摘要：近年来，我国的汽车行业发展迅速，汽车制造行业也有了很大进展。文章主要介绍了一种平台化的下车身结构设计方法。即通过合理的零件拆分和零件设计分别满足平台车型造型变化、轴距变化、后悬变化及配置变化的需求，文章针对以上变化分别详细阐述平台化设计方法。平台化的设计方法提高了车身零件的通用化率、缩短了车型的开发周期，降低了单车的开发成本。
关键词：汽车；车身；平台化
引言
在汽车研发过程中，为了快速适应市场的需求、避免大量的技术集成、零部件设计、仿真及实验验证等资源的重复和浪费，平台化架构思想逐渐被各大主机厂重视。通过平台化架构的建立，实现技术、零件、设计等的共用，既降低了研发费用，也缩短了产品开发周期。车身平台化架构则是在整车平台化的框架内指导同平台车型的设计和开发，做到相同或相似车身结构的共用，同时又能满足车身结构主要力学性能、质量需求和成本限制等。
1车身平台化概念
车身平台化这一概念是指汽车从开发阶段到生产制造过程中的设计方法、设备基础、生产工艺、制造流程乃至车身核心零部件及质量控制的一整套系统。汽车平台技术发展到一定阶段，零部件的通用率不断提高，车身各部分(主要指下车体)总成，例如前机舱总成、前地板总成、后地板总成等都能像乐高积木一样以模块的形式自由组合，从而厂商可以在一个平台上开发出不同级别、不同类型的车型来。
2平台化车身架构开发流程
车身平台化开发策略可实现同一平台下车身的主要结构共用，在开发不同车型时只需要根据不同车型的具体要求和限制更改部分结构即可。进而，采用车身结构多目标优化方法，把共用结构看作预留非设计空间，需要更改的结构看作设计空间。通过拓扑优化方法计算和解读车身结构的最佳载荷路径，根据具体车型相关性能要求确定主要受力构件的截面尺寸，初步规划平台化车身结构的尺寸、性能及质量。具体如下：1）基本车型选择。以平台化架构的主导车型为基本型（一般为三厢车），可以拓展为SUV和MPV。2）定义几何空间。根据车身外部造型、底盘布置和人机工程要求，除掉开闭件、机舱和后行李舱，初步定义车身的几何空间。采用有限元前处理软件，对几何空间进行建模及网格生成，所采用的有限单元为四面体或者六面体等参单元，材料为钢。3）定义设计空间。将需要优化的结构定义为设计空间，根据载荷的分布，设计空间有限元网格的分布及其数量会发生变化。4）定义非设计空间。开闭件洞口线、地板上一些固定点位置及平台化架构内的通用结构件在拓扑优化中不需要变更，可将其定义为非设计空间。5）基本约束条件。将设计空间体积变化百分数定义为基本约束条件，定义SIMP法的惩罚因子为r=3。6）载荷工况。载荷工况可根据相关技术标准、法规及要求设定，包括弯、扭载荷，碰撞载荷等；另外，根据拓扑优化的特点，碰撞载荷需要转化为线性静态载荷。7）工程约束。工程约束重要考虑待开发车型底盘、动力总成布置、人机工程、制造工艺和不同车型结构特征的要求。8）拓扑优化。采用商业软件Optistruct，将结构的柔度（应变的）最小化定义为优化目标。9）根据不同工程约束下车身结构的拓扑优化结果，确定结构布局及材料密度，得到最佳的载荷传递路径。
3汽车下车身平台化设计方法
下车体总成由前机舱总成、前地板总成、后地板总成组成，下车体的框架结构作为平台车身刚强度以及抗撞性等性能的保障至关重要，现将下车体平台框架进行如下定义。前机舱采取封闭多环形设计，传力稳定，能有效地吸收正面和偏置碰撞的能量并抵抗碰撞冲击力，前围板横梁结构尤其为抵抗发动机入侵乘员舱有着重要的作用。下车体主框架纵梁布置采用前段2通道-中段6通道-后段2通道的传力模式，有效分散正面碰撞的冲击力，最大程度的保护中部乘员舱的完整性;主框架的纵梁分布模式也保证车身弯曲刚强度，直接提高了乘员的主观颠簸感受。下车体主框架横梁梁均采用贯通式横梁，形成5条传力通道，可以有效抵抗侧面碰撞冲击力，并提高车身的扭转刚强度。下车体主体结构形成井字型框架，该框架的横梁和纵梁互通传力，为基础平台乘员舱提供稳定的刚强度以及抗撞性能。下车身结构示意图如图1所示，阐述平台化设计方法。
