XX公司企业规范 编号xxxx-xxxx
汽车设计- 汽车前围板设计规范
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目 录
1.概论..................................................................................................................………………2
1.1主要目的..........................................................2 1.2相关内容..........................................................2 1.3适用范围..........................................................2 2.前围板总成主要功能定义............................................................................2
2.1 前围板总成功能概述........................................................2 2.2前围板安装功能、孔及标准件的功能介绍......................................2 3.前围板设计对碰撞及刚度的影响................................................................7
3.1前围板布置对碰撞的考虑.....................................................7 3.2前围板总成设计刚度和NVH方面的考虑........................................10 3.3合理布置加强筋提高前围板NVH性能........................................10 4. 前围板设计思路及注意事项....................................................................11
4.1 前围板设计和布置流程及注意点.............................................11 4.2右舵对前围板设计的影响...................................................16 5. 前围板加工制造及注意事项....................................................................17
5.1前围板模具设计及选材事项..................................................17 5.2前围板焊接、涂装事项......................................................17 5.3部分车型的历史问题........................................................18
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汽车前围板设计规范
1 概述
1.1主要目的
主要目的：指导前围板总成设计，提供一个前围板总成设计的思路。
1.2主要内容
主要介绍了汽车开发过程中前围板总成设计的过程，首先对前围板在整车中的功能进行了简要的描述，尤其是安装功能，以及前围板总成对整车的碰撞和NVH方面的知识做了简要的概述，同时对前围板总成设计要点作了描述，最后对前围板在加工制造方面作了阐述。
1.3 应用范围
主要适用于XX公司各平台车型的前围板总成设计。
2 前围板总成主要功能定义
2.1前围板总成功能概述
前围板又称前围板或防火墙，是前舱中的一个重要构件，其功能主要有： 1）是发动机舱与车厢之间的隔板，实现良好驾驶环境的关键件； 2）满足多种件的安装；
3）提高整车性能功能，主要包括碰撞，整车刚度以及改善座舱的环境等。
2.2前围板安装功能、孔及标准件的功能介绍
下面以某车型为例，介绍一下前围板的安装功能，因安装零件比较多，下面是以各分系统来一一阐述其安装功能。
2.2.1底盘件
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图一：底盘件安装示意图
2.2.2电器件
图二：电器件安装示意图
2.2.3 紧固件
