一種一體式頂邊梁產品化研究

呂章娥　王智勇　唐偉

摘 要：文章中針對是新能源汽車頂邊梁設計，試制中存在的外觀感官質量問題，裝配問題進行探討，目前汽車頂邊梁的設計很多還停留在探索階段，存在很多問題：模具件多，工裝投入大，樣件合格率低，返工頻繁，返修過程中樣件破損，裝車外觀差等。文章基于某公司大膽嘗試一體式頂邊梁設計并通過試制驗證達到設計預期，實現降本，提高生產效率的目標。

關鍵詞：一體式 頂邊梁 產品化

Research on the Integration of Top and Side Beams

Lv zhange Wang Zhiyong Tang Wei

Abstract：In this paper， the design of the top side edge beam of the new energy vehicle， the appearance sensory quality problems and the assembly problems in the trial production are discussed. At present， the design of automobile roof side beams is still in the exploratory stage， and there are many problems： many mold parts， large investment in tooling， low sample qualification rate， frequent rework， sample damage during the repair process， poor appearance of the vehicle， etc. This article is based on the design of an integrated top side beam of a company， and has achieved the design expectations through trial production verification， achieving the goal of reducing costs and improving production efficiency.

Key words：integration， side roof beam garnish， productization

1 前言

隨著新能源汽車市場快速發展，新能源汽車市場占有率快速上升，不久將來取代燃油車市場地位。市場上新能源汽車競爭猛烈，國家補貼在慢慢退出，新能源汽車利潤在壓縮新能源續航里程短板亟待補齊，降低成本，輕量化已逐漸成為汽車產品的重要標簽。因此，我們設計需要考慮生產的效率，投入少，安裝方便，可靠性，在實現產品功能，設計目標的基礎上降本減重。

2 目前市場主流設計方案

本文中所說的頂邊梁是指側圍門上段部分，到后三角窗上段部分的裝飾覆蓋件，如下圖1所示。

目前已上市車型塑料頂邊梁都是分段式，如小螞蟻，分三段，BMW I3，分兩段等。一體式頂邊梁外觀美觀，提升車輛整體檔次。 某品牌某款新能源電動車，頂邊梁分三段，前，中，后頂邊梁。頂邊梁各段有安裝支架，頂邊梁安裝支架先通過螺栓連接安裝定位在車身骨架上，如圖2所示：

頂邊梁通過自身卡扣與安裝支架卡接。中間頂邊梁先裝配在其支架上，兩端用螺栓緊固，再后頂邊梁與中間頂邊梁卡接（搭接處），再與后頂邊梁支架卡接，然后依次安裝螺栓（后背門流水槽處）等。最后前頂邊梁卡接到中頂邊梁上，與前頂邊梁支架卡接，再安裝翼子板附近螺栓。

3 當前設計方案中存在的問題

分段式頂邊梁各段搭接處前期需要有DTS定義，下圖為某車型前頂邊梁與中頂邊梁的DTS定義。

在生產試制過程中，始終發現前頂邊梁與中頂邊梁，中頂邊梁與后頂邊梁搭接處面差，間隙與DTS定義不符，間隙大，面差高出很多，一端高一端低，側面不對齊等現象;裝配困難，調整過程中樣件容易破損。返工頻率高。我們首先排查設計是否合理，排查自身樣件是否符合數據狀態，排查出樣件問題，整改，修模，再檢測，樣件符合數據狀態。再排查車身功能尺寸問題，車身為鋁制車身。我們在排查過程中發現，車身上安裝孔1（中頂邊梁后端安裝孔）與車身上安裝孔2（后頂邊梁前端安裝孔）Y，Z向功能尺寸偏差很大， ⊿Y=Y1-Y2 ⊿Z=Z1-Z2。Y向偏大，直接影響前后頂邊梁對齊度，錯位，后頂邊梁卡接困難。Z向影響兩個件的面差，以及后頂邊梁的卡接困難。根據車身點偏差不同，確定手工返修頂邊梁安裝支架方案，人工返修，確保外觀匹配符合設計狀態。把車身主要控制點反饋車身部門控制車身。后期車身質量有所提升，但是達到設計前期定義要求困難，頂邊梁裝車外觀質量達不到預期要求。

4 當前方案的成本分析

頂邊梁系統主要由左/右前頂邊梁總成，左/右安裝支架1、2;左/右中間頂邊梁總成;左/右安裝支架3、4、5，左/右后頂邊梁外板總成，左/右安裝支架6、7，若干螺栓組成。零部件數量繁多，開模成本高。前頂邊梁分為前頂邊梁外板，前頂邊梁內板，內外板通過結構膠粘接，供應商定制打膠工裝設備，購買打膠機，機械臂自動打膠，前中后頂邊梁內外板三副工裝壓合粘膠設備。頂邊梁系統部件繁多，模具，工裝，人工工時，緊固件投入較大，分攤到單件成本高。

5 采用一體式頂邊梁設計方案

為提升車輛的外觀感官質量，某品牌新能源電動車在新車型設計中嘗試采用一體式頂邊梁設計，中間無分段，通過對比一些復合材料的性能特性，結合頂邊梁設計要求，如下圖8表格所示。

我們經過探索，對比分析，最終選定線性膨脹系數較小玻璃鋼材料（SMC），SMC復合材料（片狀模塑料）經高溫一次模壓成型，具有機械強度高，SMC制品脫模后能在（-50℃～+200℃）保持尺寸穩定性，能在高溫下保持機械性能穩定。一體式頂邊梁長度方向較長，寬度方向窄，常規PP材料剛度，尺寸穩定性很難達到要求。一體式頂邊梁圖片如下圖9。

一體式頂邊梁通過螺栓與車身骨架直接連接，SMC剛度比較好，安裝定位點布置適當可以減少。側門框附近安裝點從車內側安裝。背門流水槽，側圍附近安裝點從車身外方向安裝。從目前小批量到批量，頂邊梁周邊匹配較分體式質量提高，符合設計預期。與分體式頂邊梁對比，裝車外觀質量提升優勢明顯。另外供應商前期投入費用減少60%，供應商人工工時減少80%，產品合格率提高40%;產品總裝線工時減少80%。省去頂邊梁內板，打膠，及各支架，緊固件減少44%，工時減少80%。（如表1所示）

6 結論

主流車頂邊梁劃分數段的分體式設計，系統零部件繁多，從供應商到主機廠，人工工時占用太多，一次性投入龐大，裝車質量達不到設計預期，返工頻次高，維修費用高。相比而言，采用一體式SMC頂邊梁設計模式優勢明顯，是未來頂邊梁的設計趨勢，也更好的提升整體車輛的質感。

參考文獻：

[1]SMC系列模塑料性能指標（JB7770-1995標準）.