驾驶舱模块设计方案

驾驶舱模块设计方案梁学文（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，员工编号:20500030；广西 柳州 545007）摘要本篇主要论述了公司某驾驶舱模块系统构成、模块可行性分析、固定方式及定位策略等因素，从而对驾驶舱模块方案有了总体的设计思路。关键词驾驶舱模块、仪表板总成、可行性分析、定位策略The design strategy of Cockpit ModuleLIANG Xue-wen(SGMW,Liuzhou guangxi ，employee ID:20500030 545007)Abstract this article describes the structure of Cockpit Module and the feasibility analysis of CPM and the method of mounting for CPM and the CPMs Datum Strategy. So the reader can got the conception of Cockpit ModuleKEY WORD CPM（Cockpit Module ）, IP Assembly, feasibility analysis, Datum Strategy驾驶舱模块化由于具有很多优势，所以模块化设计是汽车设计的必然趋势，模块化生产也是各个整车厂日益重视的工艺，各个整车厂按各自的生产线状况及车型特点，其驾驶舱模块的方案也不一样，本文从驾驶舱模块的构成、可行性分析、固定方式及定位策略对驾驶舱模块进行描述。一、驾驶舱模块优势驾驶舱模块具有很多优点，是汽车生产的必然趋势，驾驶舱模块化能把零件采购，资料计划和物流、供应链管理转移到一级供应商，能更有效的管理程序和更有效的控制产品质量，避免汽车厂商存货成本、损坏、物料管理等资源的浪费，能把固定资本变为可移资本并分担业务风险，在生产线上减少装配工位、减少整车厂的人工成本,减少工位器具，增加整车厂的生产能力，能把更多的资源用于核心生产与品牌开发，所以采取模块化驾驶舱方案比传统的仪表板分装方式具有很多优点。二、驾驶舱模块构成驾驶舱模块的构成有大的模块，有小的模块，每种车型由于制造工艺及设计概念不一样，驾驶舱模块的构成也不一样，本文所提的驾驶舱模块主要由以下总成构成如图1：仪表板总成（含杂物箱组件、风管组件、中间装饰板组件、转向柱上下盖、转向柱下挡板、仪表护罩组件等部件）、冷暖风系统、仪表板支架组件、组合开关组件、转向柱、副安全气囊（PAB）、仪表板线束总成及仪表板总成上的相关电器件（按钮开关组件、收放机、电子时钟、空调控制机构、点烟器、组合仪表、门锁控制器及保险丝盒）等零件总成。这种模块算是较大的模块，重量比较重，两个人在整车生产线中装配时需要机械辅助设备来装配。冷暖风系统仪表板线束总成仪表板总成转向柱转向柱上下盖组合开关组件仪表板支架组件空调控制机构及收放机转向柱下挡板图 1：驾驶舱模块的构成三、驾驶舱模块可行性分析1、驾驶舱模块装配工艺可行性分析汽车公司的工艺不同，装配工艺也不样，有的公司的车门系统是在生产线上进行模块式装配，而有的公司为了涂装色调统一以及减少车门装配工位，车身到生产线时，车门系统已经装配好的。本文针对在车身带有车门系统情况下时,对驾驶舱模块方案进行装配可行性分析,对于驾驶舱模块的重量及是否需要机械手暂时不作分析，本文研究的车型：车门的开度为75度,但是为了考虑车门的最大开度可能不常达到,所以此次以开度为70度进行分析，车门打开到70度时，前门装饰板到车身B柱的最小距离为:826.3mm。在驾驶舱模块装配过程中要求（如图2）驾驶舱模块与车身最小间隙是25mm时，那么驾驶舱模块就可以进行装配通过，而不干涉别的零部件。Min 25 最小间隙图2:驾驶舱装配要求空间该设计驾驶舱模块的尺寸如下：1）仪表板前端到中间装饰板最长距离为620.3mm,（X方向距离为:555.3mm），仪表板前端到组合开关盖的距离是582.5mm，如图3所示。仪表板前端到组合开关下盖的距离:582.5图3:驾驶舱模块的尺寸1驾驶舱模块的装配过程如图4、图5所示，当驾驶舱模块装配过程中，转向柱上下盖与B柱之间的最小距离是：156mm，仪表板前端离门板的最小距离是38.6mm，这说明了整个驾驶舱模块尺寸完全可以达到不用拆前门板就可以装配的要求，在生产线上，车身带着车门系统，也可以完全可以装配驾驶舱模块。