前围板上的植焊螺栓、凸焊螺栓比较多，其用途如下图所示
在前围板有很多固定减震隔热垫及线束的植焊螺栓、固定底盘件的凸焊螺栓、搭铁螺母。
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图三：紧固件
图四：紧固件
规格 M6 M6 M8X16 M8X28 M6X25 M6X35 M8 用途 安装歇脚板 搭铁 固定ECU、踏板组 固定踏板组 固定减震垫、线束、管路 固定ABS管路 固定HVAC 序号 1 2 3 4 5 6 7 零件号 xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx 零件名 焊接方螺母 焊接方螺母 承面凸焊螺栓 承面凸焊螺栓 手工焊接用焊接螺柱 螺柱焊螺柱 焊接方螺母 表一：紧固件清单 选紧固件是需要参照国标、汽标、企标及相应的整车标准件库进行精简选择。连接到车身外部的螺栓，若装配件无密封措施，则需使用密闭凸焊螺栓（密闭螺栓型号见表二）。另外标准件的选择应尽可能统一型号。 序号 零件号 零件名 规格 用途 4
1 2 3 xxx xxx xxx 密闭螺栓 密闭螺栓 密闭螺栓 M6×1.0×20 M6×1.0×25 M8×1.25×16 -- -- -- 表二：密闭螺栓清单 2.2.4 孔
前围板上不仅有如此多的紧固件，还有种类繁多，形状和功能都各异的孔，如下图所示。
图五：各种孔的作用
3.前围板设计对碰撞及刚度的影响
3.1前围板布置对碰撞的考虑
白车身在整车碰撞扮演着至关重要的角色，而前围板的结构在前碰中非常关键，通常我们用入侵量来评判碰撞的好坏；在IIHS （64Km/h 40% 偏置碰）中前围板(脚部)侵入量≤100mm，否则会扣分，具体在试验测量时选取5个点，点5是制动踏板中心沿-X方向在前围板上的投影点，2到点5是150mm，点4到点5是250mm，左右对称，详细如下图所示。
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图六：IIHS测量腿部压缩量的示意图
对Euro-NCAP（64Km/h 40% 偏置碰）前围板(脚部)侵入量≤150mm，否则会扣分。而Euro-NCAP测量时和IIHS点的数量和位置不一样，不过他是参考了IIHS的测量点，点3也是制动踏板沿-X方向在前围板上的投影，左右各200mm得到点1和5，点4的Y坐标和点3的相等的，Z坐标是在比前地板高出20mm（此值是估值），左右各200mm得到点2和6，详细如下图所示。
图七：Euro-NCAP&C-NCAP测量腿部压缩量的示意图
通常为了在偏置碰撞中分散载荷、减少侵入量，提高整车安全系数，在乘员舱的前部增加了下图所示的其他结构件：
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图八：前碰中能量传递路径
具体车型与其相关结构有关；在这个框架结构中，前围板内或外的横梁将左右前纵梁连为一体，与该横梁相连的三角状加强板又分别将前围板与铰链柱、中通道连接在一起。这种结构能非常有效地阻止前围板向乘员舱侵入。下面是两个国外车型的此结构展示。
为保证焊接可行性，斜撑加强板需要在靠近A柱下内板一侧开焊接过孔，避免与A柱下内板拼焊的时候焊点无法实现。下图为我司某车型在该处加强板所留的焊接工艺孔。
通常在设计的前期，我们为满足国内碰撞要求，要求前保横梁前端到前围板前端的距离减去动力总成在X方向的长度>425mm，为满足美标碰撞此值要求>560mm。
3.2前围板总成设计刚度和NVH方面的考虑
现代轿车大多采用承载式车身结构，要求车身能够承担使用过程中的各种载荷，主要
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包括扭转、弯曲和碰撞等。如果刚度不足，会引起车身的门框、窗框、发动机舱口和行李箱开口等处变形过大，导致车门卡死、玻璃破碎、密封不严以至渗雨、漏雨以及内饰脱落等。由于车身刚度不合理，最终直接或间接地影响汽车的行驶平顺性、舒适性、操纵性、密封性等各种性能。前围板对整车的扭转刚度和模态也是非常关键的一个件，某车型在做整车刚度分析时就做了一个对比的CAE分析，将前围板的件厚度从1.2减低到1.0mm时，整车的扭转刚度降低了5%，模态减少了0.2hz；前围板在设计时，NVH方面需考虑以下要点：
(1).原则上不能有任何孔洞通向机舱，必须有的我们务必注意密封； (2).前围板与地板以及竖板和纵梁搭接焊缝必须涂抹点焊密封胶；
(3).前围板与地板以及竖板和纵梁搭接处必须涂PVC密封胶，搭接拐角处所有缝隙必须涂抹密封胶；
