仪表板横梁设计规范
仪表板横梁设计规范
1 范围
本标准规定了仪表板横梁的设计要点。
本标准适用于轿车、SUV等车型的设计。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 1771-2007 色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定
GB/T 9279-2007 色漆和清漆划痕试验
GB11552-2009 乘用车内部凸出物
3 术语和定
3.1 仪表板横梁在车身系统中的布置
仪表板横梁总成安装在驾驶室的前端，主要作用是将仪表板和车身固定起来，同时将转向管柱、安全气囊、线束，电器盒等电器附载件装配固定起来，支撑仪表板总成等负载件的整体刚性，同时正碰实验时对驾驶室起到加强保护的作用。如图1：
图1
3.2 仪表板横梁简要说明
仪表板横梁总成主要零部件如图2：
图2
（1-横梁左侧安装支架，2-横梁右侧安装支架，3-中间固定支架，4-前挡板固定支架，5-转向管柱安装支架，6-管梁,7-手套箱支架，8-PAB 安装支架，9-保险丝盒安装支架，10-CD 机安装支架,11-空调安装支架）
以上是横梁的主要零部件，若要出口欧美，则在正副驾驶侧增加膝盖碰撞吸能支架，其他相关固定
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车身机舱
仪表板横梁
仪表板装置
前地板中通道
支架则根据分布在仪表板系统上的电器件及仪表板自身固定的要求分布。
横梁中间管梁本体的材料通常采用20#无缝钢管和Q195焊管，各支架的材料根据支架的厚度来定，
如果厚度在1.8mm以内，则选用DC01的材料，如果厚度在1.8mm以上的则选用SPHC的材料；横梁
支架冲压成型后通过悬挂点焊和CO2气体保护焊接成品。
4 仪表板横梁主要零件的设计要点
4.1 横梁的设计满足以下几点要求：
a.满足整体刚性（通过CAE分析）；
b.支持转向管柱功能，满足NVH要求；
c.支持线束、电器件的固定；
d.支持仪表板装置等塑料件的固定；
e.支持安全气囊的固定，为安全气囊的顺利爆破提供支撑；
f.在满足强度的要求、NVH等试验的要求下最大限度的减轻重量，同时尽可能的将各支架工艺简易。
4.2 横梁管梁本体的设计
管梁有标准管梁和非标准管梁，标准管梁可以直接采购，而非标准管梁需要定制，既增加成本又不易采购，所以尽可能的选择标准管梁；仪表板横梁通常使用的几种管梁外径有：35mm、38mm、42mm、45mm、50mm、54mm、60mm。
管梁按结构分为直管和弯管，直管加工简单，制造公差容易控制，有利于碰撞试验，所以布置的时候尽量采用直管；若因边界条件的限制不能布置成直管，只能按照弯管布置，弯管相对直管需要二次加工，弯管制造公差大，难控制，成本增加。
4.2.1 直管的设计
管梁的中心位置，横梁管梁不能布置在PAB模块的正下方，一般距离管梁为10mm到45mm之间。图3是B01布置的截面图：
PAB
仪表板横梁管梁本体
图3
横梁管梁到方向盘中心的距离越小越好，一般最大不超过460mm，能有效减小方向盘共振。
横梁管梁到转向管柱安装面的距离推荐范围60mm到70mm。
横梁管梁到HV AC的距离要求在15mm以上，与风管之间的距离要求在5mm以上，满足制造公差和装配公差要求。
横梁中心管的上表面要求比HV AC出风口表面要低，满足仪表板安装的方便性，见下图4：
HV AC出风口
仪表板横梁管梁本体
HV AC
图4
横梁中心点的坐标要求X和Z都为整数，降低累积公差。
确定管梁位置后，根据车内空间的大小，确定管梁的长度，管梁壁厚一般为1.5~2.5mm；目前直管设计大多数采用一段粗管梁（转向管柱侧）加一段细管梁焊接而成，这样能提高模态试验要求。
如图5（B01仪表板横梁管梁本体），图6（T22仪表板横梁管梁本体），图7（B11仪表板横梁管梁本体）：?54
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图5（B01仪表板横梁管梁本体）
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图6（T22仪表板横梁管梁本体）
图7（B11仪表板横梁管梁本体）
4.2.2 弯管的设计
