前围设计指南

前围设计指南
车身部设计指南
编号：BD－ZN－002
前围计指南
(第一版)
创建时间：2007.0305
编写：杨金秀
审核：陈晓锋
批准：王灿军
更新人/时间：
车身部前结构室发布（机密文件请勿散布）
目录
第一章概论
1-1 定义 (3)
1-2轿车车身前围结构的功能要求 (3)
第二章前围结构特点及设计
2-1前围上部的设计 (4)
2-1-1前围上部的基本构成 (4)
2-1-2前围上部设计原则以及注意事项 (4)
2-1-2－1雨刮加强板 (4)
2-1-2－2前围上盖板概念设计的大面的设计 (6)
2-1-2－3前围前端板的设计 (6)
2-1-2－4前围后端板的设计 (7)
2-1-2－5流水槽的设计 (9)
2-1-2－6前围和VIN码 (9)
2-2前围下部（前挡板）的设计 (12)
2-2-1前围下部的基本构成 (12)
2-2-2前围下部设计原则以及注意事项 (12)
2-2-2－1设计考虑的主要因素 (12)
2-2-2－2前挡板的设计注意点 (12)
2-2-2－3前挡板内外横梁的设计 (15)
2-3 A柱内板的设计 (16)
2-4前围总成中小支架的设计 (17)
第三章前围的定位 (18)
第四章前围与其它系统的关系 (18)
4-1前围与前仓 (19)
4-2前围与发动机 (19)
4-3前围与副车架 (20)
4-4前围与轮胎 (21)
4-5前围与转向机 (21)
4-6前围与侧围 (21)
4-7前围与前风挡玻璃 (27)
4-8前围与前地板 (23)
第五章前围重要结构件的材料和料厚 (25)
第六章前围的密封
第一章 概论
1-1 定义
轿车前围是分隔车身前部与座舱的结构总成。

一般由前围上盖板（安装雨刮系统用）、前围前端板、前围后端板、前围板（前挡板）、转向柱、空调、仪表板、脚踏板安装支架及制动管路支架和一些必要的碰撞加强梁等构件组成。

如下图所示例子。

当然，对于不同车有不同的结构，如有些车前围前端板为安装零件，有些车
的前围上盖板仅仅为几个小的加强板，有的前前围后端板和前挡板合并成前挡
板，有的前围前端板和前挡板合并成前挡板等等，这些分块的方法主要是考虑冲压和焊接工艺的可实施性来决定。

1-2轿车车身前围结构的功能要求
在车身设计中，一般从车身的刚度和强度、人机工程、布置，以及电器系统、内外饰零件的安装等方面出发对轿车车身的前围零件有如下的功能要求。

1）支承并安装前风挡玻璃；
2）支承转向柱；
3）保证车身的扭转刚度；
4）提高前碰撞安全性，控制前挡板和转向柱在前碰撞的后移量；
5）构成发动机舱和成员舱之间的隔壁，与车身布置有关，应具有良好的密封、隔震、隔音和隔热效果；
6）设置外部空气吸入口和通风道；
7）安装空调装置及其通风风道；
8）支承和安装仪表板；
9）安装制动器、离合器踏板支架；
10）安装雨刮器等附件
第二章 前围结构特点及设计
2-1前围上部的设计
2-1-1 前围上部典型截面
以下分别是公司几个车型的典型截面，还有象B11,T11的前围典型截面都和S18,B13,B14的类似。

前围的上部，一般由前围上盖板、前围前端板、前围后端板和雨刮轴安装的两个加强板、雨刮电机安装加强板以及仪表板的几个安装支架、仪表板安装横梁支架、空调安装支架这些零件组成。

