李屹峰，姜伟民

汽车风挡玻璃安装变形的CAE建模研究

李屹峰，姜伟民

（上汽通用汽车有限公司 整车制造工程部，上海 201206）

汽车风挡玻璃作为重要的外饰功能零件，其周边的尺寸匹配是评价整车外观质量的重要指标。风挡玻璃在安装过程中受拍击易产生变形，进而影响玻璃与周边零件外观尺寸配合质量。文章介绍了用CAE软件仿真后举门玻璃安装变形情况；通过研究安装过程中的拍击力（动载）转化为CAE 模型特定位置等效持续力（静载）的方法，建立了风挡玻璃受力CAE模型，从而实现了在设计阶段辨识问题，提前规避，减小变形带来尺寸匹配问题风险。

风挡玻璃；安装工艺；CAE分析；变形量

前言

随着中国汽车消费市场的日趋成熟，整车的配合质量逐渐成为消费者关注的重点；同时，整车从设计到完成批量生产的时间被大量压缩，许多影响配合质量的设计问题往往需要等到样车试制阶段才能被发现，进而产生高昂的模具更改费用。汽车挡风玻璃作为重要的外饰功能零件，其周边的尺寸匹配是评价整车外观质量的重要指标。目前在国内多数主机厂内，风挡玻璃采用更为精益的人工安装方式（图1），其在安装过程中受拍击易产生变形，进而影响玻璃与周边零件外观尺寸配合质量。这种变形在前期的数模虚拟评估阶段用常规方法难以识别。目前针对汽车零件的CAE仿真主要集中在功能性和安全性方面：臧孟炎等人[1]应用试验和数值仿真方法对汽车玻璃的静态特性和破坏机理进行了研究。冯钰涛[2]通过CAD/CAE对尾灯设计制造进行模拟仿真，改进了车灯制造中的凝雾现象。本文引入CAE仿真方法，提前识别汽车零部件的尺寸变形，可以节省大量的时间与开发费用。

1 研究方法说明

本次研究对象为安装在后举门上的风挡玻璃，后风挡玻璃通常使用背部均匀分布的橡胶垫块作为其面向支撑（图2）。根据实际的项目经验，垫块的数量和位置分布合理性直接决定了玻璃受拍击变形的大小。

图1 人工安装玻璃工艺

图2 后档玻璃垫块分布

本次研究的方法流程如下所示：

图3 研究方法流程图

2 实物验证后档玻璃拍击变形量

在整车集成检具TAC（Total Checking Fixture）上进行实物后挡玻璃拍击变形验证。首先，将后挡按照实际定位方式安装至TAC上，不拍击，测量后风挡与后举门钣金间隙值，测点位置如图4（a）所示。然后参考总装安装方式，使用约100N力在图4（b）位置拍击后风挡后，再次测量测点处间隙值。两次量间隙值的差值即为实物验证的玻璃拍击变形量。实物验证数据如表1所示。

图4 实物验证

表1 后风挡玻璃变形实物验证数据

3 CAE模型的建立与调整

根据玻璃的实际定位方式建立约束，在图4（b）所示拍击位置输入预估拍击力荷载为0N（无拍击），20N，40N，60N，方向为垂直于后风挡玻璃向整车方向向前（持续力），输出不同荷载下测点处变形量（取Z向值，与TAC测量方向相同）。图5显示了在不同拍击力荷载情况下玻璃变形的点云图，具体数据如表2所示。

图5 CAE模拟不同拍击力荷载下后档玻璃变形点云图

表2 CAE模拟不同拍击力荷载下后档玻璃变形数据

三组拍击力荷载输出变形量结果与实物变形量对比，最终选择最符合现场实际变形量的荷载参数为40N，如表3所示，以此为荷载输入运用于其它项目CAE分析。

表3 CAE模拟变形量与实物变形量对比

4 CAE模型的验证

在后挡玻璃原有6个橡胶垫块的基准上，再增加4个垫块，如图6所示，作为变形的补偿方案。利用实物试验和CAE模型对比补偿后变形量，同时验证CAE模型的可靠性。数据如表4所示：荷载为40N的CAE模型与实物试验结果数据吻合度较好。在后续的实践中，研究团队已将此模型应用于多款车型的验证中，均得到了较为准确的数据。

图6 补偿方案示意

表4 CAE模型的验证数据结果

5 结论

通过实物验证结果与CAE模型数据的对比，并调整CAE模型中荷载的值，本文找到了一种将拍击动载转化为CAE模型静载的方法，并由此建立了针对后挡玻璃安装变形的CAE模型。后续可应用于前期项目问题辨识，发现潜在风险，实现降本增效。

[1] 臧孟炎,雷周,尾田十八.汽车玻璃的静力学特性和冲击破坏现象[J].机械工程学报, 2009(02):274-278.

[2] 冯钰涛.基于CAD/CAE技术的汽车车灯的设计研究与应用[D]. 湖北工业大学, 2019.

Research of CAE analysis in windshield installation deformation

Li Yifeng, Jiang Weimin

（Vehicle Manufacturing Engineering, SAIC-GM, Shanghai 201206）

As an important functional part of exterior decoration, the matching status of windshield is an important index to evaluate the appearance quality of the vehicle. The windshield glass is easy to deform in the process of installation, which will affect the matching quality. In this research, CAE method is used to simulate the installation deformation of Rear lift-gate glass. By studying the method of transforming flapping force(dynamic load) into equivalent continuous force(static load) at specific of CAE model, the CAE model of windshield force is established, so as to identify issues in design stage, avoid in advance and reduce the risk of dimensional matching issues caused by deformation.

Windshield; Installation process; CAE analysis; Deformation

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.034

U463.83+5

A

1671-7988(2021)02-105-03

U463.83+5

A

1671-7988(2021)02-105-03

李屹峰（1987-），男，尺寸认证项目经理，就职于上汽通用汽车有限公司整车制造工程部。