3.1造型变化
1）流水槽总成。将流水槽总成拆分为流水槽、风挡横梁上板和风挡横梁下板。流水槽全系通用，风挡横梁上、下板随玻璃造型全系开发。2）A柱内板总成将A柱内板总成拆分为A柱上内板和A柱下内板两个零件，A柱上内板与造型相关，通过新开发A柱上内板匹配不同的造型。A柱下内板平台通用。上、下内板分缝设计时尽量靠近Z向下方，这样对前门止口不会有过多约束；又要将线束过孔设计在一个零件上，这样能保证胶堵的密封性能。
图1下车身结构示意图
3.2轴距变化
1）前地板总成。将前地板总成后端设计为长度可变结构，通过此处结构实现轴距的变化。我公司某平台车型存在三种轴距，差值分别为100mm和170mm。在前地板总成后端分缝处前移100mm和170mm设计分缝，保证每次分缝的断面相同，即可采用开口拉延的形式使用最大零件的模具，不同的料片尺寸实现同模具生产三款轴距车型的零件。使用这种设计方法可以保证前地板总成上五个零件：左右前地板、中通道、左右前地板下纵梁同模具生产不同车型零件。2）门槛内板总成。将门槛内板总成在后门止口右下角圆角前端145mm处分缝，设计为门槛前段与门槛后段。门槛前段设计为平台通用，门槛后段为适应不同造型的后门止口走势全新开发。平台通用的门槛前段X长度为1374mm。
3.3后悬变化
1）后地板总成。将后地板总成拆分为后地板及后地板左右补板。通过后地板前端的伸长和缩短实现后悬的变化，因保证轮罩的位置不变，通过后地板补板后端长度的变化实现后悬的变化。后地板总成上的零件同样采用相同的模具生产不同的零件。2）后纵梁总成。将后纵梁总成拆分为后纵梁前段及后纵梁后段，后纵梁前段为平台通用件，通过全新开发后纵梁后段实现后悬长度的变化。后纵梁前段考虑布置下三个定位孔的空间，后纵梁后段的长度设计时考虑最短车型可以布置下后拖车钩的结构。
4平台化车身架构载荷传递路径优化分析
基于平台化的车身开发策略，在车身结构概念设计阶段，根据法规和市场对汽车各项性能的要求，对平台化基础车身结构施加不同的工程约束，为目标车型的结构设计提供方向性的思路。事实上，对车身结构传力路径的研究旨在保证汽车在发生碰撞时，驾乘舱内乘客的生命不受威胁，通过传力路径的研究可合理有效地规划车身承载构件的分布，避免或减少撞击力对驾乘舱的作用。同时，结合材料及结构的性能需求，以达到汽车轻量化的目标。在车身前期开发阶段，为探索合理的车身结构规划。
结语
综上所述，通过平台化结构的设计方法可以实现同平台车型不同造型、不同轴距、不同后悬及不同配置车型的生产。该种设计方法使下车身的通用化率最高可达99%以上。同时，平台化的设计方法可缩短开发周期，降低开发成本，增加车型上市的速度，提高车型市场竞争水平。
参考文献
［1］鞠晓峰．车身平台化开发策略研究［J］．汽车技术，2012(2):7-10．
［2］张亚萍．浅析汽车平台演进和模块化战略［J］．汽车工业研究，2015(1):27-31．
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［4］吴纯福．车身平台兼容性设计与运用［J］．汽车实用技术，2017(15):58-60．
论文作者:李欢朝1,王亚杰2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/23
标签：车身论文; 总成论文; 平台论文; 结构论文; 车型论文; 载荷论文; 地板论文; 《基层建设》2019年第4期论文;