車身平臺升級中的工程技術研究

萬小明 李文鳳

摘要：隨著社會的發展，強制性法規對車身強度要求越來越高，同時由于競爭的加劇，車身的成本必須比其他企業更有競爭力。一系列的因素導致，車身必須不斷發展，加快發展。本文從車身平臺設計、連接強度要求更新以及車身框架設計等幾個方面，研究目前正在進行的車身工程技術研究進展。

關鍵詞：車身;車平臺化;連接強度標準;框架設計

中圖分類號：U462

文獻標識碼：A

0引言

車身是長周期件，并且一個車身上的主要零部件、結構件要使用很多年，主體框架結構、關鍵骨架一般不會大動，這就要求我們在全新設計車身時，必須考慮車身的延續性、前瞻性和可擴展性，使得車身的使用壽命盡可能的長。而且，車身需要適應多動力系統，甚至是兼顧未來的新能源車型。

同時，在對已有車身進行改動時，盡量不對車身上的硬點和關鍵搭接件進行大的改動。硬點影響整個車的動態、NVH等關鍵屬性，關鍵搭接件是整個車身的傳力路徑連接點，保證其強度才能不降低車身強度，所以不是萬不得已，盡量不要改動。

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

車身開發的要求明確了，但理論的更新是比較緩慢的，它有自身的發展規律和步驟，工程開發使用的理論最好是成熟和進過驗證的理論。但在工程實踐中，我們能夠使用的工程技術常有哪些，怎么使用，需要不斷地實踐和總結。我們應當在不同項目和工程中積累經驗，特別是要考慮企業自身的工藝技術水平和工程實際，不能照搬硬套，而是要靈活運用，舉一反三。

1車身平臺化工程設計

整車項目中的車身數量和種類應盡可能的少，這樣可以增大單一車身的數量，攤薄制造和原材料成本，提高企業競爭力。一個項目中的車身一般不止一個，有很多種。每個車型一般有A柱、B柱、C柱，有些還有D柱、E柱等等。我們在車型開發中，應盡可能使得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。這樣在整個車型系列中，就會有最大化的通用零部件。

車身平臺化時，需要考慮這些方面：整車長度、車內長度、車輛軸距、車輛前懸長度、車輛后懸長度、整車預計寬度、整車內部寬度、輪距長度、整車高度（空載、半載和全載）、內部空間高度以及貨箱容積或者儲物空間等。對于商用車車身，特別要注意整個平臺的座椅排布，主要從座椅排布形式，特別是座椅間距、座椅數量以及座椅和車身的連接點等方面，全系列車型全覆蓋。平臺化車身要通盤、綜合、高階評估后定義，優化設計。

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圍。項目前期策劃就要規劃好，不能隨意改動車身，因為車身屬于長周期件，模具開發周期長，費用高。

2車身連接工藝的重新定義

法規的變化，對車身上某些連接件的強度提出了新的要求，以前的一些設計標準和要求，需要隨之更新，同時要加強生產過程的工藝設計標準控制。

很多的工藝缺陷需要在制造過程和物理實驗中去發現。特別是物理試驗非常重要。目前大量使用仿真模擬手段進行設計，經常省略了物理試驗，這是不對的。仿真手段的使用不能替換物理試驗，只是可以適當減少物理試驗，并且仿真手段和物理試驗互相驗證，讓設計更加的穩健，減少失效和缺陷的產生。

我們在項目進行中，對輪轂包上某個支架進行了連接強度的試驗，該試驗是按照最新國家法規要求進行的。試驗后我們發現，該連接點焊接強度無法滿足新的要求，試驗后焊點拉脫（圖1）。

面對試驗的失敗，我們首先查看了焊點，發現焊點連接沒有問題，而是焊接處鈑金母材拉脫失效，導致最終支架拉脫。同時我們查看了焊接工藝文件，對照焊接文件，焊接參數工藝沒有問題。進而對比了試驗條件發現，新舊兩種試驗條件所用的力是不同的，新的拉力比原設計大了一倍。

依照新的要求，不能大規模的改動設計，采用工程解決辦法，增大鈑金厚度，這需要改動摸具，同時會導致配合件的更改，改動范圍擴大，成本投入巨大且周期長。經過研究認為，焊點本身沒問題，連接強度沒問題，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域只占有焊接元的1/3周長，導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。

采用新的已經制造好的白車身，在原焊接的區域進行焊接區域的加強，使得焊接圓孔滿焊，再進行焊接質量的檢驗和確認。在各種試驗條件都準備好之后，我們對新的白車身進行了試驗。試驗結果顯示，在試驗力加載下，經過新焊接工藝焊接的白車身焊接強度滿足要求，焊接區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域，就達到焊接區域強度提高一倍的效果。這種改動是非常小的，也是低成本的，但需要我們去思考、研究，從工程應用實際出發，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度。

3車身框架設計工程化優化

車身在進行試驗時，發現彎曲特別嚴重，變形過大（圖2）。彎曲理論告訴我們，這是車身抗彎曲能力弱，導致車身變形過大的[1]。要提高彎曲強度，就要減小施加力的大小或力臂。力的大小沒法改變，這是國家相關法規要求的;力臂更改，就涉及到更改車身受力位置等更改，變化很大，整個車身改動在項目中可能無法承受成本增加。而工程中又必須解決這個問題。我們通過分析發現，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位移。我們設想，如果讓焊接兩端的零部件沒有相對位移，變形就會減小，無需更改力臂即可解決該工程問題。

基于這一假設，我們嘗試在三段分開焊接的零部件上焊接加強版，通過模擬仿真發現效果不明顯，沒有帶來明顯變形改善。隨后我們又進行了新的設計，就是把分段的3個零部件用一個整體長零件代替，同時保持外形尺寸不變，邊界不變，把中間Z型橫梁由貫穿式改為分段式布置（圖3）。經過模擬仿真結果顯示效果很好，變形問題得到了極大改善。

該方案沒有動零部件的周邊零件，只是增加了工程開發成本，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化來達到工程目的，是一種很優秀的設計。

4結束語

車身設計的原理很多，方法也很多，但在工程實際應用中，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，本文從平臺設計考慮零件通用性、更改連接工藝、提高車身強度以及優化已有設計等幾個工程方面，提出了作者的一些看法。理論是現成的，一旦跟實際掛鉤，同時要考慮成本、工藝和競爭力，就顯得復雜了。我們一定要用先進的理論和工程化的思維，去解決工程實際中碰到的問題。

【參考文獻】

[1]陳川，楊世印，李德隆，等.車身設計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，研究方向為車輛工程。