从以上的典型截面可以看出，前围一定会有由2个以上的钣金组成的封闭结构。

这个封闭的结构对于整车的刚度有非常重要的贡献，它同时也形成一个流水槽。

留在车子前部的水都是通过这个槽排出的。

一般前雨刮都布置在这个封闭的结构里面，或者是象S18和B13/14一样，由于封闭结构的尺寸较小，不能完全容纳雨刮，则布置在图上的敞开结构里面。

在这个敞开的结构里，前面的钣金就是将动力总成和雨刮系统分开的屏障。

以上零件前围后端板不是在任何情况下都一定要存在的，对于小车而言，因为设计空间有限，前围后端板可以取消，用增大（延长）前挡板的方法来代替前围后端板的作用，就象S11的前围上部结构一样。

这样做的好处是减少一个中件的模具成本，，简化冲压、焊接工艺，从而减少设计周期。

由于前围后端板的存在占据了仪表板的安装空间，仪表板的造型决定了前围后端板的主要形状，而空调和脚踏板的安装点以及前围下部的边界又会限制前围后端板的形状，而一定的高度空间上要形成那么复杂的安装型面，使的S12前围后端板的工艺成型性非常的差。

从研究S11的结构发现S11并没有因为前围后端板的减少而增加（下面有介绍弱点）前挡板的设计难度，相反结构简单明了，设计起来简单。

2-1-2前围上部设计原则以及注意事项
2-1-2－1雨刮加强板。

盖板主要是用来安装雨刮的钣金，无论雨刮是单臂还是双臂结构，在雨刮安装轴处一定要有加强板。

雨刮加强板的设计主要时考虑：1、提供安装点；2、保证一定的疲劳强度。

对于安装点主要按照实际的布置情况来确定，但要考虑安装点过孔的问题，由于雨刮安装点一般不需要加强板提供凸焊螺母或螺栓，所以一般情况在加强板上做过孔，因为这样对外观有好处；对于疲劳强度问题，雨刮实际的载荷不是太大，但是雨刮的寿命在100万次以上。

由于与雨刮加强板配合的零件的厚度都比较薄，所以为了保证一定的强度，加强板的设计建议采用：一是加强板本身建议在一定的部位采用翻边结构；二是考虑将加强板的局部做成3层板搭接的结构，这样可以有效的保证强度。

2-1-2－2前围上盖板概念设计
其大面的设计都是由CLASS A前风挡玻璃和前围上装饰板的造型边界（仪表板的主要边界也同样）在满足了安装间隙要求的前提下按照预先设计好的Z0X 中间主截面通过设计软件拉伸而出。

其后只要在上面增加功能型面就可以了。

而预先设计好的Z0X中间主截面是由工程师自己定的，这个截面是非常重要的，如果设计的好，就会使钣金的工艺性和焊接性大大增加，大大减少设计中的工作量，因为前围上盖板的Z0X中间主截面会直接影响前围前、后端板的设计，它是这两个件的焊接边界条件。

所以最终前围设计的好坏与工程师的设计水平是分不开的。

本人认为S12的前围主截面不是一个成功的主截面，所以S12的前围也不是一个成功的前围。

相比下，本人认为S11的比较好，在以后的设计中有更大的参考价值。

前围上盖板有一个功能就是安装雨刮系统，所以在设计时除了考虑雨刮的安装点之外，同时要考虑雨刮机构安装的工艺过孔，因为雨刮系统是一个整体的连杆机构，有一定的长度，所以在设计工艺过孔时应该使用雨刮的供货的数据状态进行过孔的空间校核。

