外CAS面工程可行性分析

【摘 要】近年來，隨著汽車市場的不斷擴大，伴隨而來的競爭也越來越激烈。為應對激烈的競爭，目前各個汽車OEM不斷的推出新款車型。汽車外形是客戶選車的一個重要因素，為吸引客戶的注意力，新車外造型趨向于夸張和個性化設計，這就給設計、制造及質量部門帶來了很大挑戰。考慮降低設計風險和制造成本，在外造型CAS設計階段進行先期的同步工程可行性分析也顯得非常必要。

【關鍵詞】外CAS 主斷面 工程可行性分析

在現代整車開發過程中，伴隨著設計類軟件的飛速發展，汽車開發流程和周期也有了一些新的變化。在概念設計階段，汽車的外造型設計傳統流程為：設計外造型效果圖，效果圖評審通過后根據效果圖制作油泥模型，接著掃描油泥模型并逆向光順成A面，然后工程設計部門開展具體工程設計。隨著大量設計軟件的應用，一些新產品開發過程中已省略了油泥設計，直接由效果圖制作外CAS面，對外CAS面進行工程分析完再后進行A面光順，隨后進行工程設計。由于節省了油泥修改和后期部分工程問題修改的時間，從而有效的保證了設計開發進度。

1 CAS面的定義及CAS面設計時的輸入條件

CAS面的英文全稱是Concept A Surface，中文名稱是前期外A面數模，是汽車設計過程中用于表達造型設計意圖和一定工程信息的三維數字模型。

CAS面設計的主要工作是對造型外表面進行模型創建，進行CAS建模時需要提供效果圖、三視圖、約束邊界等必備條件，并且要滿足一些法規項目和結構控制條件的要求，如表1所示。

2 外CAS面工程可行性分析內容

外CAS面工程可行性分析的主要內容包括：

2.1整車重要零部件的布置校核和法規校核

初版的外CAS面完成之后，總布置工程師需對前期輸入給造型的邊界條件進行校核。一方面是對動力總成、底盤、電器等零部件在外CAS面的布置位置和重要間隙的校核， 另一方面是對外CAS面相關人機和法規項的校核，主要的人機和相關法規項見表2。

表2 外CAS面主要的人機和法規校核項目

2.2車身重要部位的結構形式、幾何尺寸分析和運動件初步校核

在外CAS設計階段，需對車身重要部位的結構形式、幾何尺寸及主要零部件安裝方式進行分析，主要通過主斷面設計的方法來實現。需設計主斷面的重點部位有：側圍立柱區域、側圍上邊梁區域、側圍門檻區域、Y0坐標處前后區域、開閉件附件安裝區域、前后縱梁區域等；通過這些典型部位的主斷面設計，可初步驗證當前CAS面能否滿足零部件的布置和配合空間、開閉件的密封結構、車體的結構剛度參數及零件制造工藝性等。例如，前門上鉸鏈位置主斷面主要表達了上鉸鏈的安裝方式、安裝位置的立柱結構和截面尺寸、前門前部密封方式和前門此處的開啟運動間隙，如圖1所示。

圖1 某車型前門上鉸鏈處主斷面

車身運動件初步校核主要包括：

（1）開閉件和加油口蓋的開啟角度或高度及人機法規校核；（2）鉸鏈、限位器、玻璃升降器、鎖體、開啟手柄、雨刮及氣彈簧等附件布置位置校核，操作方便性和舒適性的初步校核。

2.3 外覆蓋件制造工藝性及抗凹性的先期分析

初版外CAS面完成后，沖壓SE工程師會對外覆蓋件的成型工藝進行分析，分析的重點主要是分型線位置和外觀質量。分型線的位置會影響零件的產品品質、制造性及成本。外覆蓋件外觀質量缺陷有開裂、起皺、塌陷、沖擊線和滑移線等。設計人員在重要部位初步主斷面設計完之后，可根據外CAS面及主斷面構建初步的外覆蓋件數模，此時沖壓SE工程師可以對外覆蓋件的成型工序和成型可行性做出初步分析，將可能增加成型工序或成形難度較大的特征位置及時反饋給造型人員，協商解決可能產生的問題，以降低產品的制造風險和成本。同時，CAE部門也可對外覆蓋件初步數模進行抗凹性分析，將剛度較弱區域反饋給造型，并提出改進建議。

