汽車車身系統(tǒng)開發(fā)概述與展望

房長江，艾青牧，王三琴，付佳，王錚，裴浩凱，陳寶成

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汽車車身系統(tǒng)開發(fā)概述與展望

房長江1，艾青牧2，王三琴1，付佳1，王錚3，裴浩凱1，陳寶成4

（1.博坦德工業(yè)工程技術(shù)（上海）有限公司長春分公司，吉林 長春 130013； 2.中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；3.上海埃維汽車技術(shù)股份有限公司，上海 201805； 4.中國電子科技集團公司第四十九研究所，黑龍江 哈爾濱 150001）

汽車車身系統(tǒng)的主要作用是保護駕乘人員安全以及構(gòu)建良好的空氣力學(xué)環(huán)境。在汽車新車型的開發(fā)過程中，車身系統(tǒng)是直接影響設(shè)計成功與否的重要因素。車身系統(tǒng)要求具有很高的防撞抗沖擊能力，以及高度的清潔性、舒適性和智能性，本文主要從車身系統(tǒng)的開發(fā)流程及技術(shù)展望兩個方面進行論述。

車身系統(tǒng)；開發(fā)流程；技術(shù)展望

前言

汽車車身系統(tǒng)主要包括下車身系統(tǒng)和上車身系統(tǒng)兩個部分。下車身系統(tǒng)又稱車體平臺，由前艙系統(tǒng)、地板系統(tǒng)和后圍系統(tǒng)構(gòu)成；上車身系統(tǒng)則主要由左右側(cè)圍系統(tǒng)和頂蓋系統(tǒng)構(gòu)成。車身系統(tǒng)是整車的重要組成部分，其具有堅固性、穩(wěn)定性、舒適性和密封性等方面的特點。因此，對汽車車身系統(tǒng)的開發(fā)流程和技術(shù)展望進行研究，對于提升汽車的整體品質(zhì)有著十分重要的意義。

1 開發(fā)流程

汽車車身系統(tǒng)的開發(fā)流程，大致可分為前期策劃、工程設(shè)計、實車驗證、產(chǎn)品定型等四個階段。

1.1 前期策劃階段

在該階段，主要通過市場調(diào)研對相關(guān)的市場信息進行系統(tǒng)的收集、整理、紀錄和分析，可以了解和掌握消費者的汽車消費趨勢、消費偏好和消費要求的變化，確定顧客對新的汽車產(chǎn)品是否有需求，或者是否有潛在的需求等待開發(fā)，然后根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)進行分析研究，總結(jié)出科學(xué)可靠的市場調(diào)研報告，為企業(yè)決策者的新車型研發(fā)項目計劃，提供科學(xué)合理的參考與建議。

而項目可行性分析是在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上進行的，根據(jù)市場調(diào)研報告生成項目建議書，進一步明確汽車形式以及市場目標?？尚行苑治霭ㄍ獠康恼叻ㄒ?guī)分析、以及內(nèi)部的自身資源和研發(fā)能力的分析，包括車身設(shè)計、工藝、生產(chǎn)以及成本等方面的內(nèi)容。在完成可行性分析后，就可以對新車型的車身設(shè)計目標進行初步的設(shè)定，設(shè)定的內(nèi)容包括車身結(jié)構(gòu)形式及強度剛度等要求。

1.2 工程設(shè)計階段

工程設(shè)計階段又分為車身概念數(shù)據(jù)設(shè)計階段、車身工藝數(shù)據(jù)設(shè)計階段、車身開模數(shù)據(jù)設(shè)計階段。

1.2.1車身概念數(shù)據(jù)設(shè)計階段

一般車身的概念設(shè)計主要工作包括造型可行性分析、主斷面設(shè)計、車身三維數(shù)據(jù)設(shè)計、焊接順序定義和NVH方案定義，當然也需要進行SE協(xié)同設(shè)計，首輪CAE分析也是在此階段開始的。

