摘要：论述了轿车车身主断面的设计流程，给出了典型的轿车车身主断面位置图.从断面基准定义、零件焊接面之间圆角半径确定、门洞法兰面相关参数确定、包边结构相关参数确定等方面，介绍了轿车车身主断面所表达的内容；并例举了前门、侧围上部、顶盖关系主断面，以及前门、后门、中支柱、后门铰链关系主断面的设计。
关键词：轿车；车身主断面；设计方式
车身主断面设计是汽车车身设计中的重要环节，它贯穿于整个汽车车身设计开发过程中，从车身油泥模型制作开始到车身结构设计完成的整个过程中，它是车身工程可行性分析的重要手段和指导车身结构设计的重要依据⑴；车身主断面定义了零件之间的结构断面形式以及装配、焊接、密封、涂胶等关系。
1、车身主断面的设计流程
在进行车身主断面和车身结构设计时，首先要选择一款合理的标杆样车，这样会给设计工作带来许多好处。选择标杆样车的原则是：①车身结构形式借鉴意义较大；②造型风格类同；③车型、档次类同。为了使车身主断面和结构设计工作更加顺利、可靠地进行，一般先对标杆样车进行逆向建模，建模内容包括三维数模与二维主断面；在定义车身主断面位置时，标杆样车和新车型主断面的位置一定要协调一致。以建立的三维数模与二维主断面为依据，对标杆样车进行各种性能评价，如标杆样车的整体扭转、弯曲刚度分析，车身接头部位的刚度分析、车身门洞部位的刚度分析，车身骨架关键部位封闭断面的封闭面积、转动惯量系数的计算，这些部位主要包括：A、B、C、D柱断面、门槛断面、顶盖侧围断面、前后风挡断面等，这些部位断面的封闭面积、转动惯量系数的大小将极大地影响着整个白车身的刚度好坏。
根据计算出白车身各个部位的封闭面积、材料面积、转动惯量系数的大小，就能判断出标杆样车的刚度分布状况，找出白车身刚度过剩和不足的部位，在新车型设计时，对原车刚度不足的部位进行加强设计，对原车刚度过剩的部位进行削弱设计，使新设计的车身具有一个良好的刚度分布状态。除对标杆样车进行刚度分析外，还应对标杆样车进行正碰、侧碰、追尾碰撞、低速正碰、翻滚压顶的CAE分析，根据国家碰撞法规，判断车身结构的耐碰撞性，并根据标杆样车的碰撞CAE结果，来指导新车型的车身主断面和结构设计。
在整个车身开发流程中，主断面设计始于车身的油泥模型的制作过程中，在油泥模型的制作过程中，要进行油泥模型的工程可行性分析，主断面是工程可行性分析的有力工具之一。在油泥模型制作初始阶段，应在模型关键位置和危险断面，提取一些断面数据，然后输入CAD软件之中，进行相关内容的分析，如结构可行性分析、运动干涉分析、装配可行性分析、焊接可行性分析、冲压可行性分析等内容；为了更加准确地进行上述分析，可以采集车身油泥模型的表面数据，建立汽车车身CLASS-B表面模型，进行车身表面三维数据的工程可行性分析，进行初始的工程可行性分析后，就形成了第一版的新开发车型的主断面数据，并作为今后车身三维结构设计的依据；在以此车身主断面为依据进行车身三维结构设计的过程中，会发现一些结构设计不合理、实现困难甚至无法实现的问题，这样反过来就要修改有关的断面数据，使之符合三维结构设计要求，通过反复修改主断面设计和三维结构设计的相互关系，就能使主断面设计与三维结构设计匹配、协调地进行，形成用户满意的最终主断面，完成车身主断面的设计工作。
2、车身主断面表达的内容
2.1 车身主断面的设计基本要素
2.1.1断面基准定义
因车身CLASS-A表面是呈现汽车车身外表面形状与尺寸的表面，因此，对汽车外覆盖件、外装饰件而言，外表面就是这些零件的基准面；而对内覆盖件而言，内覆盖件的设计基准面是加工该零件拉延模的凸模表面。在主断面图绘制时，要求基准面不仅有倒圆信息，而且带有理论交点信息；而非基准面不带理论交点，只带倒圆信息。
2.1.2零件焊接面之间的圆角半径定义
为了使两焊接零件在圆角处不产生干涉，使焊接面能正常贴合，内外板金件的圆角一定要合理定义。当R1≤15mm时，R2=R1+2mm；当15＜R1≤30mm时，R2=R1+3mm；当R1＞30mm时，R2=R1+5mm。
2.1.3 门洞法兰面相关参数的定义