(4).前围板非安装孔，在涂装时必须选择相应的堵件进行封堵，较小孔用堵片封堵； (5).前围板前后必须加上吸音垫，一般是一些发泡材料和纤维类的材料；部分前围板是两层板焊在一起的，同时在两层板中间还加注了隔音材料；
(6).尽可能的在大的平面上增加一些加强筋，以提高自身的刚度； (7).前围板原则上只能开必须要开的功能性孔。
3.3合理布置加强筋提高前围板NVH性能
合理布置加强筋有利于降低前围板辐射功率及其对乘员舱的振动辐射，提高汽车NVH性能。在一些大的平面、弧面上，应尽可能的增加一些加强筋，起筋高度大于5mm。某车型在前围板中部和左右轮罩区域增加加强筋后，驾驶员耳旁辐射声压级最大值由130dB/N降低至71dB/N，有效的改善了前围板的NVH性能，下表为增加加强筋对声辐射的影响。
前围板声辐射分析结果
4.前围板设计思路及注意事项
4.1前围板设计和布置流程及注意点
前面是对整个前围板的功能和对碰撞、刚度、模态的影响做了简单的描述；下面主
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要是对前围板的设计思路做一个阐述，通常情况下，我们设计一个新的前围板需要考虑哪些东西呢？
任何一个零件的型面都受制于其性能和功能，针对一个新学者你怎么样去设计前围板？
图九：前围板特征面及截面的示意图
看上图，仍然是以某车型的前围板的外形为例，首先我们从面1开始(看上图)，在设计前围板的时候，我们已经有了总布置平面图，从总布置平面图上我们可以得到heel point的坐标（如下图）。
图十：M**总布置平面图
有了此坐标我们就可以得到面1了；当然在设计的后期我们一定要考虑此面和后地板的焊接面布置关系，确定是前地板在上面还是前围板在上面。部分公司有工艺考虑的焊接模块化里前舱是一个整体模块，后在下部车身总成焊接时，落入前地板总成，按照这种焊接关系，我们的前地板的焊接面一定要在前围板的焊接面的上面。根据公司现有生产车型及竞争车型所得的数据，我们知道踏板中心到人体踵点的距离是为人体脚长的2/3～3/4,踏板到地毯的距离F>=5mm，一般地毯的厚度是15mm左右，有下图我们可
以得到面2。
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图十一：脚与踏板布置示意图
一般情况下我们在quick surface 阶段，绘制前围板时是没有面3的，面3的形成主要是考虑到碰撞的要求，我们要增加加强板，所以在这里我们就要向内收缩，为保证到三元预催的距离在50mm以上（看下图），部分车型没有此类加强板，也有一些车型的此类加强板布置在驾驶舱内的，看下图。
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图十二：前围板与动力总成等的布置截面
最后，我们怎么样可以得到面4呢？这个还是要从布置空间这里来考虑，根据公司现有生产车型及竞争车型分析我们要求，动力总成到面4的距离在50mm以上（看上图）。当然我们在布置这4个面要考虑到碰撞性能的要求，按照车技委的要求。
下面我们讨论最后一个重要的面体特征——面5，此特征面主要是为了避让轮胎包络的，同时还要考虑挡泥板布置和防滑链的使用；一般而言，根据选用的防滑链的标准型号不一样，防滑链的厚度也不一样，通常我们做轮胎包络面时将防滑链也放在其中，如没有防滑链数据一般将轮胎包络面向外偏移15mm左右，同时仍然要求包络面到钣金的间隙是20mm以上。
到现在为止我们整个前围板的主要面大致的已经形成了，现在我们主要阐述一下，怎么样定义上下左右的边界：
1) 上边界：由对总布置图可以知道前风挡玻璃和发盖布置，结合典型截面分析，
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就可以得到流水槽布置。通过什么样的方式连接呢?一般有两种情况：
前挡板与流水槽本体在Z方向上贴合,我司现有T22、B11、M11、S21、B12等车型都是这样布置的 2）下边界：需要考虑与前地板的搭接及排气系统的布置，通常前地板都是置于前围板上面，这个主要是由焊接关系的决定的；一般完整的排气系统是由预催化器、补偿器（波纹管）、主催化器、前消声器、后消声器构成，一般由三种形式：
第一种，底盘下置式催化器：
第二种，紧耦合式催化器：
第三种，紧耦合＋底盘下置式：
通常这种形式的排气系统，我们需要给更大开口，以满足其布置空间，当然还要考虑隔热垫的布置空间。
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3）左右边界，也是在典型截面里确定其与A柱下部的连接方式就可以了,我现在常用的由四种形式：
个人认为，第一、第二种主要考虑了焊接的方便性以及对冲压问题的综合考虑，而第三种在Y方向的面上没有贴合，这样我们可以控制Y方向上的精度，从而更易控制整个白车身的宽度，第四种主要是强度上考虑了，我们可以在两个面上加上焊点。