对于设计软件是UG的，可以采用装配形式来校对，对CATIA
的也可以用CATIA 的装配或使用罗盘来做校对。

校对过程中要保证两条：一是雨刮机构能够从过孔中穿过并能完全进入盖板的下面；二是过孔位置的设计要能保证在安装过程中手能够通过过孔能接触到雨刮的安装点。

一般采用两个孔就可以完成上述两个要求。

但是有时一个大的过孔就可以满足要求；有时为了考虑右舵可能会采用3个孔。

在设计过孔时建议采用向下翻边的结构，这样可以抵消由于加大孔带来的强度削弱问题，同时也可以避免工人安装雨刮时手被孔边刮伤。

如下图所示。

2-1-2－3前围前端板的设计。

前围前端板主要是隔离前舱和安装雨刮电机用的，在安装雨刮电机的地方也一定是要放加强板的。

由于要隔离前舱，所以上面要安装减震垫。

但是为了达到隔震、隔噪、密封的效果，安装减震垫的螺钉一般是植焊螺钉，这样就减少了钣金上的孔洞，更好的起到隔震、隔噪、密封的作用。

还有尽量减少大面积的平面结构，多加点加强筋，增加刚度，减少钣金在运动过程中产生的噪声。

总之前围前端板的结构一般是比较简单的，工艺性也比较好。

他可以是焊接件，也可以是安装件。

2-1-2－4前围后端板的设计
前围后端板可以说是前挡板的延续部分，主要用来安装仪表板总成，还有脚踏板及空调总成的部分安装点也是在前围后端板上（另外一部分在前挡板上）。

这就决定了前围后端板是个功能件，而且是个非常重要的功能件，当工艺性和功能性相矛盾的时候应该以功能为主，牺牲工艺性。

上面也提到过S12此件的工艺性是比较差的，最终通过软化材料满足了功能的要求。

前围后端板的结构主要是由这些安装点来决定的。

它和前围前端板的设计理念差不多，都要起到隔震、隔噪、密封的作用，其上也有内减震垫安装点，也是用的植焊螺钉。

只是在为了满足侧面碰撞的欧洲版本里，增加的前围后端板支撑板的固定是用的焊接螺栓，在钣金上开了一个孔。

这是在没有办法的情况下才做的，因为前围后端板支撑板的安装需要一定的强度，植焊螺钉达不到强度的要求。

再有就是象前围后端板这样的中大件上设计尽量不要直接有凸焊螺母的地方。

一来是钣金太大，工人的操作性差；二来有凸焊螺母的地方，钣金是一定要打空的，对隔震、隔噪、密封也没有好处。

为了避免这样情况的发生，S12在仪表板的安装上面就避免了这一点。

本来仪表板的两个最侧边的安装点是可以直接用在前围后端板上焊接凸焊螺母
而达到安装要求的，但是我们在设计中就用一个小加强板上焊接凸焊螺母，在将这个小加强板焊接在前围后端板上的方式来避免。

如图所示。

上面凸焊螺
母的小支架
前围后端板本体零件
2-1-2－5流水槽的设计
流水槽顾名思义就是用来流水的槽子。

由于水总是往低处流的，所以最简单的就是要给水一个流动的方向——从高到低的方向。

所以设计中最重要的一点就是钣金焊接在一起形成的槽子不能将水淤集在里面，而是让水能够流出车外。

如下用实体从不同方向显示的流水槽的形状，以及从断面所截流水槽的断面图。

里面的钣金应该比外面的钣金高2—3MM。

另外在流水槽的地方也有考虑用堵盖密封的，这个堵盖是带有管子的，当有水的时候管道在水压的作用下会自动打开，达到流水的作用；当没有水的时候，管道会在大气压的作用下自动关闭，就可以很有效的减少噪声等传入车内。

不过这项技术目前国内是没有，在日本和英国的车上也很罕见。

侧视图看流水槽（最高部位在中间，最低部位在两边）
正视图看流水槽
局部放大――轴侧视图
轴侧视图看流水槽
A
A
截面Ａ—Ａ截面Ａ—Ａ局部放大图
2-1-2－6前围和VIN码
VIN码是“车辆识别代码”（vehicle identification number）的意思。

它就相当于汽车的身份证，当需要的时候会有警察的光顾。

我们公司VIN码打印区域（包含夹具定位区间）为20*200MM。

打印位置请参考标准：CMVR A01-01 车辆识别代码（VIN）管理规则。

这个标准中对某些规定并不是相当的严格，比如，右舵的VIN码应该打印在哪边就不是很明确。

通过对S12的设计，有专家认为，对于右舵无论是打印在车的偏左边或者是偏右边都是没有问题的。

但是我们公司好像形成了一种惯例，就是左舵的VIN码打印在前围上盖板，轮罩等偏右的地方；右舵也也打印在偏右的地方。

刚好S12的右舵是打印在偏左的地方。

结果也为这个标准争论了很长时间。

最终因为更改模具费大，周期长，在加上标准上也没有特别的规定。

这里为了查找标准的方便，将此标准中最关键的文字摘录如下：CMVR A01-01 车辆识别代码（VIN）管理规则第六条基本要求
1）每一辆汽车，挂车，摩托车和轻便摩托车都必须具有唯一的车辆识别代号，并标示于车辆的一处或多处位置。

