淺談轎車前地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張治（北京長(zhǎng)安汽車工程技術(shù)研究有限責(zé)任公司，北京　102209）

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淺談轎車前地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張治
（北京長(zhǎng)安汽車工程技術(shù)研究有限責(zé)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(jié)構(gòu)前地板總成的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹前地板總成在車身中的重要性，并總結(jié)在車身設(shè)計(jì)研發(fā)階段，前地板總成研發(fā)設(shè)計(jì)所需要的設(shè)計(jì)輸入和邊界條件，及總成的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從空間布置、性能要求、定位方式、工藝要求、及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路和優(yōu)化措施等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，為汽車車身類似總成設(shè)計(jì)提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】前地板總成橫梁縱梁設(shè)計(jì)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(fù)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(yùn)動(dòng)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(yán)重。因此，要求它有足夠的強(qiáng)度和疲勞壽命。

2　前地板設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1空間布置要求

一般情況下，前地板是整車基準(zhǔn)面，它的高度直接影響整車的高度，也是車身坐標(biāo)優(yōu)先選擇的基準(zhǔn)面。根據(jù)離地間隙要求，座椅R點(diǎn)、前排踵點(diǎn)和后排踵點(diǎn)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(hù)乘員安全。正面碰撞的安全分析以前壁板的侵入量為指標(biāo)項(xiàng)，主要針對(duì)縱梁力的傳遞進(jìn)行優(yōu)化考慮。側(cè)面碰撞的安全分析以車門的侵入量為重點(diǎn)，主要針對(duì)地板橫梁框架進(jìn)行優(yōu)化提升。

（2）剛強(qiáng)度要求。主要關(guān)注強(qiáng)度耐久領(lǐng)域，地板總成主要針對(duì)車身接附點(diǎn)動(dòng)剛度分析，如前副車架連接點(diǎn)，前排座椅安裝點(diǎn)等，要求最大應(yīng)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(chǎn)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(zhǔn)確度，直接決定了整個(gè)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(shè)定4個(gè)定位孔，孔之間的距離應(yīng)達(dá)到零件最大尺寸2/3以上。原則上要控制Y向，與側(cè)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(jié)構(gòu)。規(guī)范車體裙邊結(jié)構(gòu)，前地板設(shè)計(jì)規(guī)范化，工藝孔達(dá)到工廠共用滑撬為前提。車體裙邊寬度基于基礎(chǔ)車型進(jìn)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(hào)盡量保持一致，減少螺柱焊槍的型號(hào)，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(tái)階，為涂密封膠預(yù)留空間。

（3）涂裝工藝。地板設(shè)計(jì)要考慮同一生產(chǎn)線上生產(chǎn)車型具有相同位置的工藝支撐，以保證設(shè)備共用性。

2.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

（1）前地板本體分塊。前地板本體一般采用強(qiáng)度、剛度相對(duì)較弱的鋼板制造而成。根據(jù)動(dòng)力總成及驅(qū)動(dòng)形式的布置，前地板分塊形式分為整體式、分體式。前置前驅(qū)車型，中央通道高度方向尺寸較小，通常設(shè)計(jì)為整體形式，結(jié)構(gòu)如同 “幾”字型。前置后驅(qū)車型，中央通道高度方向尺寸較大，通常設(shè)計(jì)成三個(gè)部分，左前地板、右前地板和中央通道。

（2）前地板本體設(shè)計(jì)。

地板的特點(diǎn)及用途決定了材料選用原則：

整體式：外型尺寸大、形狀復(fù)雜、成型難，零件表面質(zhì)量要求普通，對(duì)沖壓精度要求高，有較小承載和受力要求，一般選用C級(jí)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(jiǎn)單、成型易，零件表面質(zhì)量要求普通，對(duì)沖壓精度要求不高，一般選用C級(jí)沖壓用薄鋼板；中央通道罩材質(zhì)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(qiáng)筋，充分利用板料拉延后冷作硬化來加強(qiáng)剛度，是避免共振行之有效的方法。

（3）梁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(duì)于承載式車身，相當(dāng)于非承載式車身車架橫梁和縱梁，有較大承載受力要求，對(duì)車身碰撞性能、整車彎曲扭轉(zhuǎn)剛度、車門固定、發(fā)動(dòng)機(jī)固定等功能起決定作用，是車身設(shè)計(jì)核心所在。

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

縱梁，為提高正碰性能，下部設(shè)計(jì)有縱梁，在結(jié)構(gòu)上與機(jī)艙縱梁相連接，截面尺寸與機(jī)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(shè)計(jì)雙縱梁結(jié)構(gòu)。

邊梁，座椅安全帶固定點(diǎn)一般布置在邊梁上，邊梁強(qiáng)度對(duì)正碰和側(cè)碰性能影響很大，應(yīng)選擇高強(qiáng)度鋼板。邊梁內(nèi)可增加補(bǔ)強(qiáng)板和加強(qiáng)板，加強(qiáng)板可將受到的外部橫向載荷傳遞到強(qiáng)度較高的座椅橫梁上。補(bǔ)強(qiáng)板可使邊梁在承受橫向載荷時(shí)減小變形，避免沿折彎處向車內(nèi)發(fā)生翻轉(zhuǎn)變形。

2.6其它

（1）工藝方面。考慮零件沖壓工藝性、總成焊接性、涂漆工藝性及RPS系統(tǒng)設(shè)定等。定位孔設(shè)計(jì)要具有連續(xù)性和系統(tǒng)性，以提高總成焊接精度。對(duì)于中通道易回彈件，要在兩側(cè)設(shè)計(jì)相應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)，選用熱熔型堵蓋進(jìn)行密封。

（2）人機(jī)方面。腳后跟運(yùn)動(dòng)空間分析，從腳后跟X向向后150mm區(qū)域內(nèi)不能出現(xiàn)斷差，腳墊上無法實(shí)現(xiàn)，必須取消地板上凹凸結(jié)構(gòu)。

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

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

3　結(jié)語

上述介紹是根據(jù)自身在項(xiàng)目開發(fā)階段，對(duì)前地板總成的一些認(rèn)識(shí)，對(duì)開發(fā)流程和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述，用于后續(xù)車身相似總成開發(fā)以參考。

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