前面已经说过，前围板的安装功能显著，脚踏板安装支架、空调安装支架，转向柱加强板、以及歇脚板支架等等，为了实现他们的功能我们需要增加一些安装支架，最后增加一系列形状和功能各异的孔及加强筋、加强板之类的，到此前围板基本已经设计出来了。我们增加孔一定要考虑后期如何密封，那就要求开孔的尺寸满足精简后堵件的尺寸，当然小孔可以用堵片封堵。另外公司同款车型多动力总成或者左右舵之类的也会增加一些孔，同样需要考虑堵件尺寸，如：手动挡手动拉线过孔，用手动挡是拉线本身就有密封垫，但是AMT的不需要此孔。
4.2右舵对前围板设计的影响
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前舱部分是右舵化车身设计中改动最大的部件，而前围板总成是右舵化车身设计的重中之重。前面多次提及，该结构是分隔发动机舱和驾驶室及乘员室的主要屏障，整车主要的系统件如制动器、离合器、主线束、空调进出水管及进风口、洗涤机构等都安装在前围板总成上。在左改右设计时，因驾驶员布置在右侧，要求制动鼓、空调进出水管、空调进风口等也相应布置在左侧，踏板组、方向盘等需布置在右侧；上述一切布置的改动都要求前围板总成在结构上重新设计以满足系统件装配及工作要求。目前公司出口车型较多，改成右舵的车型较多，为了避免后期更改较多建议，前期总布置要同时分析左右舵布置；另一种比较切实可行的办法，总装模块化可以实现左右舵前围板的共用，从而不影响焊装的白车身，但是对密封提出了更高的要求，下图就是公司竞争车型的（Tiguan、Golf5、BMWX5），他们中有两个比较典型的结构，其中之一就是以Tiguan、Golf5为代表的整体模块化结构（如下图）：
另一种就是以X5为代表的半模块化结构（如下图）：
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这两种形式的模块化都是在总装车间用螺栓固定在车身上，为加强密封周边都是增加了涂胶槽。
5.前围板加工制造及注意事项
5.1前围板模具设计及选材事项
一般情况下，前围板模具的工序是： 1/4 DR（拉延） TR+CTR+CPI+PI（修边+侧修边2/4 +冲孔+侧冲孔） TR+CTR+CPI+PI（修边+侧修边3/4 +冲孔+侧冲孔） 4/4 FL+TR+PI（整形+修边+冲孔） 具体零件形状不同，工序当然也有些差别；通常零件大，相应的模具尺寸也很大，总的模具制作费用高，即使是国内模具厂家也是在200万以上，因公司车型常有右舵化改制，这就要求了新项目在设计初期就要有左舵和右舵共用模具的理念，这样大大节约了公司成本，个人认为实现前围板模具左舵和右舵共用模具的最基本的前提条件就是前围板型面是对称的。前围板选材，一般用DC04 0.7mm、1.0mm的，对于拉延深度大的，常采用DC06；现在国外部分车型也有用0.7mm的静音钢板（满足NVH要求，减少前后隔音垫的一种新型复合材料）。
5.2前围板焊接、涂装注意事项
前围板上的植焊螺栓、凸焊螺栓、螺母种类繁多。我们在做此类的型面或开孔，严格按照标准执行。在焊接过程中前围板的所有焊接边界都要涂上点焊胶，主要是为了增
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强密封性能。焊接定位通常我们不可以开单独的孔来定位，选择型面定位和其他的安装孔或者工艺孔、过孔等来定位。在涂装时几乎所有的边界都要涂胶。
5.3 部分车型的历史问题
(1). 前围板与纵梁加强板的定位孔不一致，加强板20mm前围板30mm，造成夹具无法定位，更改加强板定位孔孔径；
(2). 前围板焊接边小，主线操作时焊接出现半点，更改料边长度；
(3). 离合拉线直接固定在挡板上，强度差出现挡板开裂，解决措施增加加强板； (4). 某车型前围板与A柱下内板的联接件斜撑加强板没有开焊接工艺过孔，导致前围板与A柱下内板之间有134mm长的搭接边无法布置焊点。由于结构问题，此问题遗留未能解决；
(5). 某车型前围板未考虑周边件的工艺问题，导致前纵梁延伸梁补加强板生锈，解决方案是在前围板上增加涂装工艺孔；
(6). 某项目前围总成未考虑右舵布置，导致上右舵项目时，由于空调暖风水管安装孔与前围板中部支撑梁干涉，造成前围板中部支撑梁设变；
(7). 某车型前围板有三个穿孔的凸焊螺栓（安装加速踏板），此处存在焊接螺栓后密封不严，存在噪声泄漏的风险，解决措施是将三个孔凸焊螺栓改为有密封性能的密闭凸焊螺栓（由Q198B0620更改为ZQ1960620）。
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