驾驶舱模块转向柱上下盖离B柱最小间隙156仪表板模块与门内板最小距离为38.6图4装配中驾驶舱模块与车身间隙1 图5装配中驾驶舱模块与车身间隙22、仪表板支架刚度分析由于驾驶舱模块重量较重，为了分析驾驶舱模块的可行性，要分析仪表板支架的刚度，1）分析仪表板支架抗抖动性，为了防止方向盘抖动，需对仪表板支架的刚度进行CAE分析，分析工况如下（如图6）：约束：约束所取大梁和地板的两端，spc=123456。工况一：在转向管柱下安装点施加沿-Y方向，300N的力。工况二：在转向管柱下安装点施加沿截面方向向上，300N的力。工况三：在转向管柱下安装点施加沿轴向向上，300N的力。1工况四：在转向管柱上安装点施加沿Y轴，100NM的转矩。测量点选取：选取转向管柱上安装点为测量点。模态对比分析。 图6：仪表板支架刚度分析表1是CAE的分析结果，测量点位移情况：测量点的位移比达标车型位移小，证明刚度达标。表1：各工况下测量点位移达标车型方案本模块方案工况一0.1350.08049工况二0.1520.2648工况三0.5630.3443工况四1.1220.9502模态CAE对比情况：如表2，相应振型的模态频率比达标车型高，说明模态状况达标。振型一：转向管柱前后方向一阶弯曲 ；振型二：转向管柱在竖直方向一阶弯曲；振型三：转向管柱左右方向一阶摆动；振型四：转向管柱绕Y轴一阶扭转； 表2： 模态频率的对比达标车型方案本模块方案振型一53.3Hz70.9Hz振型二58.0Hz124.4Hz振型三74.7Hz97.1Hz振型四115.4Hz171.0Hz四、驾驶舱模块的固定方案123451、驾驶舱模块固定方案 如图7图7 螺栓固定 仪表板固定销 四向定位 两向定位 图7:驾驶舱模块固定方案驾驶舱模块的安装方式要充分考虑装配方便及售后服务易拆装因素，要求所有安装于仪表板的部件在售后服务时，拆装均不需拆下仪表板总成及仪表板支架。本驾驶舱各个零件总成的固定均以仪表板支架为中心，仪表板板总成固定到仪表板支架上，暖风系统也是固定到仪表板支架上，其他塑料件中仪表板上的电器件则是固定到仪表板总成上。装配顺序如下：1） 首先把模块抬起到适当高度，利用仪表板固定销4插到车身的前隔板总成上（如图8），利用仪表板支架定位销定位到车身前隔板总成上。仪表板上定位销前隔板总成图8:固定方式12） 把模块装配到车身后,用工具在（固定点1）把4个M8螺栓（左右各2个）从车门与X轴成25度方向将仪表板支架组件（模块）固定到车身的侧隔板总成（如图9）侧隔板总成图10:固定方式33图9:固定方式23）用M8(在固定点3)把仪表板及仪表板支架组件固定到车身前隔板总成上。如图10所示4）用两个M6螺栓（在固定点2）把仪表板固定于车身的侧隔板上，如图11仪表板总成图11:固定方式4侧隔板总成 螺栓固定 四向定位 两向定位 2、仪表板总成固定于仪表板支架的方案，如图12图12仪表板总成固定到支架方案由于篇幅所限制，其他零件（如暖风系统及电器件）的固定方案在此不进行讨论。表3、模块定位基准表五、驾驶舱模块的定位策略ATARGETS A1-A5F/AB4-WAY PINC/C,U/DC2-WAY PINU/DBA5CA3A2A11A4前挡定位销1、驾驶舱模块的定位方案如图13及表描述图13:驾驶舱模块的定位策略利用仪表板支架上的基准面A1、A3、A5及仪表板基准面A2、A4定位前后方向，仪表板支架上基准销B定位上下和左右方向，仪表板支架上基准销C定位上下方向，这样整个驾驶舱模块的六个自由度已得到约束。2、仪表板总成的定位方案如图14、图15及表描述A2侧向视图A1A3CBA4A6A7A5ATARGETS A1-A7F/AB4-WAY PINC/C,U/DC2-WAY PINU/DDTARGETS D1-D4C/C图14仪表板总成的定位方案表4、仪表板总成定位基准表D4D3D12D24图15仪表板总成的定位方案利用仪表板总成上基准面A1-A7定位前后方向，基准销B定位上下和左右方向，基准销C定位上下方向，基准面D定位左右方向，这样仪表板大总成的六个自由度在仪表板支架中已得到约束。由于篇幅所限制，其他零件（如暖风系统及电器件）的定位策略在此不进行讨论。结论驾驶舱模块能够提高整车的生产率和有效控制产品质量，成为未来整车生产的主要方式，在进行驾驶舱模块设计时如果对其零件总成的构成、装配的可行性、各个零件总成的固定方案及定位策略等各因素进行分析，这样设计就应该可以达到提高设计质量，并减少售后服务拆装驾驶舱模块的工时费用，可以达到优化驾驶舱模块的目的。