基于3D掃描技術(shù)的后舉門受電撐桿變形量分析方法

趙 云，周 翰

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，201208 上海）

后舉門是汽車重要外觀件，其與后保險(xiǎn)杠、尾燈、D柱飾板及車頂?shù)拈g隙（Gap）及面差（Flush）匹配直接關(guān)聯(lián)感知質(zhì)量[1]。隨著后舉門輕量化要求[2]，鈑金的厚度會(huì)越來(lái)越薄，同時(shí)新能源車帶動(dòng)的科技化造型需求，舉門的造型會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，因此，塑料舉門的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。鈑金變薄、塑料后舉門的應(yīng)用，均會(huì)導(dǎo)致舉門受電撐桿、氣彈簧的支撐作用，而舉門變形量有所加大，因此，后舉門受電撐桿的變形量分析及解決愈加成為了后部外飾匹配關(guān)注的重點(diǎn)。本文介紹了某款運(yùn)動(dòng)型多功能車（Sport Utility Vehicle, SUV）分析及解決塑料后舉門受電撐桿變形影響的實(shí)際案例，旨在不斷應(yīng)用及完善基于 3D掃描技術(shù)的變形問題分析方法。

1 常規(guī)后舉門受電撐桿變形量分析方法

常規(guī)電撐桿變形量分析步驟如下：

1）去除電撐桿/氣彈簧；

2）調(diào)整舉門腰部bumper，使舉門與側(cè)圍面差接近DTS Nominal；

3）測(cè)量/掃描獲得舉門周圈間隙、面差尺寸；

4）加載電撐桿/氣彈簧，測(cè)量/掃描獲得舉門周圈間隙、面差尺寸；

5）對(duì)比加載電撐桿前后尺寸變化，分析變形量分布情況。

2 后舉門受電撐桿變形量分析方法完善

車型差異分析：由于該車型后舉門為溜背式后舉門，Y向剖面呈現(xiàn)“倒L型”，如圖1所示。

圖1 車型結(jié)構(gòu)對(duì)比

傳統(tǒng)豎直式后舉門通過上部鉸鏈、底部鎖扣可定位六向自由度，但是該車型SUV為溜背式中部需要bumper來(lái)克服中后部下沉，所以在實(shí)車、TAC上安裝舉門時(shí)，腰線位置的 Bumper實(shí)際起到U/D基準(zhǔn)作用，須納入主基準(zhǔn)。

通過多個(gè)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，做后舉門受氣彈簧變形時(shí)，須盡量保證后舉門的主基準(zhǔn)接近理論位置，保證舉門位置正確，以防止舉門姿態(tài)不正帶入的變形量左右差異。

因此，細(xì)化、完善電撐桿變形量分析步驟：

1）去除電撐桿/氣彈簧。由于電撐桿帶電線，較難完全拆卸。而只拆一端，當(dāng)舉門關(guān)閉時(shí)bumper與伸展的電撐桿會(huì)發(fā)生干涉。經(jīng)項(xiàng)目驗(yàn)證，可將電撐桿兩端均拆下，將撐桿用膠帶固定在球頭外側(cè)。

2）舉門左右位置調(diào)正。經(jīng)驗(yàn)證，該車型若舉門偏向左側(cè)，硬調(diào)整鎖扣向右使舉門與側(cè)圍左右間隙一致，會(huì)導(dǎo)致右側(cè)舉門型面偏后、偏高，而左側(cè)型面偏前、偏低。如圖2所示。

圖2 鎖扣Y向調(diào)整影響

此時(shí)，當(dāng)調(diào)整腰線bumper至左右面差一致時(shí)，左側(cè)bumper需要過調(diào)，存在較大應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致左側(cè)的電撐桿變形量變小，右側(cè)的電撐桿變形量變大。

因此，為了保證能真實(shí)反映舉門腰部 U/D向受電撐桿支撐的變形量，舉門位置需盡量接近真實(shí)位置。即調(diào)整鎖扣C/C位置，使舉門與側(cè)圍C/C間隙至DTS Nominal+車身偏差-舉門偏差，而非直接調(diào)至 DTS Nominal名義值。

3）調(diào)整舉門腰部 bumper至合理位置。同上一步驟，需盡量真實(shí)反應(yīng)舉門在實(shí)車上的位置。該步驟最好將舉門與車身側(cè)圍偏差納入，即調(diào)整舉門腰部 bumper，使舉門與側(cè)圍面差接近 DTS Nominal+車身側(cè)圍偏差-舉門偏差。

4）在車身剛性位置粘貼 4個(gè)靶球[3]。常規(guī)20 mm啞光球，在舉門鉸鏈上方粘貼2個(gè)靶球，通過計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering,CAE）分析后舉門受電撐桿影響，發(fā)現(xiàn)在頂部區(qū)域的鉸鏈位置是剛性最強(qiáng)的，變形量最小[4]。

