前端模块结构及其影响因素
各个模块内所能集成的构件内容和数量，会因汽车生产商的要求和前车身的设计而差别很大。宝 马Mini的前端模块(见图2)是至今集成度最高的。它集成了多达十四大部件：前端支架、发动机罩锁、 制冷系统、风扇电机、风扇叶轮及其护罩、碰撞保护系统、雾灯、前照灯、前照灯清洁系统、水箱、
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汽车制造商之所以采用前端模块方式组装汽车，是因为它有三大优点：减少整车厂因零部件物流 所需的面积；降低整车厂生产和管理的复杂度；通过专业化达到优化集成并减少重量和尺寸误差的目 的。
汽车前端模块化早已确立了其在行业内的重要地位，而前端支架的快速发展为此做出了不可磨灭 的贡献。它是前端模块的核心和组装平台，其结构和材料取决于车身结构和汽车商对其性能的要求。 塑料/金属模塑复合组装技术，充分利用了适合于批量生产的塑料和金属材料各自的优良性能，既满足 了模块集成和汽车前端刚度的要求，又降低了成本。
通用公司提出了在内高压成型的管件上开窗口并在此模塑成型用于安装的连接结构(如钩扣、螺柱 等)的方法，但其缺点是可选供应商有限、生产成本高、防腐处理较困难和注塑模具磨损较大等。HBPO 工程师提出，将两个冲压或深拉成型钢结构作为嵌入件置入凸凹模内，通过模塑一次性连接组成一个 中空闭合的钢塑结构并与其它部分连成一体(见图5)。这个中空结构由一个“U”截面钢结构和一个平 板构成。这些钢结构在防腐电镀处理后，分别置入注塑模具，因其可变形性使得模具能够部分校正嵌 入件的误差而不损伤镀层。钢结构的相互连接完全依靠注塑成型的塑料铆钉和随后安装模块部件用的 螺栓，不需要焊接或额外的螺栓。这样注塑成型的构件具有高集成度、高弯曲刚度、高扭转刚度、低 热胀系数的优点、维持良好的防腐能力。同时，不同种类和厚度的金属板可以按照需要相互组合。困 难之处在于支架上连接部位有多达三块钢板的相互重叠(总厚度超过了4mm)和多处因连接造成的孔隙。 如何在支架和模具设计上弥补板厚误差，避免模具损伤或使溢流毛边最小和防止塑料不可控制地注入 空隙是对工程师最大的考验。目前，这种新型一次成型的中空闭合塑料/金属复合结构的批量生产很顺 利。
基于这个通用和特有部件的划分，ＨBPO提出了如图9的一个前端支架结构的原理性建议。
这个建议采用了ห้องสมุดไป่ตู้个独立的锁桥，因其各处几乎与发动机罩等距离，并且要跟翼子板连接，这些 都与各车型特征有关。同时，还有可能将某些车型的前照灯先组装到前端支架，而其它的却先跟翼子 板或前围组装在一起。这样，采用不同的锁桥很可能是一个合适的解决方法。
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前端支架的模块化发展
东方汽车网 2010-02-08 点击(1692) 作者:撰文／ 德国HBPO模块系统公司 赵高明 来源: 文字大小:[大][中][小]
为了降低重量，目前也有不少纯塑料的锁桥，并一次性注塑集成“V”形塑料支柱(图6)。
借助注塑成型实现功能集成
注塑成型能够一次集成很多功能，如弹簧扣钩、螺柱、定位柱、导气结构等。目前已经广泛采用 弹簧扣钩式简捷安装制冷系统的方法。雷诺Koleos的制冷系统的安装采用塑料弹簧钩结构：两个相同 的带有减振橡胶圈的塑料弹簧钩可由行驶方向用人力轻易地推入集成在支架锁桥上的注塑成型的塑料 夹扣内(见图7)。这样既节省了螺钉和螺帽，又节约了安装时间。
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前端模块组装的意义
1992年，大众Golf Ⅲ首次采用了“开放式”的汽车前端，并将前照灯、空调冷凝器、水冷器、发 动机罩锁和其它功能件一起由一个安装支架集成为前端模块。前端模块先由模块供应商完成组装并送 到整车厂总装线上的指定位置，再由整车厂组装到车身。通常采用螺栓将前端模块连接到翼子板支架 (车身侧外板)和纵梁。从GolfⅢ到GolfⅥ，前端模块已连续成功地应用到大众四代车型的生产中。据 HBPO内部资料统计表明，2008年前端模块占轿车年产量的比例在世界范围内已经超过25％，而在欧洲 更高达42％。
奔驰Viano制冷系统上端固定的方案则采用了集成在制冷系统塑料水箱上的塑料弹性钩和注塑在前 端支架上的定位支座。这个塑料结构具有橡胶圈相似的减振功能而节省了橡胶圈。
在宝马Mini(图8左)和奔驰Viano(图8右)支架下部集成了制冷系统的下端支座，既简化了制冷系统 的安装过程，又节省了原来用于减振和补偿热胀冷缩的橡胶。塑料既起到了减振作用，其结构设计又 能补偿制冷系统与前端支架之间因热胀冷缩和误差造成的相对尺寸变化。
一是与车型设计有关的特有部件：发动机罩锁的数量和方位；安全气囊感测器的方位；前照灯及 其清洁器的结构和方位；前围。二是与车型设计无关的通用部件：纵梁和平行吸能盒安装方位；发动 机和制冷系统；发动机进气管；车身底板的固定方位；喇叭；发动机罩锁；装配夹具的定位点；导气 结构的固定点；对前端支架强度和刚度的要求。
