三維偏差分析技術在前大燈區域匹配質量分析中的應用

代 彤，潘 強，房振飛，劉永星 Dai Tong，Pan Qiang，Fang Zhenfei，Liu Yongxing

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三維偏差分析技術在前大燈區域匹配質量分析中的應用

代 彤，潘 強，房振飛，劉永星 Dai Tong，Pan Qiang，Fang Zhenfei，Liu Yongxing

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300 ）

借助三維偏差分析軟件3DCS對某車型前大燈區域的匹配質量進行分析及優化，以相關零部件的定位結構、配接關系、裝配順序、設計公差為模型輸入，以設計前期的DTS（Dimensional Technical Specification，尺寸技術規范）為分析目標，將相關零部件按照理論裝配過程進行虛擬組裝，建立三維偏差分析模型，對前大燈與周邊件的匹配間隙和面差進行虛擬偏差分析，優化相關件的設計結構，提高分析目標的合格率。

三維偏差分析；蒙特卡洛；前大燈；匹配質量

0 引 言

汽車制造工程是一個系統化的集成工程，一輛汽車是一個包含14 000～16 000個零部件，超過800個供應商，在70多個裝配站上使用150多套夾具進行定位夾緊，使用4 000多個焊點進行固接的復雜裝配體[1]，車身裝配過程中零部件之間的約束方式和裝配工序繁多，針對車身裝配偏差累積的分析十分復雜[2]，三維偏差分析技術的應用能夠更加合理地分析整車的外觀質量問題。三維偏差分析技術能夠模擬零部件在裝配過程中的偏差，包括外形偏差、輪廓誤差和裝配誤差[3]。偏差直接作用于零部件之上，改變其形位，通過大量的運動路線模擬裝配過程，可以直觀感受裝配過程，并根據分析結果對零部件的設計方案進行優化。

1 基于3DCS模型的分析

1.1 三維偏差分析流程

三維偏差仿真分析的載體為三維模型，根據零部件的定位結構、工裝夾具、工藝流程及裝配順序建立分析模型，將相應公差附加在零部件的裝配和測量等特征處，根據分析目標要求建立合理的測量，運行仿真分析，針對超差位置制定優化方案，減少重復工作，提高設計方案合理性[4]，三維偏差分析的具體流程如圖1所示。

1.2 解析分析目標創建測量

前大燈區域匹配質量要求需要綜合考慮競標車水平、零部件設計結構、客戶感知要求、零部件制造精度以及車間制造水平等因素，在設計前期建立虛擬裝配模型，能夠提前驗證DTS（Dimensional Technical Specification，尺寸技術規范）定義要求和相關零部件的設計方案。建立分析模型過程中，根據DTS定義要求建立相關測量，某車型前大燈區域的DTS定義值布置的相應測點如圖2所示，其中G為間隙，F為面差（下同）。

1.3 零部件的裝配順序及定位方案

解析相關零部件的結構特點，對該前大燈區域的分析目標存在影響的零部件包括白車身總成、前端模塊、翼子板總成、發動機蓋總成、發動機蓋鉸鏈、前大燈總成、前保險杠和上格柵等，具體裝配順序為：白車身—翼子板—前端模塊工裝—前端模塊—發動機蓋工裝—發動機蓋鉸鏈—發動機蓋總成—前大燈安裝支架—前大燈—前保險杠安裝支架—前保險杠總成。

因格柵亮條與前大燈亮條之間的匹配質量對整車感知影響較大，且后期匹配比較困難，在方案設計階段為保證該處匹配質量，對相關零部件的結構進行優化，格柵亮條與前大燈亮條之間的匹配間隙方向為向，格柵隨前保一起向定位在前端模塊上，前大燈向定位在翼子板上，為保證匹配間隙將前端模塊工裝的向也定位在翼子板上，并使結構實現前端模塊的向對中，保證左右側間隙的一致性。

3DCS軟件建模分析時一般將零部件假設為剛性件，對于柔性較大的前?？偝稍诮７治鰰r需要根據其結構特點進行分塊建模，一般將其分為3部分，分別計算與翼子板的匹配質量、與前大燈的匹配質量以及與發動機蓋的匹配質量。

1.4 前大燈區域仿真分析結果

測量要求根據DTS進行設定，統計結果中只列出超差風險及6值，超差風險在5%以內認為滿足設計要求，在輸出結果中顯示為白底黑字；超差風險在5%～10%之間認為存在一定風險，在輸出結果中顯示為灰底黑字；超差風險在10%以上認為超差比較嚴重，在輸出結果中顯示為黑底白字。對黑底白字的分析目標必須制定相應的優化方案進行優化，前大燈區域匹配分析結果如圖3所示。