2）在30年内生产的任何车辆的识别代号不得相同。

3）车辆识别代号应尽量位于车辆的前半部分，易于看到且能防止磨损或替换的部位。

4）每辆车的车辆识别代码应表示在车辆部件上（玻璃除外），该部件除修理以外是不可拆的。

车辆识别代号也可以表示在永久性的固定在上述车辆部件上的一
块标牌上，此标牌不损坏且不能拆掉。

如果制造厂愿意，允许在一辆车上同时
采取以上两种表示方法。

5）9人座或9人座以下的乘用车和最大总质量≤3.5t的载货汽车的车辆识别代码应位于仪表板上靠近风窗立柱的位置，在白天日光照射下，观察者不需要移动
任一部件从车外即可分辨出车辆识别代码。

6）VIN的字码在任何情况下，都应是字迹清楚，坚固耐久和不易替换的。

7）车辆识别代号的字码高度：若直接打印在汽车和挂车上（车间，车身等部件上），至少应为7MM高；其他情况至少应为4MM高。

VIN当打印在前围钣金上的时候，一定要考虑漏水的问题。

以下举一个S12上设计失败的例子。

2-2前围下部（前挡板）的设计
2-2－1前围下部的基本构成
这里主要介绍S12前围下部的构成。

如下图所示。

主要由前挡板（也叫防火墙）、脚踏板安装支架、空调安装支架，转向柱加强板、以及人性化设计的搁脚板支架和为了保护前挡板在碰撞中的侵入量的两个内外横梁组成。

这里S12主要有内横梁两个，外横梁一个。

最后在碰撞分析过程中，发现前挡板的外横梁可以有两个，就是在转向机的部位应该还有一个很长的加强板．S18的设计就吸取了S12的教训，在这个部位有个连接到两边纵梁的加强板，如图所示，S12和S18的区别
搁脚板支架 S12前挡板总成
象这样的加强板应该在设计的最初就要给它一个概念的设计，就是先给他必要的型面空间，让他和前挡板一起构成一个封闭的腔体，如果到了碰撞分析过后发现需要这样的加强板，然后再去设计，对于前舱空间要求很紧张的小型车来说，基本上是不可能的。

因为需要将所有有关的边界进行校核，这里有可能会更改副车架，至少时间上是不允许的．
2-2-2前围下部设计原则以及注意事项
2-2-2－1设计考虑的主要因素
由于前挡板是隔离前舱与座舱，连接地板，安装脚踏板和转向系统，安装空调的主要构件。

由于车辆设计中乘员是至关重要的，所以前围下部总成的设计主要围绕着前挡板在碰撞过程中的侵入量不能超过法规的要求；而且它的特殊地理位置决定了它必须具有良好的隔震、隔噪、密封以及隔热效果。

2-2-2－2前挡板的设计注意点
前围下部最主要的零件就是前挡板，由于前挡板是个很大的零件，对车身重量的贡献很大，但是前挡板又是尽量不能开孔的零件，他需要隔震、隔噪、密封．所以在设计前挡板的时候，要尽可能的分布很多的加强筋，不能有大平面的地方；上面的螺钉也尽量用不需在钣金上打孔的植焊螺钉。

如下图S12与S18的前挡板型面对比。

从对这两个车型前挡板的对比，我们可以发现前挡板设计的特点：
1）前挡板上有许多的加强筋，除了安装零件和焊接所需要的平面，基本上都没
有留下很大的空白平面
2）S18的前挡板上，由于设计的需要，做了些需要在前挡板上开孔的凸焊螺栓，
而S12一个都没有。

