新型BAFFLE在汽車車身設計中的研究與應用

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司產品工程部,武漢 430000）

0 概述

近年來，各大汽車廠家競爭非常激烈，隨著市場消費者趨于年輕化和對外觀造型設計優美感和運動感的喜愛，對車身設計提出了更高的要求，BAFFLE對整車NVH、氣密性、車身結構設計、制造工藝等有較大的影響[1]。本文通過設計階段的技術手段闡述，介紹了一種對于運動化美觀化造型局部空間要求苛刻的位置的BAFFLE的設計思路、優化方法及方案，能穩健又精益地滿足整車NVH、氣密性、制造工藝質量等要求，為運動化美觀化造型的車身結構設計提供了研究方法和借鑒。

1 側圍D柱BAFFLE的設計與仿真分析

圖1 側圍D柱BAFFLE安裝分布示意圖

側圍D柱BAFFLE主要作用是削弱后輪路噪對乘員艙的影響，提升后排乘員的NVH性能。整車制造工藝中，側圍外板分總成在LOADING過程需要避開側圍D柱BAFFLE。NVH性能需要BAFFLE與側圍外板鈑金間隙小，制造工藝和質量需要BAFFLE與側圍外板鈑金間隙大。BAFFLE的結構設計對性能和制造工藝影響明顯，一種精益的BAFFLE結構設計非常有需要[2]。通過頭腦風暴和普氏矩陣分析，選擇最佳的側圍D柱BAFFLE的開發設計策略，通過正交試驗優化BAFFLE的結構設計，使得精益化的BAFFLE設計在滿足NVH性能和制造工藝質量的同時，提升制造效率和穩定性，降低制造運營成本。

1.1 指標定義

為了得到穩定性、NVH性能表現好、質量輕、制造工藝質量好、效率高的BAFFLE，優化目標為BAFFLE質量輕、CT時間短，約束條件為NVH性能和制造工藝質量滿足要求，最終獲得能穩健又精益地滿足整車NVH性能、氣密性、制造工藝質量等要求的側圍D柱BAFFLE設計方案。

研究和經驗發現，BAFFLE發泡后與側圍鈑金之間的間隙能直接反映出NVH性能和氣密性，間隙越小性能越好，因此目標要求是BAFFLE發泡后與側圍鈑金之間的間隙為零。同時從制造工藝質量角度，側圍外板分總成在LOADING過程中不能與BAFFLE發生干涉，或者發生干涉不會產生凸點等質量問題。因此必須滿足以下兩點指標要求[3]：（1）BAFFLE發泡后與側圍鈑金之間間隙為零；（2）制造工藝質量和穩定性好。

圖2 側圍外板分總成LOADING

1.2 方案選擇

方案選擇標準：NVH性能、結構性能、耐久性能、布置可行性、ME制造工藝、重量。

方案選擇方法：普氏概念選擇[3]。

開發設計方案：見圖3三種設計策略方案A、B、C。

圖3 BAFFLE策略方案及發泡效果模擬圖

開放式的策略方案特點：適用于形狀規則的鈑金型面，缺點是大面積使用膨脹材料，發泡無導向，呈四周擴散性，對鈑金層邊角位置的發泡較不利。夾層式的策略方案特點：適用于形狀不規則的鈑金型面，發泡層位于兩層骨架中間，發泡時只朝周圍發泡，具有明顯導向性，密封性相對最好，使用嵌件注塑工藝，報廢率相對其他結構高。跑道式的策略方案特點：適用于形狀不規則的鈑金型面，發泡材料置于骨架邊緣，發泡時向周圍和上方發泡，對于密封性有很好的控制，優點是成型易、密封性好。

表1 第一輪普氏分析

表2 第二輪普氏分析

第一輪普氏分析（表1）：以策略方案A為基準，策略方案B和C相對優勢明顯，本輪勝出。第二輪普氏分析（表2）：以策略方案B為基準，策略方案A劣勢明顯，故排除A，策略方案C相對有一定優勢，本輪C勝出。

表3 第三輪普氏分析

第三輪普氏分析（表3）：以策略方案C為基準，策略方案A劣勢明顯，策略方案B相對有一定劣勢，本輪C勝出。

經過三輪分析，策略方案C在性能、重量等方面優勢明顯，因此選擇策略方案C（跑道式策略）作為本次優化工作的對象。

1.3 產品設計優化流程

1.3.1 參數定義

首先確定并定義設計優化范圍和相應的優化指標[4]，設計策略方案的參數示意圖如圖4所示，淡黃色部分是BAFFLE發泡材料，淡灰色部分是BAFFLE骨架，并定義優化參數：發泡材料的厚度A，發泡材料的長度B，骨架墻的高度C，骨架墻的寬度D。

圖4 設計參數示意圖

1.3.2 正交試驗設計與計算結果

根據參數示意圖，可分別制定設計參數的各個水平，選擇相應的L9正交列表進行正交試驗[5]，如表4、表5所示。

表4 參數控制表（控制因子與水平）

表5 正交試驗設計與結果

1.4 分析驗證

表6 正交試驗設結果分析

將每一組正交試驗組合進行試驗和CAE模擬仿真分析，并對正交試驗結果的Mean Graphs[5]進行分析，經研究分析（見表6）發現：關于發泡材料厚度，發泡材料厚度的增大，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，增大到一定程度后效果就不明顯；關于發泡材料長度，發泡材料長度的增加，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，效果顯著，但是對制造工藝質量的穩定性和CT影響明顯，需要綜合考慮；關于骨架墻的高度，骨架墻高度的增加，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，增大到一定程度后效果就不明顯；關于骨架墻的寬度，骨架墻寬度的增加，能有效減少BAFFLE與鈑金的間隙，效果顯著。綜合考慮NVH性能、重量、制造工藝質量、穩定性和CT，最優設計方案組合應該是：A2B1C2D3。（跑道式策略的BAFFLE，BAFFLE的發泡材料厚度5 mm，發泡材料長度10 mm，骨架墻的高度8.5 mm，骨架墻的寬度30 mm）

1.5 收益確認

明確定義BAFFLE設計的一些關鍵且重要的要求，并在設計開發中進行了優化和實現，不僅能夠更好地滿足NVH性能要求、制造工藝質量和穩定性，同時也能夠縮短工廠制造CT，到達提高制造效率的效果。以某MPV車型為例，通過對該車型側圍D柱BAFFLE進行了設計優化和應用，實現了有效提升制造工藝質量、穩定性和效率，CT周期降低了0.8 s。

2 結束語

汽車車身BAFFLE優化設計在車身設計中的應用，給運動化美觀化造型局部空間要求苛刻的位置的BAFFLE提供了可實現的設計思路、優化方法及方案，能穩健又精益地滿足整車NVH性能、制造工藝質量、穩定性等要求，在運動化美觀化造型的車身結構設計開發中具有廣泛而普遍的應用價值。在實現優異性能的前提下，提高制造效率，降低制造運營總成本，最終能夠提升車企的產品競爭力。