管梁弯曲的目的是为了避让干涉，在满足避让的前提下，尽可能的减小弯管的角度和弯曲深度，避免在管梁上做复杂的深成型结构，简化工艺。 4.3 固定点的布置
横梁与车身的固定点基本分布在横梁两端、车身前围和前底板中通道上。在横梁两端与车身一般靠近转向管柱一端作为主定位，副驾驶一侧作为副定位，横梁上的主定位一般采用两个定位销或者两个孔（一个圆孔和一个腰形孔），除定位销外，两端至少要4个固定点，固定一般采用M8螺栓，两侧的定位和固定是横梁与车身连接最主要的固定。
中通道支架与前底板之间通过4个M8或者M6螺栓连接。横梁与前围一般用一个或两个M8或M6螺栓连接。如图8横梁与车身固定点的布置：
图8
4.4 横梁左/右两端支架的设计
横梁两端支架在整个仪表板横梁总成中属于核心件，两端支架与车身安装点方向分布为Z 向，各通过螺栓固定在车身上，同时两端两个定位销定位在车身上。其中主驾驶侧主定位销定位横梁总成在整车Y 方向和Z 方向上的偏差，副驾驶侧副定位销定位横梁总成在整车Z 方向上的偏差，考虑到焊接变形，横梁上下两个安装过孔一般都是Y 向的腰形孔，吸收横梁及整车在Y 方向的误差。如图9为公司T22和B01车型的结构：
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与车身安装主定位
与车身安装点
与车身安装副定位
与车身安装点
与车身安装点
与车身安装点
T22横梁左/右端支架
B01横梁左/右端支架
图9
4.5 横梁中间支架的设计
横梁中通道支架刚性的强弱对仪表横梁做模态试验起着重要作用。横梁中通道两支架固定在前底板中通道钣金上，靠近主驾驶侧的支架刚性设计时比副驾驶侧的支架要强，对支持转向管柱的固定及提高NVH试验有利。在左右中通道支架之间至少有一到两个支架连起来，提高中控部分的整体刚性，中间支架固定仪表板系统的中控部位，如副仪表板、DVD等电器件。图10为公司B01横梁中间支架设计：
图10
4.6 转向管柱支架的设计
转向管柱是整车中重要的安全件，在汽车行驶过程中，会承受到来自各个方向的外力冲击，这就要求，转向管柱安装支架不但要固定可靠，在结构上还要考虑到转向管柱的NVH特性。转向管柱一般采用2-2.5mm的板材，通过M8螺栓与转向管柱连接，一般采用“盒式”结构，即支架分上下两部分，包住横梁管梁，三者焊接在一起。如图11：
B01横梁转向管柱
T22横梁转向管柱
图11
安装副仪表板
4.7 横梁前挡板支架的设计
为了降低转向管柱怠速抖动,提高模态试验频率，在横梁前端与车身前围之间增加一个固定支架。如图12：
横挡板安
装支架
B01横梁前挡板安装支架
横挡板安
装支架
T22横梁前挡板安装支架
图12
前挡板支架固定采用M8螺栓或螺母，由于该处装配误差较大，安装过孔直径应能吸收装配误差，通常过孔直径为14mm-16mm；设计时此处的安装过孔千万不能作为定位孔，避免横梁过定位导致装配困难。
4.8 横梁其他支架的设计
在满足功能和刚性的前提下，各固定支架结构尽可能的简单化，这样也有利于降低成本。
以图13为例，详细说明支架的设计参数及焊接螺母所要求的尺寸，若焊接M6螺母，则支架凸焊螺母孔径L1要求为?7mm；若焊接M8螺母，则支架凸焊螺母孔径L1要求为?9mm。L2为凸焊螺母焊接需要的空间，若凸焊螺母高度低于工件翻边高度H1时，则M6螺母到翻边的距离至少16mm，M8螺母到翻边距离至少为20mm，当然具体情况具体分析，若凸焊螺母高度高于工件翻边高度，则不影响，若没有翻边，则不用考虑。正常情况下H1≥3mm，圆角半径R1≥0.5mm，L3的最小距离为8mm。
图13
4.9 横梁支架加强筋的设计
横梁支架是给相关零部件提供一个固定的载体，因此要求支架具有一定的强度，满足碰撞要求和NVH的试验要求，通过设计加强支架；支架加强除了增加料厚外，还有增加翻边、增加折弯次数和增加加强筋等方法。
5 数据冻结校核
横梁数据设计完成后，校核与各周边匹配件的安全间隙是否满足：一般固定件与固定件之间的安全间隙至少要5mm以上，运动件与运动件之间的安全间隙至少要10mm以上；主副定位是否合理可靠；安装孔是否配接正确；孔径定义是否合理等；同时横梁在冻结之前要做CAE分析，在满足要求后冻结。
另外，横梁冻结应与仪表板、线束和电器等匹配件同时冻结，避免仪表板、电器及线束等匹配件的方案更改导致横梁大量设变。
