淺談轎車前地板結構設計

張治（北京長安汽車工程技術研究有限責任公司，北京　102209）

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淺談轎車前地板結構設計

張治
（北京長安汽車工程技術研究有限責任公司，北京102209）

【摘 要】本文主要論述作為汽車最重要的承載結構前地板總成的特點，詳細介紹前地板總成在車身中的重要性，并總結在車身設計研發(fā)階段，前地板總成研發(fā)設計所需要的設計輸入和邊界條件，及總成的設計要點，從空間布置、性能要求、定位方式、工藝要求、及結構設計思路和優(yōu)化措施等方面進行詳細闡述，為汽車車身類似總成設計提供一定的參考。

【關鍵詞】前地板總成橫梁縱梁設計方法等

1　前地板綜述

地板總成在駕駛室受力最大，受力情況也最復雜。它不僅要承受本身各總成的重量、駕駛員和乘員的重量，還要承受轎車運動中由底盤傳來的各種力、力矩。它的工作條件最苛刻，破壞最嚴重。因此，要求它有足夠的強度和疲勞壽命。

2　前地板設計要點

2.1空間布置要求

一般情況下，前地板是整車基準面，它的高度直接影響整車的高度，也是車身坐標優(yōu)先選擇的基準面。根據(jù)離地間隙要求，座椅R點、前排踵點和后排踵點的位置確定出前地板的基本面。

2.2性能要求

（1）碰撞要求。地板上方是乘員區(qū)，原則為在碰撞過程中不能有絲毫變形，保護乘員安全。正面碰撞的安全分析以前壁板的侵入量為指標項，主要針對縱梁力的傳遞進行優(yōu)化考慮。側面碰撞的安全分析以車門的侵入量為重點，主要針對地板橫梁框架進行優(yōu)化提升。

（2）剛強度要求。主要關注強度耐久領域，地板總成主要針對車身接附點動剛度分析，如前副車架連接點，前排座椅安裝點等，要求最大應力小于材料的屈服極限。

（3） NVH要求。考慮地板面積較大，為避免與車身產生共振，一般在地板上表面粘貼地板阻尼膠，起到隔熱、減振的作用。

2.3定位合理性

前地板定位的準確度，直接決定了整個白車身總成的焊接精度，保證地板上所有部件裝配位置精度。前地板總成尺寸較大，一般設定4個定位孔，孔之間的距離應達到零件最大尺寸2/3以上。原則上要控制Y向，與側圍的焊接位置精度，直接決定車身焊接精度誤差。

2.4工藝限制條件

（1）車體結構。規(guī)范車體裙邊結構，前地板設計規(guī)范化，工藝孔達到工廠共用滑撬為前提。車體裙邊寬度基于基礎車型進行等差變化，可以等寬（作為傳輸定位用）。

（2）焊接工藝。凸焊螺柱型號盡量保持一致，減少螺柱焊槍的型號，避免換槍影響工位節(jié)拍。前地板夾具定位孔選用涂裝流水孔，定位孔下沉臺階，為涂密封膠預留空間。

（3）涂裝工藝。地板設計要考慮同一生產線上生產車型具有相同位置的工藝支撐，以保證設備共用性。

2.5結構設計及優(yōu)化

（1）前地板本體分塊。前地板本體一般采用強度、剛度相對較弱的鋼板制造而成。根據(jù)動力總成及驅動形式的布置，前地板分塊形式分為整體式、分體式。前置前驅車型，中央通道高度方向尺寸較小，通常設計為整體形式，結構如同 “幾”字型。前置后驅車型，中央通道高度方向尺寸較大，通常設計成三個部分，左前地板、右前地板和中央通道。

（2）前地板本體設計。

地板的特點及用途決定了材料選用原則：

整體式：外型尺寸大、形狀復雜、成型難，零件表面質量要求普通，對沖壓精度要求高，有較小承載和受力要求，一般選用C級沖壓用薄鋼板，考慮防腐要求，多為鍍鋅鋼板；

分體式：左、右前地板單體外型尺寸較小，形狀簡單、成型易，零件表面質量要求普通，對沖壓精度要求不高，一般選用C級沖壓用薄鋼板；中央通道罩材質根據(jù)性能分析確定。

地板中部曲面高度一般12mm-15mm，曲面弧度半徑一般R3000-5000mm。在地板上沖加強筋，充分利用板料拉延后冷作硬化來加強剛度，是避免共振行之有效的方法。

（3）梁架結構設計。地板橫梁、縱梁及邊梁，起支撐車體、平衡車身和傳遞力的作用。對于承載式車身，相當于非承載式車身車架橫梁和縱梁，有較大承載受力要求，對車身碰撞性能、整車彎曲扭轉剛度、車門固定、發(fā)動機固定等功能起決定作用，是車身設計核心所在。

橫梁，按照前座椅安裝點確定座椅橫梁位置，既可以固定座椅又可以提高地板強度和剛度。斷面的寬高比值越接近1越好。由于橫梁強度對整個車身強度和剛度及側碰性能影響很大，其材料和料厚選擇很重要，一般為高強度鋼板。

縱梁，為提高正碰性能，下部設計有縱梁，在結構上與機艙縱梁相連接，截面尺寸與機艙縱梁一致，不要有截面形狀突變，保持力的有效傳遞。很多車型為提高正碰性能，下部設計雙縱梁結構。

邊梁，座椅安全帶固定點一般布置在邊梁上，邊梁強度對正碰和側碰性能影響很大，應選擇高強度鋼板。邊梁內可增加補強板和加強板，加強板可將受到的外部橫向載荷傳遞到強度較高的座椅橫梁上。補強板可使邊梁在承受橫向載荷時減小變形，避免沿折彎處向車內發(fā)生翻轉變形。

2.6其它

（1）工藝方面?？紤]零件沖壓工藝性、總成焊接性、涂漆工藝性及RPS系統(tǒng)設定等。定位孔設計要具有連續(xù)性和系統(tǒng)性，以提高總成焊接精度。對于中通道易回彈件，要在兩側設計相應壓筋貫通倒角區(qū)域防止回彈。由于地板漏液孔較多，考慮涉水漏水風險，選用熱熔型堵蓋進行密封。

（2）人機方面。腳后跟運動空間分析，從腳后跟X向向后150mm區(qū)域內不能出現(xiàn)斷差，腳墊上無法實現(xiàn)，必須取消地板上凹凸結構。

（3）新工藝新材料。隨各車型車身重量進一步減輕，碰撞性能目標提升，分體式前地板，中央通道罩已采用抗拉強度在1500MPa左右的超高強度鋼板，熱成型工藝。

（4）存放和運輸要求。前地板不僅面積大，螺柱和支架等件較多，存放和運輸過程中要保證零件在貨箱中豎直擺放。

3　結語

上述介紹是根據(jù)自身在項目開發(fā)階段，對前地板總成的一些認識，對開發(fā)流程和設計要點進行論述，用于后續(xù)車身相似總成開發(fā)以參考。

參考文獻：

［1］黃金陵.汽車車身設計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［2］吳光強.汽車理論［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］高云凱.汽車車身結構分析［M］.北京:北京理工大學出版社，2006.

［4］鄭林艷，李偉，李長荷.《SJ-CJ-74-2009前地板設計規(guī)范》.

［5］倪春燕，劉光英，劉永清.《SJ-BZ-94-2011乘用車前地板布置設計規(guī)范》.