圖3 前大燈區域原始分析結果

由圖3分析結果可知，格柵亮條與前大燈亮條的匹配間隙（A-1）在最下點（G3）處存在一定超差風險，發動機蓋與前大燈匹配面差（A-2、A-3）存在一定超差風險，前大燈與翼子板在最上點處（A-4）和發動機蓋與前大燈匹配間隙（A-2、A-3）超差風險較大，需要根據分析結果進行優化。

發動機蓋與前大燈匹配間隙和面差分析結果如圖4所示，以A-2為例，綜合零部件結構特點及分析過程，前大燈與前保險杠總成的匹配間隙由前端模塊的工裝進行保證，為保證向匹配面差，前保險杠總成向定位在前大燈上，前大燈與翼子板之間有直接定位點，所以二者之間的匹配關系較容易保證，前大燈與發動機蓋總成之間無直接定位關聯，且二者之間尺寸鏈較長，匹配間隙和面差均存在超差風險。

2 設計方案優化及優化結果

2.1 零部件結構優化及分析結果

分析結果顯示前大燈向定位點精度對二者匹配間隙影響較大，因結構原因前大燈向定位方案不穩健，且發動機蓋總成前向定位點在前端模塊上，前端模塊向定位在翼子板上，優化方案為將前大燈向定位點后移，直接定位在翼子板上。

前大燈定位方案優化后，發動機蓋與前大燈之間的匹配間隙和面差分析結果如圖5所示。

發動機蓋與前大燈的匹配間隙超差風險由24.71%降低到7.69%，6值由5.18減小為3.39，改善效果顯著；匹配面差的超差風險由9.41%降低到9.08%，6值由3.58減小為3.55，改善效果較小，不滿足設計要求。

2.2 分析目標優化及分析結果

對前大燈的定位方案優化之后，前大燈與發動機蓋總成的匹配間隙和面差均得到改善，但是依然存在較大超差風險，發動機蓋匹配面處公差為（1.2±0.6）mm、前大燈總成匹配面處公差為（1.4±0.7）mm，且發動機蓋與側圍之間在后端存在向匹配間隙，調整量有限，該處匹配間隙和面差DTS定義均為±1.0 mm，后期匹配困難，建議將該處DTS定義更改為±1.2 mm，并在前大燈上添加密封條改善該處感知質量。

將DTS定義值優化后的分析結果如圖6所示。由圖6分析結果可知，經過前大燈定位方案優化以及DTS定義值優化之后，發動機蓋與前大燈之間的匹配間隙超差風險為3.38%，匹配面差超差風險為4.24%，基本滿足設計要求。

2.3 優化后前大燈區域的分析結果

模型優化后，前大燈區域的匹配質量仿真分析結果如圖7所示。

圖4 A-2匹配間隙和面差分析結果

圖5 結構優化后A-2匹配間隙和面差分析結果

圖6 目標優化后A-2匹配間隙和面差分析結果

圖7 優化后前大燈區域分析結果

由圖7分析結果可知，優化后前大燈區域的匹配質量分析結果基本滿足設計要求，前大燈與發動機蓋之間的匹配間隙改善明顯，由24.71%的超差風險降低為3.06%，優化前大燈定位方案提升了定位的穩健性，前大燈與翼子板上點的匹配間隙以及與格柵飾條下點的匹配間隙均得到改善，且超差風險在可接受范圍內，模型整體優化效果顯著，建議執行優化方案。

3 結論與展望

三維偏差分析技術在某車型前大燈區域匹配質量分析中的應用表明，其在DTS定義、零部件結構設計和公差設計過程中起著重要的作用，三維偏差分析結果能夠更加超前、快速地驗證設計方案，并直觀展示虛擬裝配過程，通過圖形化的界面表達分析結果，提前暴露設計方案缺陷，輔助實現將設計問題在設計階段解決的目標，這是汽車同步工程的重要組成部分。

三維偏差分析技術的發展能夠推動虛擬工程樣車系統的完善，在設計階段通過虛擬組裝完成車身匹配驗證和優化，減少為實現尺寸匹配而進行的樣車試制工作，縮短項目開發時間，降低試制成本。

[1]胡敏. 轎車車身尺寸工程概述[J]. 上海汽車，2002（7）：15-18.

[2]熊潔. 三維偏差分析軟件在汽車開發中的應用[J].企業科技與發展，2010，22（292）：92-95.

[3]徐西會. 基于3DCS的公差分析技術研究及應用[D]. 濟南：山東大學，2012.

[4]王鏑. 基于尺寸工程的轎車行李廂蓋總成與尾燈裝配偏差分析[J].汽車技術，2004（2）：33-36.

2017-09-05

1002-4581（2017）06-0037-04

U463.65+1.02

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2017.06.011