如图1所示是B柱断面结构图，是以侧围外板密封条安装面的边缘线为安装密封条的基准线，考虑到板金件冲压修边线制造误差和焊接装配误差，保证侧围外板、B柱内板、B柱加强板焊接后，侧围外板密封条安装面的边缘线始终是这些零件的最外缘边，避免这些板金件焊接后的边缘线参差不齐，影响门洞密封条的安装精度；L2为侧围外板门洞法兰面的宽度，该宽度一般定义为15-18mm，该尺寸主要考虑焊接要求，密封条安装要求等因素；圆角R1一般定义为3-6mm，该尺寸主要考虑冲压、焊接工艺要求与安装密封条的要求；α为B柱侧面的斜角，一般定义为大于4°，主要考虑冲压工艺要求和保证适当的断面封闭面积。
图1 B柱断面结构参数
2.2 关键车身主断面详解
①该断面表示侧围外板、顶盖、顶盖侧梁、顶盖侧梁加强板、顶棚、前门门框上部结构、门洞密封条、门框密封条、玻璃导槽、流水槽装饰条之间的装配关系。
②流水槽处的结构设计，该处的设计基准是侧围在流水槽处的分缝线，在侧围流水槽处的分缝线位置，做侧围断面线的切线和法线，这两条线就是设计流水槽的基准线。侧围的侧边线是根据侧围在分缝线处的法线来确定的，侧边线一般与法线往里成0-20°的角度，角度值要根据侧围断面的形状来做出判断，主要考虑的内容是该断面的封闭面积和转动惯量系数大小；同时要满足冲压工艺和焊接工艺的要求。顶盖侧的侧边线是根据顶盖在分缝线处的垂直线（Z轴方向）来确定的，侧边线一般与垂直线往外成5-10°的角度，主要考虑的内容是断面的结构尺寸、冲压工艺、焊接工艺等。流水槽底边线一般考虑与侧围切线或顶盖切线相平行，这主要决定侧围和顶盖之间的位置、形状关系。流水槽底边的宽度一般要保证在22mm以上，主要决定于焊接的工艺水平（手工焊接、机器人焊接）、焊枪的直径大小（Φ13mm、Φ16mm）。流水槽深度一般定义为6-16mm，主要考虑安装流水槽装饰条的结构可行性，应与生产装饰条的供应商密切配合来完成此项工作。从人的视觉和流水槽功能看，流水槽在侧围侧的分缝线应高于在顶盖侧的分缝线0-5mm，尺寸的测量方向是沿车身整车坐标系的Z轴方向。
③侧围与前门门框上部的结构设计。侧围与前门门框上部的分缝线间隙一般定义为3-6mm，具体要根据车的档次、制造工艺水平、车型的造型风格、形状变化等综合来确定。该部位的设计基准是前门玻璃的中心面，侧围部分的分缝线。在侧围分缝线处做一条与玻璃中心线的垂直线，玻璃中心线和该垂直线作为该断面的设计基准线。该断面的关键尺寸如下：门洞密封条安装面与玻璃面平行，门框密封面与门洞密封条安装面平行，并保证相应的距离，一般定义为12-16mm，主要参考密封条的断面尺寸和密封条的压缩特性，如果采用一道密封且在门洞上密封，密封条压缩量一般定义为6mm；如果采用多道密封且门洞密封条作为辅助密封，则密封条的压缩量一般定义为3mm。门框表面与玻璃中心面之间的距离与玻璃、玻璃泥槽和滚压件的形状与尺寸密切相关。如密封条装在车门门框上，则要在侧围上合理的定义密封面，密封面的形状和密封条的压缩量，将极大地影响整车的密封性能，其压缩量一般定义为6mm。该部位的尺寸应与基准线平行方向进行标注。
④门洞密封条的安装，门洞密封条的安装槽侧壁应与侧围法兰安装面的边缘线应保持1-1.5mm间隙，侧围、顶盖边梁、顶盖边梁加强板在车门门洞上部的焊接处，法兰边宽度一般定义为15-18mm，侧围法兰边凸出顶盖边梁，顶盖边梁加强板法兰边1mm，其作用是侧围法兰边缘线作为安装门洞密封条的基准线，避免顶盖边梁、顶盖边梁加强板法兰边凸出侧围法兰边，影响外观质量与密封条的安装精度。
参考文献：
[1]乐玉汉主编.轿车车身设计.高等教育出版社，2010.
[2] 钟志华，张维刚，曹立波，何文著.汽车碰撞安全技术.北京机械工业出版社，2013.
[3]雷政保编著.汽车覆盖件冲压成形CAE技术.国防科技大学出版社，2013.
论文作者:于广通
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/20
标签：断面论文; 车身论文; 顶盖论文; 门洞论文; 密封条论文; 刚度论文; 定义论文; 《电力设备》2019年第3期论文;