淺談車身精度影響因素分析

夏朋朋

大運汽車股份有限公司 山西省運城市 044000

1 引言

整車制造過程中，尺寸偏差不但影響整車裝配效率，車身精度的好壞直接影響整車裝配后品質及質量，嚴重可以降低整車使用壽命。

車身生產由鈑金單件、總成合件、分總成、車身總成逐級拼焊而成。從設計到生產，每個環節都有可能存在誤差，包括設計誤差、單件誤差、焊接誤差等，最終公差累計導致車身整體精度差。

2 車身簡述

2.1 白車身定義

汽車白車身(Body In White,BIW) 通常是指在焊裝車間已經焊接好但尚未進入涂裝噴漆的白皮車身，這種白車身是由不同料厚不同材料的鈑金沖壓件通過焊接拼裝而成的車身。

2.2 車身常規開發流程

隨著產品開發與設計要求周期的不斷縮短，大多數的車身開發與設計采用正向與逆向復合工程，各廠家針對不不同的項目，各有所不同，圖1 為一般正向開發流程，各階段都有可能對車身精度產生影響，車身精度的控制是一個系統的工程。

圖1 開發流程

3 車身精度影響因素

從設計到制造全過程分析，影響車身精度因素：車身設計偏差、模夾檢偏差、零部件偏差、制造偏差。其結構關系如下圖2 所示。

圖2 魚骨圖

因導致車身精度偏差的原因比較多，問題相對復雜，主要從車身設計偏差方面討論，對車身設計的幾個關鍵原則分析，就設計質量方面，主要因素：車身結構設計、定位基準設計、定位基準一致性、尺寸鏈設計與公差分配等，下文主要從以上幾個因素方面展開說明。

3.1 車身結構設計

車身的結構設計是整車設計的非常重要的環件，在這個階段考慮的問題非常多，結構、模具、焊接、裝配等，在整車A 面確定凍結后，結構設計就成為主要的工作，結構設計一般多用逆向開發，多數參考成熟的車型的截面和結構，在保證整車開發精度。結構設計大致遵循的原則如下：

（1）單件零件在滿足功能的情況下，盡可能降低零件的復雜程度，既減少零件成型的工序；

（2）總成零件在滿足功能要求的情況下，盡可能減少零件的數量，減少總成拼焊的層級，采用整體結構；

（3）結構設計需保證零件和總成的剛度和強度；

（4）所有零件均應有定位基準，定位基準優先選擇原則孔基準、線基準、面基準；

（5）設計基準、模具基準、夾具基準、檢具基準的一致性，減少因基準變化帶來的累計誤差；

（6）減少二保焊等高熱量焊接方式，盡量采用電阻焊方法，減少焊接變形。

（7）焊點布置位置和數量合理，焊點的位置和數量影響到車身剛度，及生產效率。

3.2 定位基準一致性

3.2.1 零件的定位

對于車身總成，單件的位置偏差對車身總成的精度偏差有著重要的影響，而設計狀態，在車身坐標系中車身零部件（運動件除外）的絕對位置是惟一。如何保證車身零部件絕對位置的精確性就必須引入定位的概念，對車身零件進行定位。

一個物體空間坐標系中的運動可以分解成六種運動形式，包括沿三軸的平動與繞三軸的轉動，即物體在空間中的六個自由度（如圖3）。定位只要限制了在空間中的六個自由度，也就確定了車身零部件在空間中絕對位置的一致性。

圖3 自由度示意圖

3.2.2 零件的定位規則

在車身結構設計中，必須設計出相應的元素來對車身零部件進行定位，包括定位孔、定位邊、定位面等，針對小零件或零件的剛度不變化，最基本原則就是“3-2-1”原則，對于體積比較大的薄板零件通常為“N-2-1”原則，即第一基準面的定位點數N（N ≧3），增加輔助定位點，第二、第三基準面所需的定位點數為兩個和一個。其中第一基準面定位點數，一般通常根據經驗直接選擇，嚴謹的方式利用CAE 有限元分析和非線性規劃方法找到最優的“N”點定位，使薄板件的總體變形最小。

圖4 邊界定位示意圖

3.3 零件的定位車身基準系統（RPS）

3.3.1 RPS 系統

RPS：Referenzpunktsystem (定位點系統)的縮寫，是汽車行業通用并且公認的定位系統，使用RPS 系統的目的：設計、開發、裝配、總裝、測量所有環節都采用統一的基準點定位系統，減少因基準不統一而產生的偏差，以改善生產過程的穩定性。

圖5 一面兩銷定位示意圖

3.3.2 RPS 系統的制定過程

RPS 系統制定過程可以分為下面六個步驟：

圖6 制定流程圖

3.3.3 RPS 系統應用

RPS 系統應在3D 數據、（GD&T）圖紙、技術文件中均要體現，RPS 的標示方式大同小異，各個公司有自己的變化，但都是以大眾公司標準VW01055、VW01077 為藍本，見下圖7。

圖7 RPS 標注示意圖

3.4 尺寸公差分配和尺寸鏈設計

車身設計中涉及到一些非常關鍵的尺寸，例如對整車性能產生重大影響的車身硬點尺寸，對整車外觀品質具有重大影響的間隙和面差尺寸。對于上述尺寸，不僅要設定其尺寸公差，還要確認直接影響該尺寸的每個環節，這樣便形成閉環的尺寸組，即尺寸鏈，并把最終設定的公差分配尺寸鏈的每一個環節上，即尺寸鏈公差分配設計。

所謂尺寸鏈公差設計，即對產品設計所確定的某一尺寸的公差進行設定，并把該公差分配到尺寸鏈的每個環節（沖壓、焊接、裝配等），通過公差的分配，確保尺寸鏈每個環節的尺寸公差既符合設計要求，要考慮到制造系統的經濟性的制造能力，又可實現，最終確保終端尺寸公差的合理性。

圖8 公差分配流程圖

3.4.1 公差分配工作流程

公差分配是根據生產制造精度、零件重要性、設計目標，綜合考慮制造工藝性，從而確定每個零件制造時允許偏差的過程。公差分配要充分考慮當前的生產水平，分析公差的重要度。

3.4.2 公差分配計算

公差分配完成要進行公差分配計算，驗證公差分配的結果是否滿足設計要求。

4 小結

車身質量的控制是一個比較復雜的系統工程，涉及到沖壓工藝、模具結構、沖壓件檢具、焊接工藝、夾具定位、單件公差的正確選取與合理分配等，模具、夾具調試等工作。因為尺寸工程是一個比較復雜繁瑣的系統工程，這也是所有整車廠都要面對和研究的問題，也都投入大量的人力，財力，去研究和調整。本文也只能簡單的闡述一些簡單的思路，提高精度，沒有捷徑，需要大家一起共同努力，去研究。