸入到模型中進行模擬分析，仿真分析結(jié)果見表 2。從表中可看出，尾燈方案二的偏差值和超差率相比方案一均有了較大的優(yōu)化，大超差率為4.9%。 結(jié)構(gòu)上的影響GFactor敏感度系數(shù)值最大為1(見圖8)，說明尾燈結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果明顯。

表2 方案一和方案二的尺寸鏈三維分析結(jié)果對比

圖8 尾燈定位優(yōu)化后GFactor報告

3.5 優(yōu)化公差

由表2分析結(jié)果可知，方案二中尾燈與后風擋面差超差率均高于2%的要求，因此需要考慮對其貢獻較大的鏈環(huán)公差進行修正設計與分析。 一般是選擇公差貢獻靠前的尺寸鏈環(huán)進行優(yōu)化。

根據(jù)表3，對尾燈與后風擋間隙、面差影響較大的貢獻因子包含車身上尾燈安裝孔、面偏差、后風擋匹配面偏差、尾燈匹配面偏差、車身上背門安裝點面偏差。

表3 尾燈與后風擋面差靈敏度分析結(jié)果

通過與燈具以及后風擋供應商溝通，將尾燈匹配面公差±1.0//1.0優(yōu)化為±0.7//0.7，后風擋玻璃匹配面公差±1.0優(yōu)化為±0.8。表3中1、4項尺寸公差在白車身中增加功能尺寸控制±1.0。按照以上公差優(yōu)化方案，對關聯(lián)零部件的公差優(yōu)化，分析結(jié)果見表4。

表4 方案二和方案三的尺寸鏈三維分析結(jié)果對比

4 結(jié)論

通過對某車型后部區(qū)域匹配偏差的分析，在產(chǎn)品設計階段充分考慮零件的安裝穩(wěn)健性，對尾燈定位方案優(yōu)化，提高匹配的穩(wěn)定性。同時對匹配風險較高區(qū)域尺寸鏈環(huán)上公差做了優(yōu)化，降低了尾燈與后風擋玻璃匹配的超差率。以上方法已在實車匹配中得到驗證。