車身平臺(tái)升級(jí)中的工程技術(shù)研究

萬小明 李文鳳

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，強(qiáng)制性法規(guī)對(duì)車身強(qiáng)度要求越來越高，同時(shí)由于競爭的加劇，車身的成本必須比其他企業(yè)更有競爭力。一系列的因素導(dǎo)致，車身必須不斷發(fā)展，加快發(fā)展。本文從車身平臺(tái)設(shè)計(jì)、連接強(qiáng)度要求更新以及車身框架設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，研究目前正在進(jìn)行的車身工程技術(shù)研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：車身;車平臺(tái)化;連接強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn);框架設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U462

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

車身是長周期件，并且一個(gè)車身上的主要零部件、結(jié)構(gòu)件要使用很多年，主體框架結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵骨架一般不會(huì)大動(dòng)，這就要求我們?cè)谌略O(shè)計(jì)車身時(shí)，必須考慮車身的延續(xù)性、前瞻性和可擴(kuò)展性，使得車身的使用壽命盡可能的長。而且，車身需要適應(yīng)多動(dòng)力系統(tǒng)，甚至是兼顧未來的新能源車型。

同時(shí)，在對(duì)已有車身進(jìn)行改動(dòng)時(shí)，盡量不對(duì)車身上的硬點(diǎn)和關(guān)鍵搭接件進(jìn)行大的改動(dòng)。硬點(diǎn)影響整個(gè)車的動(dòng)態(tài)、NVH等關(guān)鍵屬性，關(guān)鍵搭接件是整個(gè)車身的傳力路徑連接點(diǎn)，保證其強(qiáng)度才能不降低車身強(qiáng)度，所以不是萬不得已，盡量不要改動(dòng)。

另外，在更改的過程中要保持費(fèi)用最低。由于車身改動(dòng)而引起其他部位的更改盡可能小，改動(dòng)小即可保證更改花費(fèi)的投資少，新增成本低。而且由于更改范圍小，車身工藝、設(shè)計(jì)等方面的穩(wěn)健性更好，保證了車型工藝和性能的延續(xù)。

車身開發(fā)的要求明確了，但理論的更新是比較緩慢的，它有自身的發(fā)展規(guī)律和步驟，工程開發(fā)使用的理論最好是成熟和進(jìn)過驗(yàn)證的理論。但在工程實(shí)踐中，我們能夠使用的工程技術(shù)常有哪些，怎么使用，需要不斷地實(shí)踐和總結(jié)。我們應(yīng)當(dāng)在不同項(xiàng)目和工程中積累經(jīng)驗(yàn)，特別是要考慮企業(yè)自身的工藝技術(shù)水平和工程實(shí)際，不能照搬硬套，而是要靈活運(yùn)用，舉一反三。

1車身平臺(tái)化工程設(shè)計(jì)

整車項(xiàng)目中的車身數(shù)量和種類應(yīng)盡可能的少，這樣可以增大單一車身的數(shù)量，攤薄制造和原材料成本，提高企業(yè)競爭力。一個(gè)項(xiàng)目中的車身一般不止一個(gè)，有很多種。每個(gè)車型一般有A柱、B柱、C柱，有些還有D柱、E柱等等。我們?cè)谲囆烷_發(fā)中，應(yīng)盡可能使得B柱之前的車身零部件最大通用;其余長白車身要盡可能使用前面的車身的零部件，只是更長部分使用不同的零部件。這樣在整個(gè)車型系列中，就會(huì)有最大化的通用零部件。

車身平臺(tái)化時(shí)，需要考慮這些方面：整車長度、車內(nèi)長度、車輛軸距、車輛前懸長度、車輛后懸長度、整車預(yù)計(jì)寬度、整車內(nèi)部寬度、輪距長度、整車高度（空載、半載和全載）、內(nèi)部空間高度以及貨箱容積或者儲(chǔ)物空間等。對(duì)于商用車車身，特別要注意整個(gè)平臺(tái)的座椅排布，主要從座椅排布形式，特別是座椅間距、座椅數(shù)量以及座椅和車身的連接點(diǎn)等方面，全系列車型全覆蓋。平臺(tái)化車身要通盤、綜合、高階評(píng)估后定義，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

總的來說，就是長車身要使用短車身上的零件，最好是多出部分用不同零部件。簡單來講，就是長的覆蓋短的、高的覆蓋低的、寬的覆蓋窄的。相同零部件盡可能通用，比如長軸和短軸的尾門盡可能通用，高頂盡可能借用低頂部分側(cè)圍。項(xiàng)目前期策劃就要規(guī)劃好，不能隨意改動(dòng)車身，因?yàn)檐嚿韺儆陂L周期件，模具開發(fā)周期長，費(fèi)用高。

2車身連接工藝的重新定義

法規(guī)的變化，對(duì)車身上某些連接件的強(qiáng)度提出了新的要求，以前的一些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，需要隨之更新，同時(shí)要加強(qiáng)生產(chǎn)過程的工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制。

很多的工藝缺陷需要在制造過程和物理實(shí)驗(yàn)中去發(fā)現(xiàn)。特別是物理試驗(yàn)非常重要。目前大量使用仿真模擬手段進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)常省略了物理試驗(yàn)，這是不對(duì)的。仿真手段的使用不能替換物理試驗(yàn)，只是可以適當(dāng)減少物理試驗(yàn)，并且仿真手段和物理試驗(yàn)互相驗(yàn)證，讓設(shè)計(jì)更加的穩(wěn)健，減少失效和缺陷的產(chǎn)生。