另外，在舉門下方靠近后保兩側(cè)粘貼 2個(gè)靶球。

5）掃描后舉門、后舉門附近區(qū)域車身、以及8個(gè)靶球，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 電撐桿加載前點(diǎn)云數(shù)據(jù)

6）安裝電撐桿，關(guān)閉舉門，最好采用電動(dòng)關(guān)閉。手動(dòng)關(guān)閉時(shí)須保證手的作用力在鎖扣上方，以避免左右側(cè)作用力不對(duì)稱而帶入人工誤差。

7）再次掃描后舉門、后舉門附近區(qū)域車身、以及8個(gè)靶球，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 電撐桿加載后點(diǎn)云數(shù)據(jù)

8）電撐桿安裝前的點(diǎn)云與數(shù)模進(jìn)行最佳擬合，對(duì)齊到車身坐標(biāo)系下，以此點(diǎn)云作為參考對(duì)象。然后采用車身上 4個(gè)靶球作為公共點(diǎn)，將電撐桿安裝后的點(diǎn)云與安裝前的點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)齊。以獲得后舉門在車身坐標(biāo)系下的準(zhǔn)確變化量，其中包括后舉門整體位置移動(dòng)變化+局部變形[5]。

9）分解舉門整體位置變化（方法改進(jìn)）。通過舉門鉸鏈上方的靶球，我們可以快速、準(zhǔn)確獲得舉門整體位置變化，即該處兩個(gè)靶球的偏差值。通過圖5可以看到，舉門是向后、向上變形。

圖5 后舉門受電撐桿總變化量

10）分解舉門局部變形（方法改進(jìn)）。通過舉門上 4個(gè)靶球，將安裝電撐桿后的點(diǎn)云與安裝前的點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)齊，從而單獨(dú)比較舉門上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)變化，快速、準(zhǔn)確獲得舉門的局部變形，如圖6所示。

圖6 后舉門局部變形量

3 后舉門受電撐桿變形解決方案

3.1 舉門整體位置變化的解決方案

舉門的整體位置變化，實(shí)則為舉門到鉸鏈、鉸鏈到車身銜接處發(fā)生的變化量。

1.X方向變化量分析

由于舉門到鉸鏈銜接處，均為零件F/A基準(zhǔn)，為死配合，較難整改。而鉸鏈到車身側(cè)，X向?yàn)榫ㄎ?，但是車身上鉸鏈定位孔采用的是 vision在線引導(dǎo)沖孔工藝，調(diào)整便捷。 所以將X向變化量輸入車身調(diào)整在線pierce hole沖孔引導(dǎo)，名義值向前偏置1.2 mm；

2.Z方向變化量分析

向下變化0.15 mm，變形量較小，不做補(bǔ)償。

3.2 舉門局部變形解決方案

舉門局部變形為舉門內(nèi)部受到電撐桿加載后的變形量，需要通過舉門加強(qiáng)、反變形等方案進(jìn)行改進(jìn)。

1.X方向變化量分析

由于腰部為最弱區(qū)域，通過推動(dòng)PE進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工程CAE分析優(yōu)化、結(jié)構(gòu)改進(jìn)，舉門變形量改進(jìn)了0.5 mm。剩下的0.75 mm通過舉門反變形輸入給舉門供應(yīng)商，進(jìn)行內(nèi)板修模。

2.Z方向變化量分析

擾流板外側(cè)區(qū)域會(huì)偏低0.5～0.75 mm，輸入舉門內(nèi)板進(jìn)行反變形。以及腰部B燈位置向上變形0.5 mm，輸入舉門內(nèi)板進(jìn)行反變形，如圖7所示。

圖7 名義值修偏

以上對(duì)應(yīng)反變形數(shù)值，細(xì)化到測(cè)點(diǎn)圖，進(jìn)行名義值偏移，檢具/TAC上按此進(jìn)行控制。

4 總結(jié)

針對(duì)后舉門受電撐桿變形量傳統(tǒng)分析方法，本文細(xì)化了各個(gè)步驟中需要關(guān)注的重點(diǎn)，特別對(duì)于溜背式舉門需要著重關(guān)注腰部F/A、U/D向的尺寸變化。完善了基于3D掃描技術(shù)的分析方法，依據(jù)CAE分析結(jié)果，優(yōu)化了舉門上靶球的放置位置。并通過在鉸鏈上方放置的靶球，快速的辨識(shí)舉門整體位置的變化量，準(zhǔn)確輸入車身進(jìn)行補(bǔ)償。

對(duì)于塑料舉門局部變形，通過直觀的色差圖展示變形量，有效推動(dòng)PE進(jìn)行優(yōu)化、及后續(xù)反變形方案的落實(shí)。在項(xiàng)目周期不斷壓縮的情況下，快速推進(jìn)匹配提升。