1.2.2車身工藝數(shù)據(jù)設(shè)計階段

該階段的主要工作是基于CAE和SE等部門的第一輪問題反饋，對車身三維數(shù)據(jù)進行不斷優(yōu)化，使之盡可能的滿足沖壓工藝、焊裝工藝、涂裝工藝和總裝工藝要求。如定義車身零件的沖壓角度，設(shè)定有效焊接邊的距離，預(yù)留涂裝漏液孔，校核總裝工具的裝配空間等內(nèi)容。

1.2.3車身開模數(shù)據(jù)設(shè)計階段

車身開模數(shù)據(jù)設(shè)計階段是在工藝數(shù)據(jù)設(shè)計階段完成的車身三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)其他專業(yè)設(shè)計條件的輸入、結(jié)合第二輪CAE分析的報告和供應(yīng)商沖壓分析報告進行的詳細三維數(shù)據(jù)的設(shè)計工作。

開模數(shù)據(jù)設(shè)計完成后發(fā)布給供應(yīng)商開展試制工作，同時CAE部門會將最后一輪的分析網(wǎng)格數(shù)據(jù)共享給整車安全部門進行整車碰撞分析工作。目的是檢驗本輪數(shù)據(jù)是否滿足《乘用車正面碰撞的乘員保護》和《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》的要求。分析模型包括白車身、車門、發(fā)動機罩、行李艙蓋、動力總成、前懸置、后懸置、座椅、假人等。

1.3 實車驗證階段

實車驗證包括兩個重要組成部分，樣車裝配和試驗驗證。

樣車裝配過程中，可以對車身系統(tǒng)的裝配關(guān)系、運動軌跡、公差設(shè)計等方面進行充分驗證，這一階段出現(xiàn)的問題，都應(yīng)反饋回設(shè)計上進行仔細檢查，由此判斷是設(shè)計問題、工藝問題還是質(zhì)量問題，從而進行有目的性的整改。

車身系統(tǒng)的試驗主要包括疲勞試驗、剛度試驗等臺架試驗，以及作為整車的組成部分，進行碰撞、NVH等試驗。試驗是對CAE分析結(jié)果的進一步驗證，同時也對工程設(shè)計、樣車裝配、零件質(zhì)量提出進一步的改進方向。

1.4 產(chǎn)品定型階段

經(jīng)過實車驗證合格后的產(chǎn)品，隨著整車開發(fā)項目通過投產(chǎn)簽署，應(yīng)進入產(chǎn)品定型階段。產(chǎn)品定型階段的工作主要包括數(shù)據(jù)歸檔、技術(shù)文件編制及歸檔等。

歸檔的數(shù)據(jù)包括主斷面圖、3D、2D、技術(shù)條件，應(yīng)按統(tǒng)一的要求進行歸檔，并確保數(shù)據(jù)的可讀性和正確性。

2 車身系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)展望

車身系統(tǒng)對整車的性能有至關(guān)重要的作用，由于車身系統(tǒng)支撐著整車許多關(guān)鍵的總成和零部件，所以它的重量也是整車各大總成中最重的。鑒于車身系統(tǒng)對安全、室內(nèi)噪音和耐久的重要影響，我們對它的整體要求是在盡可能提升結(jié)構(gòu)性能的前提下，質(zhì)量最輕，質(zhì)量利用率最高和布置上的最大包容性。

2.1 籠式車身結(jié)構(gòu)

籠式車身結(jié)構(gòu)是指通過車身加強板彼此焊接把乘員艙構(gòu)造成一個類似于籠子的框架結(jié)構(gòu)。目前，籠式車身結(jié)構(gòu)當以勞斯萊斯、奧迪A2為典范，它們都是采用鋁型材結(jié)合水注成型工藝或鉚接和激光焊接完成車身主體框架結(jié)構(gòu)。其最大的優(yōu)點是車身安全性很高，因為無論從哪個方向來的沖擊，都會由整個籠子來承擔(dān)。除此以外，籠式車身結(jié)構(gòu)還擁有車身質(zhì)量輕、美觀等其他優(yōu)點。