6 横梁要满足的试验
6.1 熔深试验：成品弧焊部位垂直切割后，焊接熔深≥薄板厚度的12％。
6.2 凸焊扭矩试验：凸焊扭矩试验分为破坏性试验和非破坏性试验，非破坏性试验是指用扭力扳手扳螺母或螺栓，M6螺母或螺栓力矩达到16N.M，M8螺母或螺栓力矩达到35N.M时母材不被撕裂；破坏性试验是指用扭力扳手扳螺母或螺栓，M6螺母或螺栓力矩≥25N.M，M8螺母或螺栓力矩达≥60N.M时母材被撕裂。
6.3 盐雾试验（需要电泳的横梁）：表面电泳处理按GB/T 1771-2007中3.5.2涂层腐蚀等级定义，氯化钠浓度为50g/L士5g /L，（35±2）℃/144h或96h；电泳后主体表面基本无腐蚀，如尖端、棱边和焊缝等腐蚀面积要求小于总缺陷面积的10%。
6.4 附着力试验：按GB/T 9279-2007中0或1级执行。；
6.5 漆膜厚度：漆膜厚度大于等于12um。
6.6 台架试验：用三万公里路试试验替代。
6.7 材料试验：包括化学试验和性能试验。
6.8 乘用车模态试验：仪表板系统的振动试验要在特定的台架并保持一定的夹紧力的情况下进行，仪表板系统的固有频率要求大于35HZ。
6.9 满足GB11552-2009汽车内部凸出物试验：在碰撞区域内，用模拟器在378N的作用力下，使仪表板发生溃缩，没有尖角或坚硬物体伤害到人。
7 检具方案确认
检具方案包括：三维数据、二维图纸（检测销）和操作指导书，方案确认后，供应商再提交标准版本的书面检具方案双方会签。
总成检具首先要满足检测的功能，其次在满足检测功能的基础上要考虑到工人取装件的操作方便性，同时工件在装取的过程中不能与检具本体干涉。
总成检具上的检测销尺寸应根据双方会签的GD&T图纸上的位置度要求制作。
8 焊接工艺排布
仪表板横梁上的重要件放在后面工序焊接，主要是减少过程工序的焊接变形，比如：中通道左右安装支架、DVD安装支架、手套箱安装支架、前挡板及转向管柱安装支架等放到后面工序焊接。
各冲压件在单件检具上的定位，在焊接夹具上的定位等都应按照各冲压件装车的定位为基准，保持基准一致，减少因基准不统一而导致的累积误差。
9 总成焊接变形的控制措施
仪表板横梁总成多采用复杂的管、板式焊接结构，焊接后变形，直接影响整车装配，因此制造中限制和消除焊接变形非常重要。控制汽车仪表板横梁总成的焊接变形主要从设计和工艺2个方面解决。
影响仪表板横梁总成焊接变形的因素，主要有以下几点:
9.1 焊接工艺方法：不同的焊接方法将产生不同的温度场，形成热变形也不相同。相比较自动焊比手工焊加热集中，受势区窄，变形较小。
9.1.1 焊接参数（焊接电流、电弧电压、焊接速度）：焊接变形随焊接电流和电压增大而增大，随着焊接速度加快而减小。因此相比较低电压、高电流的自动焊接变形小。
9.1.2 焊缝数量和焊缝高度：焊缝数量越多，焊缝高度越高，焊接变形越大。
9.1.3 焊接方法：连续焊和分段焊的温度场不同，产生的热变形也不同。连续焊变形较大，分段焊变形较小。
9.2 减小焊接变形的设计措施
9.2.1 合理的焊缝尺寸
焊缝尺寸直接关系到仪表板横梁总成的焊接工作量和焊接变形大小，焊缝尺寸大，焊接工作量大，焊接变形也大。因此，在保证仪表板横梁承载能力的情况下，应尽量减小焊缝尺寸，在保证焊接质量的前提下，按板厚（管梁壁厚）来选取工艺上允许的最小焊缝尺寸。
9.2.2 合理的焊缝数目
在仪表板横梁总成结构中力求焊缝数量合理，焊缝不宜过分集中，避免焊缝垂直交叉，多采用分段焊接。
9.2.3 合理的焊缝位置
设计仪表板横梁总成时，将焊缝对称于截面中心轴，这样能使焊缝引起的翘曲变形互相抵消。
9.3 焊接变形的矫正
仪表板横梁总成在焊接的过程中，焊接变形是不可避免的，采取有效的设计和工艺措施控制焊接变形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，达到仪表板横梁总成的功能要求。实际生产中，只有对焊接进行全过程控制，才能更有效控制仪表板横梁总成的焊接变形，达到保证仪表板横梁总成尺寸精度和
装配要求的目的。一般来讲，仪表板横梁总成的变形除了过程控制之外，在发货前还要增加矫正工序并且要求百分之百的矫正，矫正应在专用的矫正工装上操作，这样才能保证横梁总成的一致性和合格性。
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