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气流冲压阀板、喇叭、前格栅和前围。
此外，一些汽车法规和指导原则的设立和变更会较大地影响前端模块的设计。如行人保护(以腿部 和臀部的撞击为主)、乘员保护(如在时速56km和64km下的40%偏置碰撞)和用于确定汽车保险系数的碰 撞测试等。但车商的外形设计思路会与一些要求或者法规冲突。如，降低前端模块的重量能有效地降 低行车费用和废气排放，而为了提高汽车安全系数、舒适性和可靠性而引入的构件却可能会大大增加 汽车的重量。因此，前端模块的设计必须综合考虑和平衡这些因素，以便开发出轻质、低成本、低能 耗和高质量的前端模块。
有的汽车生产商还要求用前端支架来提高整车的刚度。纯塑料结构往往因为设计空间有限而无法 达到力学性能的要求，甚至有的汽车生产商要求在翼子板支架之间以及翼子板支架与纵梁之间要有金 属连接。塑料/金属的模塑复合结构同时具备高刚度和轻质的优点，金属镶嵌件的刚度又大大降低了该 区域的模塑收缩和变形，提高了支架的尺寸精度。鉴于此，材料复合结构如塑料/金属的模塑复合结构 就被全球范围内广泛地采用了。通过几十年的实践，这个成熟技术已成为用来制造前端支架的占主导 地位的实用技术。
此外，汽车制造商提出让前端支架提高车身刚度的高要求，使得中空闭合钢结构得到应用。HBPO (贝洱海拉)开发了在模具内组装钢结构件、成型中空闭合钢塑复合结构的技术，并成功地用于批量生 产。此外，同一车型款式多样化的发展和不同车型统一开发平台的发展趋势，使得模块化对前端支架 本身的演变也深具现实意义。
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因而在选择前端支架材料时，不仅要考虑材料本身的性能， 如：比强度、比刚度、热膨胀系数、耐环境性能、设计自由度、可 加工性等，还要考虑生产费用，如：材料价格、用料量、加工成本 和设备投入，以及其它因数，如：该车型总产量、尺寸精度要求、 发动机舱温度等。前端支架位于前轴的前方，对驾驶动力学和能耗 有显著的影响，因而降低其重量就自然成为各汽车生产商一致追求 的方向。在选择材料和确定设计及其制造技术时，最重要的是要达 到汽车生产商技术规范书的要求、可利用空间、重量和价格之间矛 盾的最佳统一。
少重量和尺寸误差的目的。
汽车制造商之所以采用前 端模块方式组装汽车，是因为 它有三大优点：减少整车厂因 零部件物流所需的面积；降低 整车厂生产和管理的复杂度； 通过专业化达到优化集成并减
现有整车厂产能和面积的局限性也往往是决定采用模块化供货方式的一个原因。模块供应商通常 承包前端模块中各个构件的安装、物流和质量管理，并将它及时甚至按正确序列送到整车厂总装线上 的指定位置，再由整车厂组装到车身，这不仅缩简了总装线，减少了所需生产和储存空间，降低了整 车厂生产和管理的复杂程度，而且扩大了产能并提高了生产线的灵活度。另外，还可以进一步扩大模 块供应商的责任范围，比如将前端模块的整体开发和集成设计以及零部件的采购承包给模块供应商。 通过模块化的专业设计常常能有效减少模块重量和尺寸误差。跟钢板焊接件相比，塑料注塑件具有重 量轻和误差小的优点。
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结构。
中空闭合结构可以是铝合金型材或钢管，但其截面是不变的，常常无法满足前端支架的复杂结构 的需要。内高压成型能够制造这样的复杂结构，但由于金属板往往较薄，中空结构在注塑压力下会变 形甚至塌陷。
起亚塞拉图上的前端支架(图4)就是一个轻质、高刚度、高集成度支架的好例子，其中塑料PA6 GF30和四个金属板结构各占约总重量的50％。这个前端支架设计的原则几乎应用于韩国现代汽车集团 的所有车型的生产，促成了一个快速、规范、低成本的前端支架的开发过程。
中空闭合结构在前端支架上的应用。在开发雷诺三星汽车公司 QM5和雷诺Koleos的共享前端支架时，其刚度和强度方面的要求很 高，同时还要求重量和成本的最低化。近三十个刚度或强度方面的 要求(部分镜像对称)和提高整车特征频率的需要，迫使设计人员采 用大量钢板结构来设计支架并同时要考虑碰撞吸能系统的贡献，尤 其是在考虑到前端模块扭转刚度、发动机动态支撑刚度和罩锁拉伸 强度这些指标时。为此，在前端支架下部不得不采用中空闭合的钢
前端支架的材料、结构和功能
前端支架作为前端模块中实现上述各项要求的核心部件，是诸 多部件的定位点和组装平台，其结构和功能不断地随着前端模块的 演变而演变。为了实现其在前端模块中的核心作用，前端支架要满 足一系列力学、尺寸、安装、耐环境等方面的要求。前端支架需要 具备：良好的结构强度和刚度；良好的尺寸稳定性和低的尺寸误 差；简易紧固件的集成；有限空间内尽可能高的比刚度；好的耐热 和耐化学物质性能；轻质廉价等。