这个是S18没有S12好的一个方面。

将来会有水从前挡板于焊接螺栓搭接的缝隙中漏进室内的隐患。

除此外，如果有零件需要在前挡板上开孔，那这个零件安装中肯定需要自带密封圈的。

如图A 所示。

3）前挡板的内外都铺有厚厚的减震垫，如图B 所示。

减震垫是为了隔震、隔噪，隔热用的。

一般内减震垫定义的厚度为21.5MM ，外减震垫定义的厚度为15MM 。

厚薄问题可以视情况而定。

2-2-2－3前挡板内外横梁的设计
S12有前挡板内外横梁共3个中件，这三个件是前挡板的“保护神”，也是小型车必不可少的零件。

要想让前挡板内外横梁起到保护前挡板在碰撞的时候满足法规的要求，最主要的一个方面就是焊接关系，我们要在焊接的时候让前挡板，前挡板内外横梁和前纵梁形成一个焊接整体，这样既可以加强前挡板又可以让一部分力很好的传递到车身的后部去。

如下图虚线框所示。

前挡板
前挡板内减震垫
如果前挡板和前挡板内外横梁之间少了与前纵梁的搭接，那前挡板的内外横梁就只是唯一的前挡板的加强件了，那还不如直接把强挡板加厚，或者做个前挡板内外板就可以了。

不过如果是这么简单的设计，那整车的重量就会往上升，这是不好的。

如图所示前挡板外横总成图。

图上的两个尾巴状的东西是中通道的加强板，也可以分给地板总成。

S12前挡板外横梁总成
2-3 A柱内板的设计
A柱内板本来是划入侧围的零件，但是在设计S12的时候将其划入前舱，且与前挡板紧密联系。

现在看来A柱内板划入前舱比划入侧围更合理一些。

因为A 柱内板是前挡板的边界，决定了前挡板与侧围的焊接翻边的形状。

A柱内板上最重要的特征就是前舱线束过孔，和门线束过孔，在S12的A柱内板上还有天窗过水孔（不是很重要），以及仪表横梁安装支架的安装面，再其次就是一些线束卡口孔，搭铁安装螺栓。

A柱内板和前挡板一样也要考虑隔震、隔噪、密封以及隔热效果，所以A柱内板上的孔也是要密封的。

如图所示S12A柱内板总成。

2-4前围总成中小支架的设计
前围总成中小支架的设计概念是：支架一定要有足够的强度，其上设计的翻边一定要连续；如果在某些主要的地方可能会挡住不能焊接的，则应该尽可能的让其体积小一些；对于“工”字形支架应该保证单边3度—５度的开角，这个开角太大这小支架没有刚度，太小且模具很难实现；为了防止回弹，在大翻边处一定要做三角筋；小支架上有多条加强筋时，筋的方向一定要和冲压方向一致。

请看下面6个较典型的小支架和小支架的典型截面。

第三章 前围的定位
前围零件的定位原则：所有的定位孔尽可能的和坐标平面平行，如果不能平行，则尽可能的让坐标值是整数。

这也是所有做定位孔的原则。

关于定位的问题，是一个很复杂的问题，目前我们设计部门是在规划院的协助下完成的定位孔的位置和大小制定。

但是对于前围而言，一般我们选择已有的孔做定位孔，不单独做。

因为前围的密封要求严格。

如果单独为定位孔打孔，则需要用堵盖密封起来，这样会在堵盖上增加成本。

前围上中大件的定位孔都是严格的和坐标平面平行，一般用的是φ15，φ８的圆孔，前挡板还有一个用的是腰形孔．小支架上一般用螺母和螺栓定位，但是用标准件定位不是很准确，因为标准件在焊接在零件上的时候本来就有误差，在用这个有误差的标准件来定位就更不准确了。