2.4 車身部分附件和外飾件等塑料件的結構和制造可行性前期分析

根據產品配置、OEM已有產品數據、造型外CAS面和外觀效果定義，可對外后視鏡、門外把手、前后風擋玻璃、保險杠和后尾翼等零部件進行結構分析。通過參考已有產品結構，首先對附件或外飾件的法規項、內部結構和安裝點布置空間做初步可行性分析，然后分析零件的出模方向、模具是否需要抽滑塊、需要抽滑塊的結構是否可行。零件的結構和工藝將會影響最終產品的成本及質量。

2.5 DTS文件中設定數值的初步驗算

根據外CAS面的分塊位置和形狀、主斷面、相關參考數據及OEM工藝水平等輸入條件，尺寸工程師可進行外觀分縫和面差的二維尺寸鏈計算，初步驗證DTS中設定值及公差是否能夠在實際生產中得到保證。

3 外CAS面工程可行性分析方法

對外CAS面進行工程可行性分析，目前行業內常會用到三種方法。

3.1競品對比分析法

許多OEM都會對競爭對手產品做整車性能和各系統性能對比，為了獲取競品車型各總成的相關性能參數和結構數據，一部分可通過試驗和測量來實現，但大部分詳細數據還需對競品車型進行結構拆解、掃描及逆向建模才能獲取。其中，對于車身專業來說，對于競品車型的分析，主要集中在外觀品質、車身結構、剛度、材料和工藝等方面。

采用競品對比分析方法對外CAS面進行分析，側重點主要在外觀品質的分析上。競品車型外觀品質分析主要是對主要的競品車型外觀零件的圓角大小、零部件之間的配合間隙和段差數值進行統計對比，總結各個位置的相關數值或數值范圍。在對新車型外CAS面的圓角、間隙、段差進行定義和校核時，競品車型的這些數據將作為重要的參考。

3.2車身主斷面設計

車身主斷面是指關鍵區域的斷面，主要表達了外觀圓角、間隙和段差信息，安裝件或焊接件之間的安裝和配合關系。對車身關鍵區域進行主斷面設計，是校核外CAS面工程可行性的主要方法。

設計人員在設計完主斷面后，還需讓SE工程師對主斷面做相應的工藝可行性分析。如B柱后部側圍上邊梁和門檻區域的主斷面（圖2和圖3），設計人員完成初版設計和校核后，SE工程師可對側圍外板和零部件搭接位置做沖壓和焊接分析。如圖4所示，沖壓SE工程師可根據上述主斷面初步確定側圍外板沖壓方向和校核拉延深度，焊接SE工程師可對頂蓋與側圍搭接部位做初步焊槍接近方便性分析。又如側圍與背門玻璃配合區域斷面，在完成設計校核后，SE工程師開始對該斷面進行工藝分析，此斷面工藝分析的重點在側圍翻邊處的沖壓可行性和焊接可行性上，如圖5所示。

圖2 某車型側圍上邊梁處主斷面

圖3 某車型側圍與門檻處主斷面

圖4 某車型側圍B柱后部主斷面工藝分析

圖5 某車型側圍與背門玻璃處主斷面示意圖

3.3初步數模分析法

由于主斷面只反映了斷面附近的結構和尺寸，外覆蓋件的一些過渡區域和細節區域的結構還是無法驗證，這就需要在初步主斷面設計完成之后，根據主斷面構建車身結構的粗略形面數模，以便能夠及時驗證外CAS和主斷面細節結構的可行性，反饋造型調整CAS面或調整主斷面細節結構和參數。此外，內外飾專業可將初步數模作為設計的參考邊界條件；SE工程師可根據初步數模運用分析軟件對一些工藝難點區域做進一步校核；總布置則可以根據初步數模進行詳細零部件布置和人機校核。

4結語

隨著市場競爭的加劇，各個汽車生產商都將降成本作為首要任務。車身開發費用在整車開發中的費用占據了很大的比例，如能在前期做好產品規劃，在CAS設計階段控制好造型的邊界條件，盡量實現產品的平臺化、通用化和制造方便性，將有效的降低整車成本，提高產品競爭力。

參考文獻：

[1]黃金陵.汽車車身設計.北京：機械工業出版社，2007.

[2]羅偉，孫大鵬，程鵬，程威.淺析汽車造型設計中的CAS.輕型汽車技術，2011，（10）.

作者簡介：閆紅光（1982—），男，漢族，河南許昌人，工學學士，工作單位，華泰汽車，汽車車身設計。