2.2 車身輕量化

隨著節(jié)能和環(huán)保意識的提高，大量的新材料新工藝也在幫助車身降低重量。首先是高強鋼，通過提升鋼材的屈服強度，使同樣結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況下，車身結(jié)構(gòu)能夠吸收更多能量。

其次就是以鋁為代表的輕質(zhì)合金，采用鋁合金可以顯著的降低車身重量。

再次，碳纖維也已經(jīng)在車身上開始應(yīng)用了，寶馬最新的i3就采用了一個碳纖維的頂棚。此外還有很多塑料零件應(yīng)用于車身上，比如大眾系的車子都采用了塑料的前端水箱框架結(jié)構(gòu)，有些車子有GMT材料的后地板等等。

除了結(jié)構(gòu)件之外，還有很多新的技術(shù)被開發(fā)出來用于提升車身性能，降低車身重量，比如結(jié)構(gòu)膠，過去烘烤硬化結(jié)構(gòu)膠只在車身上有少量應(yīng)用，但是現(xiàn)在的趨勢是可以通過采用更多的結(jié)構(gòu)膠提升車身剛度性能，從而降低車身零件的重量。

2.3 夾層鋼板和LASD的應(yīng)用

成員艙內(nèi)的噪音一般由空氣傳播的噪音和結(jié)構(gòu)件被動激勵產(chǎn)生的噪音組成。噪聲源一般是發(fā)動機噪音、風(fēng)噪、路噪和輪胎噪音。

夾層鋼板采用兩層鋼板中間夾減振膠的三明治結(jié)構(gòu)，它對結(jié)構(gòu)噪音和空氣噪音都有良好的隔振效果，一般料厚為1.1mm，其中鋼板厚度為0.5mm，減振膠厚度0.1mm。但夾層鋼板不能用于具有A表面的零件和承載的結(jié)構(gòu)件，對焊接也有一定的局限性。目前僅用在通用凱迪拉克車身前艙隔板上。

LASD主要用于替代油漆車間涂裝的隔音墊和總裝車間粘的隔音墊。它對結(jié)構(gòu)噪音和空氣噪音有良好的隔振效果，尤其是對空氣噪音。該解決方案適用廣泛，但由于采用機器人噴涂，所以投資較高。

3 結(jié)論

近年來，我國的汽車車身系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但與汽車工業(yè)發(fā)達國家相比還有很大距離，特別是在新材料的研制和應(yīng)用、車身輕量化等方面還存在著很大的不足，今后，我們應(yīng)該更加重視對各類汽車車身產(chǎn)品資料的收集和分析，不斷消化和吸收，進一步提升我國整車制造企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力。

[1] 羊拯民.汽車車身設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[2] 吳亞良.現(xiàn)代轎車車身設(shè)計[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

The Introduction of automative body system devolopment and expectation

Fang Changjiang1, Ai Qingmu2, Wang Sanqin1, Fu Jia1, Wang Zheng3, Pei Haokai1, Chen Baocheng4

（1.Bertrandt Engineering Shanghai Co., Ltd. Changchun Branch, Jilin Changchun 130013; 2. Harbin Bearing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150025; 3. Shanghai IVY Auto Technology Co., Ltd, Shanghai 201805; 4.The 49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Heilongjiang Harbin 150001）

The main function of automobile body system is to protect the safety of the passenger and to build a good air mechanics environment. In the development of new car models, the body system is an important factor that directly influences the design success. Body system requirements of high collision impact resistant ability, and a high degree of clean, comfortable and intelligent, this article contains the body system development process and technical expectation.

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CLC NO.: U463.8

房長江，民革成員，中級工程師，就職于博坦德工業(yè)工程技術(shù)（上海）有限公司長春分公司。

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