汽車(chē)車(chē)身平臺(tái)化設(shè)計(jì)策略研究

江想蓮 王子劍 吳照說(shuō)

摘要：為適應(yīng)整車(chē)平臺(tái)化拓展，本文對(duì)車(chē)身平臺(tái)化設(shè)計(jì)及兼容性進(jìn)行研究。車(chē)身平臺(tái)化設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)前機(jī)艙、前地板、后地板三大焊接總成關(guān)鍵部位及關(guān)鍵硬點(diǎn)進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)和過(guò)渡區(qū)域預(yù)留，以實(shí)現(xiàn)同車(chē)身平臺(tái)適應(yīng)不同的動(dòng)力總成、底盤(pán)懸架以及輪胎等，平臺(tái)化設(shè)計(jì)目的盡可能提高零部件的通用化率，以降低開(kāi)發(fā)成本，提高產(chǎn)品的可靠性。

關(guān)鍵詞：車(chē)身；平臺(tái)化；設(shè)計(jì)策略

近年來(lái)，平臺(tái)化模塊化開(kāi)發(fā)已經(jīng)是各大整車(chē)企業(yè)降低研發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期的重要手段之一。各大跨國(guó)車(chē)企開(kāi)始意識(shí)到進(jìn)一步削減平臺(tái)數(shù)量，擴(kuò)大單個(gè)平臺(tái)的車(chē)型覆蓋率，提高平臺(tái)規(guī)模效益已經(jīng)成為未來(lái)平臺(tái)化發(fā)展的不二選擇。各大跨國(guó)車(chē)企已經(jīng)從平臺(tái)化時(shí)代進(jìn)入核心平臺(tái)化時(shí)代，將大規(guī)模生產(chǎn)的車(chē)型集中在幾個(gè)核心平臺(tái)上，以提高平臺(tái)規(guī)模效益。[1]

車(chē)身平臺(tái)化不僅開(kāi)發(fā)周期大大縮短、開(kāi)發(fā)成本大幅降低，并且能提高產(chǎn)品的可靠性。汽車(chē)企業(yè)可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行汽車(chē)“模塊”的選擇和匹配優(yōu)化，進(jìn)一步減少了新開(kāi)發(fā)零部件的種類(lèi)和數(shù)量，零部件通用化程度更高，使企業(yè)更加靈活、快速地推出新產(chǎn)品。[2]

1 車(chē)身平臺(tái)化概念

車(chē)身平臺(tái)化這一概念是指汽車(chē)從開(kāi)發(fā)階段到生產(chǎn)制造過(guò)程中的設(shè)計(jì)方法、設(shè)備基礎(chǔ)、生產(chǎn)工藝、制造流程乃至車(chē)身核心零部件及質(zhì)量控制的一整套系統(tǒng)。汽車(chē)平臺(tái)技術(shù)發(fā)展到一定階段，零部件的通用率不斷提高，車(chē)身各部分（主要指下車(chē)體）總成，例如前機(jī)艙總成、前地板總成、后地板總成等都能像樂(lè)高積木一樣以模塊的形式自由組合，從而廠商可以在一個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出不同級(jí)別、不同類(lèi)型的車(chē)型來(lái)。[34]

2 車(chē)身平臺(tái)化設(shè)計(jì)策略

由于不同車(chē)型造型不同約束，車(chē)身平臺(tái)化主要研究下車(chē)體的平臺(tái)化概念，主要包括有前機(jī)艙、前地板、后地板三大焊接總成的平臺(tái)化設(shè)計(jì)，平臺(tái)化設(shè)計(jì)策略主要是在級(jí)別跨度范圍內(nèi)對(duì)車(chē)身的三大總成的過(guò)渡區(qū)域和關(guān)鍵硬點(diǎn)進(jìn)行兼容設(shè)計(jì)，以提高零部件的通用化率。[4]

2.1 前機(jī)艙的平臺(tái)化設(shè)計(jì)研究

前機(jī)艙總成主要包括縱梁總成、前圍板總成、流水槽總成以及A立柱。平臺(tái)化設(shè)計(jì)需要適應(yīng)不同車(chē)型包括SUV、MPV、轎車(chē)，同平臺(tái)不同類(lèi)型車(chē)型之間有尺寸、動(dòng)力搭載、底盤(pán)系統(tǒng)以及輪胎的差異，主要通過(guò)平臺(tái)化設(shè)計(jì)以下結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足不同搭載需求。

1）為適應(yīng)不同車(chē)型整車(chē)寬度、動(dòng)力總成寬度以及輪胎不同尺寸需求，前圍板采用分體式處理，可低成本對(duì)機(jī)艙進(jìn)行加寬、減窄處理或者加大輪胎包絡(luò)形面（黃色標(biāo)示），且可保證前圍板中段不變，縱梁分總成繼承同平臺(tái)件；A立柱采用整體式（紅色標(biāo)示），可實(shí)現(xiàn)過(guò)渡連接不同寬度前地板和前機(jī)艙，如圖1所示。

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[BT6]圖1 前圍板和A柱設(shè)計(jì)示意圖