我們?cè)陧?xiàng)目進(jìn)行中，對(duì)輪轂包上某個(gè)支架進(jìn)行了連接強(qiáng)度的試驗(yàn)，該試驗(yàn)是按照最新國家法規(guī)要求進(jìn)行的。試驗(yàn)后我們發(fā)現(xiàn)，該連接點(diǎn)焊接強(qiáng)度無法滿足新的要求，試驗(yàn)后焊點(diǎn)拉脫（圖1）。

面對(duì)試驗(yàn)的失敗，我們首先查看了焊點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)連接沒有問題，而是焊接處鈑金母材拉脫失效，導(dǎo)致最終支架拉脫。同時(shí)我們查看了焊接工藝文件，對(duì)照焊接文件，焊接參數(shù)工藝沒有問題。進(jìn)而對(duì)比了試驗(yàn)條件發(fā)現(xiàn)，新舊兩種試驗(yàn)條件所用的力是不同的，新的拉力比原設(shè)計(jì)大了一倍。

依照新的要求，不能大規(guī)模的改動(dòng)設(shè)計(jì)，采用工程解決辦法，增大鈑金厚度，這需要改動(dòng)摸具，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致配合件的更改，改動(dòng)范圍擴(kuò)大，成本投入巨大且周期長。經(jīng)過研究認(rèn)為，焊點(diǎn)本身沒問題，連接強(qiáng)度沒問題，只是鈑金失效，可以從鈑金方面入手。原焊接工藝圓孔焊接區(qū)域只占有焊接元的1/3周長，導(dǎo)致鈑金連接面單位面積受力過大。為此，我們更改焊接工藝控制文件，讓焊接孔滿焊。

采用新的已經(jīng)制造好的白車身，在原焊接的區(qū)域進(jìn)行焊接區(qū)域的加強(qiáng)，使得焊接圓孔滿焊，再進(jìn)行焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)和確認(rèn)。在各種試驗(yàn)條件都準(zhǔn)備好之后，我們對(duì)新的白車身進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在試驗(yàn)力加載下，經(jīng)過新焊接工藝焊接的白車身焊接強(qiáng)度滿足要求，焊接區(qū)域的白車身鈑金沒有失效，連接良好。

至此，我們只是改變了焊接工藝，加大了焊接鈑金的焊接區(qū)域，就達(dá)到焊接區(qū)域強(qiáng)度提高一倍的效果。這種改動(dòng)是非常小的，也是低成本的，但需要我們?nèi)ニ伎?、研究，從工程?yīng)用實(shí)際出發(fā)，解決工程問題。許多的車身連接工藝隨著要求的提高和工藝的進(jìn)步，要不斷更新，也許僅僅是工藝的改變就可以極大提高車身強(qiáng)度。

3車身框架設(shè)計(jì)工程化優(yōu)化

車身在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)彎曲特別嚴(yán)重，變形過大（圖2）。彎曲理論告訴我們，這是車身抗彎曲能力弱，導(dǎo)致車身變形過大的[1]。要提高彎曲強(qiáng)度，就要減小施加力的大小或力臂。力的大小沒法改變，這是國家相關(guān)法規(guī)要求的;力臂更改，就涉及到更改車身受力位置等更改，變化很大，整個(gè)車身改動(dòng)在項(xiàng)目中可能無法承受成本增加。而工程中又必須解決這個(gè)問題。我們通過分析發(fā)現(xiàn)，變形大的位置，車身是分段式焊接的，焊接兩端的零部件有相對(duì)位移。我們?cè)O(shè)想，如果讓焊接兩端的零部件沒有相對(duì)位移，變形就會(huì)減小，無需更改力臂即可解決該工程問題。

基于這一假設(shè)，我們嘗試在三段分開焊接的零部件上焊接加強(qiáng)版，通過模擬仿真發(fā)現(xiàn)效果不明顯，沒有帶來明顯變形改善。隨后我們又進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，就是把分段的3個(gè)零部件用一個(gè)整體長零件代替，同時(shí)保持外形尺寸不變，邊界不變，把中間Z型橫梁由貫穿式改為分段式布置（圖3）。經(jīng)過模擬仿真結(jié)果顯示效果很好，變形問題得到了極大改善。

該方案沒有動(dòng)零部件的周邊零件，只是增加了工程開發(fā)成本，但零部件本身的成本是沒有增加的，并且性能提高很多。從工程的角度看，這種通過車身框架的優(yōu)化來達(dá)到工程目的，是一種很優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。

4結(jié)束語

車身設(shè)計(jì)的原理很多，方法也很多，但在工程實(shí)際應(yīng)用中，首先要考慮車身的耐久性和通用性，其次還要考慮工藝的可行性，特別是成本的競爭力。

為此，本文從平臺(tái)設(shè)計(jì)考慮零件通用性、更改連接工藝、提高車身強(qiáng)度以及優(yōu)化已有設(shè)計(jì)等幾個(gè)工程方面，提出了作者的一些看法。理論是現(xiàn)成的，一旦跟實(shí)際掛鉤，同時(shí)要考慮成本、工藝和競爭力，就顯得復(fù)雜了。我們一定要用先進(jìn)的理論和工程化的思維，去解決工程實(shí)際中碰到的問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳川，楊世印，李德隆，等.車身設(shè)計(jì)過程中的材料利用率提升[J].汽車工程師，2018（09）：11-14.

作者簡介：

萬小明，本科，工程師，研究方向?yàn)檐囕v工程。