所以另外开φ８，φ6的圆孔定位的．下面摘抄一点规划院提的焊装要求中对定位孔要求的部分内容。

车身定位系的建立要求能够确保车身焊接得以实现，并保证车身精度在规定的、允许的公差范围内，它是建立在一定的装配关系基础上。

1. 定位原则
⏹ N-2-1原则，随零件的大小、板件刚性的强弱，N 的数量也不同； ⏹ 定位方式的选择建议优先选择图1，对于大且刚性较差板件优先选择图
2
和图3。

⏹
尽可能实现圆孔、椭圆孔定位，避免使用方孔、不规则孔等定位； ⏹
对于不上夹具的小零件可以采用凸点定位； ⏹
对装配点要求较高的可采用螺母孔定位； ⏹ 对于装配精度要求较低的结构件，可采用翻边自定位、简化的捆绑、夹
持等定位形式，以简化夹具。

2. 定位精度
1) 位置
⏹ 将高精度的装配孔/点设为定位孔/点，以保证其最终定位精度； ⏹ 定位孔之间的距离应该大于该件在此平面最大距离的三分之二； ⏹ 零件定位孔所在面需为平面设计，不可在曲面上；
⏹ 定位孔处零件刚性相对较好；
⏹ 同一零件定位孔法线方向尽可能相互平行，并尽可能缩减同一零件/总成的定位孔平面间距离；
⏹ 大型零件、总成主定位孔须与设计主平面平行；
⏹ 尽可能避开焊点位置；
⏹ 杜绝定位孔径向受力；
⏹ 降低装配难度。

2) 数量
⏹ 确保零件装配稳定，定位点须合理使用，谨慎使用过定位。

3) 误差积累
⏹ 误差积累方向为从上到下、从左到右、从前到后；
⏹ 定位点的统一与延续性及误差积累方向的一致性；
⏹ 模块化生产方式贯穿其中，须有误差消减措施；
3. 定位孔的要求
⏹ 孔径与所定位零件重量相匹配，如料太薄，可采用翻边孔、台阶孔；
⏹ 形状相似零件的定位孔孔距要求长度不一，避免错装；
⏹ 模具包边的零件定位孔建议采用翻边孔，以提高孔对销的导向作用；
图1
图2 图3
图4
4.过孔的设计
⏹避让定位孔的过孔要求比定位孔直径至少大1～2mm；
⏹避让螺母孔的过孔要求比螺母焊接定位孔至少大1mm；
5.其它….
1）减少零件的上定位，即减少翻销的使用;
⏹2）在焊接装配定位时要考虑定位销运动方向上有5mm的定位销运动空
间（如图4）；随销直径的增大，运动空间相应增大；
第四章前围与其它系统的关系
下面的内容主要是对前围和其它系统的间隙要求做一个推荐，最终的值应该依据各个车型的实际情况来确定。

4-1前围与前仓
前围与前仓最重要的关系是焊接关系。

表现为前挡板与前纵梁的焊接，前挡板与减震器座的焊接。

如图所示黄白色的小圆球。

4-2前围与发动机
前围是隔离发动机舱和座舱的主要构件，要求能够很好的阻挡来自发动机总成的震动、噪声和热量。

前围和进气歧管有非常严格的间隙要求，一般要求在70mm 以上，对于进气歧管和钣金的距离是25mm以上。

同时三元或排气管离燃油管的距离要保证在120mm以上，主要是从安全角度考虑。

4-3前围与副车架
前围一般不会用来固定副车架，副车架是与纵梁相连的．但是前围和副车架是有一定的间
隙要求的。

最小间隙至少要保证在5mm以上，一般建议达到10mm以上。

4-4前围与轮胎
前挡板的设计很重要的一个输入就是轮胎的跳动。

S12前围和轮胎包络面的间隙建议达到12mm左右，因为在冬天会采用防滑链。

4-5前围与转向机
前围与转向机和稳定杆的间隙要求在10mm以上，前挡板和稳定杆跳动距离要求是8MM以上。

4-6前围与侧围
前围和侧围的重要关系也是焊接与连接的关系。

这里有前围上部与侧围的直接焊接连接和前围下部通过A柱内板与侧围总成的焊接连接。

如图所示
S12侧围
S11前围。