2）前縱梁端部采用無(wú)翻遍焊接方式，便于機(jī)艙長(zhǎng)度方向的擴(kuò)展，如圖2所示。

3）為適應(yīng)不同類(lèi)型車(chē)輛的踏點(diǎn)到輪心距離差異和懸架差異，如圖3所示，通過(guò)輪轂包和塔座的分件預(yù)留設(shè)計(jì)（黃色標(biāo)示），僅更改主縱梁和硬點(diǎn)安裝結(jié)構(gòu)（紅色標(biāo)示）。輪轂包組件預(yù)留45mm的焊接面，可保證縱梁上移0～45mm，下移不受限制；前懸架上安裝點(diǎn)與輪轂包主體采用側(cè)面搭接方式，并預(yù)留Z方向設(shè)計(jì)可下調(diào)0～20mm結(jié)構(gòu)形式，上調(diào)不受限制，這樣可保證輪轂包主體結(jié)構(gòu)沿用同平臺(tái)件?？v梁后端部分視踏點(diǎn)位置要求進(jìn)行更改，但不為必變結(jié)構(gòu)件。

2.2 前地板的平臺(tái)化設(shè)計(jì)研究

前地板總成采用前地板面板和中通道分體式結(jié)構(gòu)，為車(chē)型拓寬或排氣管變化或傳動(dòng)軸的變化等做預(yù)留，且前排座椅橫梁均采用分段結(jié)構(gòu)（黃色標(biāo)示），如圖4。前地板的分件位置應(yīng)保證中通道加強(qiáng)梁歸為中通道焊接分總成，如有拓寬、排氣管道調(diào)整或增減驅(qū)動(dòng)軸等輸入，僅需更改中通道組件和座椅安裝支架，而中通道加強(qiáng)梁、前地板縱梁和門(mén)檻梁可沿用同平臺(tái)件。

2.3 后地板的平臺(tái)化設(shè)計(jì)研究

由于本次平臺(tái)化設(shè)計(jì)考慮要覆蓋SUV、MPV和轎車(chē)三款車(chē)型，后地板采用分體式結(jié)構(gòu)，并分帶備胎池（見(jiàn)圖5）和不帶備胎池（見(jiàn)圖6）兩套后地板進(jìn)行兼容設(shè)計(jì)，同時(shí)兼顧車(chē)型軸距、人機(jī)、懸架等的差異對(duì)后地板進(jìn)行過(guò)渡性和預(yù)留性設(shè)計(jì)。

1）如圖5、圖6所示，后地板設(shè)定為分體式設(shè)計(jì)，定義后地板前段為適應(yīng)整車(chē)加寬或變窄的過(guò)渡零件，同時(shí)為適應(yīng)多輪胎尺寸和懸架，后地板后端初期根據(jù)對(duì)標(biāo)車(chē)定義較為適中寬度，并在平臺(tái)規(guī)劃中保持不變，后地板面板即可沿用平臺(tái)件。

2）為軸距拉長(zhǎng)拓展設(shè)計(jì)過(guò)渡區(qū)域，設(shè)定第二排座椅橫梁上板作為過(guò)渡件，可同時(shí)往車(chē)前后方向拉長(zhǎng)軸距。往車(chē)前方向加長(zhǎng)即為增加第二排人機(jī)的腳部空間，同時(shí)縱梁和門(mén)檻的連接板均設(shè)定為同步過(guò)渡區(qū)；往車(chē)后方向加長(zhǎng)避免后地板的更改并能拉長(zhǎng)軸距，后縱梁前段則需同步更改，保證后地板面板沿用平臺(tái)件，見(jiàn)圖7。

3）為了兼容不同的后懸架和輪胎輸入，后縱梁前端也要求設(shè)定為可變區(qū)域，后縱梁后端沿用平臺(tái)件，同見(jiàn)圖7。

2.4 下車(chē)體框架平臺(tái)化設(shè)計(jì)研究

下車(chē)體總成由前機(jī)艙總成、前地板總成、后地板總成組成，下車(chē)體的框架結(jié)構(gòu)作為平臺(tái)車(chē)身剛強(qiáng)度以及抗撞性等性能的保障至關(guān)重要，現(xiàn)將下車(chē)體平臺(tái)框架進(jìn)行如下定義。

前機(jī)艙采取封閉多環(huán)形設(shè)計(jì)，傳力穩(wěn)定，能有效地吸收正面和偏置碰撞的能量并抵抗碰撞沖擊力，前圍板橫梁結(jié)構(gòu)尤其為抵抗發(fā)動(dòng)機(jī)入侵乘員艙有著重要的作用。下車(chē)體主框架縱梁布置采用前段2通道中段6通道后段2通道的傳力模式，有效分散正面碰撞的沖擊力，最大程度的保護(hù)中部乘員艙的完整性；主框架的縱梁分布模式也保證車(chē)身彎曲剛強(qiáng)度，直接提高了乘員的主觀顛簸感受。下車(chē)體主框架橫梁梁均采用貫通式橫梁，形成5條傳力通道，可以有效抵抗側(cè)面碰撞沖擊力，并提高車(chē)身的扭轉(zhuǎn)剛強(qiáng)度。下車(chē)體主體結(jié)構(gòu)形成井字型框架，該框架的橫梁和縱梁互通傳力，為基礎(chǔ)平臺(tái)乘員艙提供穩(wěn)定的剛強(qiáng)度以及抗撞性能，見(jiàn)圖8。

3 結(jié)論

本文主要對(duì)車(chē)身平臺(tái)化設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)下車(chē)體框架、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和過(guò)渡區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)預(yù)留，使該平臺(tái)可兼容轎車(chē)、SUV、MPV不同車(chē)型的衍生拓展，并適應(yīng)一定差異的動(dòng)力總成和底盤(pán)總成；同時(shí)使得下車(chē)體的成本通用化率約達(dá)66%，大大降低同平臺(tái)開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)周期。本研究亦可指導(dǎo)車(chē)身結(jié)構(gòu)前期設(shè)計(jì)，提高基礎(chǔ)平臺(tái)車(chē)型的可拓展性，對(duì)車(chē)身平臺(tái)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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