乘用車(chē)前地板總成設(shè)計(jì)

秦海濱，覃鵬飛，宋建新，黃曉珍

(上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車(chē)乘用化、豪華化成趨勢(shì)，文中重點(diǎn)討論乘用車(chē)前地板設(shè)計(jì)。乘用車(chē)前地板總成設(shè)計(jì)是汽車(chē)白車(chē)身設(shè)計(jì)的重要組成部分，前地板總成是白車(chē)身的重要組成部分，前地板子系統(tǒng)通常接口零件包含手剎機(jī)構(gòu)、座椅、地毯、安全帶、傳動(dòng)軸、制冷管路等區(qū)域零件。前地板子系統(tǒng)有中通道結(jié)構(gòu)，避讓排氣管、變速器及傳動(dòng)軸等零件，同時(shí)提升整車(chē)彎曲剛度。

1 前地板焊合總成的構(gòu)成

前地板焊合總成一般由以下零件組成：左/右前地板本體、左/右前門(mén)檻內(nèi)板焊合件、前/后座椅安裝橫梁焊合件、中間通道焊合件，如圖1所示。

圖1 前地板焊合總成

2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

常見(jiàn)的前地板焊合件的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 前地板焊合件形式

3 設(shè)計(jì)面向制造

前地板的設(shè)計(jì)必須面向制造，前地板設(shè)計(jì)首先要滿足白車(chē)身性能，其次要滿足各區(qū)域零件接口。先從制造的角度來(lái)介紹前地板的設(shè)計(jì)工藝要求。

3.1 沖壓工藝

沖壓是塑性加工的基本方法之一。沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的零件，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。

前地板設(shè)計(jì)要保證零件的剛度首先要設(shè)計(jì)一定的筋條，筋條盡量采用縱向排列，并且保證合適的拔模角度和高度，筋條盡量設(shè)計(jì)成凸筋，如果一定要設(shè)計(jì)成凹筋，盡量設(shè)計(jì)排水孔，將涂裝液盡快排出。導(dǎo)圓半徑要合適，建議為5～100 mm。前地板冷沖壓需滿足BT/SGMWJ 0410-2010《冷沖壓件通用技術(shù)條件》。

3.2 焊接工藝

焊接是通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，可用或可不用填充材料，使工件達(dá)到原子間結(jié)合的一種加工方法。焊接一般有點(diǎn)焊、凸焊、 激光焊、CO2焊接、電弧焊、植焊、釬焊等種類(lèi)。地板零件常采用點(diǎn)焊、CO2保護(hù)焊進(jìn)行焊接，圖3所示是兩種焊接方式原理圖。

圖3 焊接示意圖

3.3 涂裝工藝

涂裝是將涂料涂覆于白車(chē)身表面形成具有防護(hù)、裝飾或特定功能涂層的過(guò)程。

3.3.1 底漆電泳工藝

前地板總成的設(shè)計(jì)一般要考慮腔體區(qū)域的上漆問(wèn)題，一般在左右門(mén)檻內(nèi)板和座椅安裝橫梁，要設(shè)計(jì)足夠漏液孔保證電泳液進(jìn)入和排出的便利性，地板上盡量設(shè)計(jì)凸起的筋條防止積液。

3.3.2 上膠工藝

在前地板與周邊零件搭接縫隙處或夾層中，電泳漆很難附著在其中，或者油漆膜非常稀薄。而在汽車(chē)使用中，雨天或者高溫潮濕的海邊，水氣則容易附著在這些縫隙中，導(dǎo)致銹蝕的產(chǎn)生一般在零件搭接縫隙中。涂電焊密封膠，在零件止口邊涂車(chē)身密封膠，在無(wú)法焊接又要保證車(chē)身強(qiáng)度的地方涂結(jié)構(gòu)膠。前地板區(qū)域的具體涂膠工藝見(jiàn)圖4。

圖4 前地板涂膠

3.3.3 空腔注蠟工藝

在車(chē)身底部4個(gè)空腔中打入一定量的液態(tài)蠟，經(jīng)過(guò)特定工藝流程使留在車(chē)身空腔內(nèi)部的蠟形成均勻的保護(hù)蠟?zāi)?，令水滴無(wú)隙可入，保證了整車(chē)良好的防腐性能?？涨蛔⑾灡仨毞螱B/T 23437-2009《汽車(chē)上光蠟》中的技術(shù)條件。

3.3.4 防石擊噴涂材料

乘用車(chē)一般離地間隙較小，尤其是前地板區(qū)域被飛濺的沙石濺傷，造成鈑金油漆剝落最終導(dǎo)致鈑金的銹蝕。為了保護(hù)車(chē)底鈑金，通常在離地間隙最小的前地板區(qū)域噴涂PVC防石擊涂料， 車(chē)身噴涂的部位詳見(jiàn)圖5。高端車(chē)型后車(chē)體局部也噴涂部分PVC涂料，增加整車(chē)的防腐能力，具體噴涂標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)企標(biāo)BT/SGMWJ 06118-2016《防石擊阻尼膠技術(shù)條件》。

圖5 PVC噴涂部位

4 設(shè)計(jì)面向接口

前地板總成上的安裝零件較多，通常的接口零件包含：底盤(pán)(手剎機(jī)構(gòu)、換擋器、制動(dòng)管路)，內(nèi)飾(座椅、地毯、副儀表板)，CAE(安全帶)，動(dòng)力(傳動(dòng)軸、排氣管、燃油管路)，空電(制冷管路、橫擺角傳感器、線束)。

5 零部件材料

前地板總成中的門(mén)檻內(nèi)板、中通道、座椅橫梁等重要零件是碰撞力重要的傳導(dǎo)路徑，這些零件對(duì)車(chē)身彎扭剛度有很大的貢獻(xiàn)，所以上述零件建議采用高強(qiáng)鋼板，和車(chē)外部有接觸的零件多采用耐腐蝕性比較強(qiáng)的鍍鋅板。前地板總成包含的主要零件材料牌號(hào)推薦見(jiàn)表1，材料的力學(xué)性能參見(jiàn)表1中的企標(biāo)。

表1 前地板總成零部件材料推薦表

6 前地板總成邊界設(shè)計(jì)參數(shù)

6.1 前地板形成

為保證乘員腳部舒適性，通常是將地板在踵點(diǎn)位置的地板面設(shè)計(jì)為與XY平面平行的平面，因此前地板過(guò)點(diǎn)H的Y向斷面通常有以下兩種形式(見(jiàn)圖6)。

圖6 地板形式

6.2 前地板面的高度確定(整車(chē)坐標(biāo)Z向值)

確定地板面的高度值需要的主要參數(shù)有：總布置前后乘員踵點(diǎn)Z向坐標(biāo)、地毯(4 mm)、緩沖墊厚度(25 mm)、車(chē)身阻尼膠厚度(4 mm)。由圖7可推導(dǎo)出地板面高度值=踵點(diǎn)Z坐標(biāo)值+地毯、緩沖墊、車(chē)身阻尼膠厚度。

圖7 地板高度確認(rèn)

6.3 前地板面的寬度確定(整車(chē)坐標(biāo)Y向值)

地板寬度主要是根據(jù)門(mén)檻斷面來(lái)確定的，前地板與門(mén)檻斷面搭接如圖8所示。

圖8 門(mén)檻截面

前地板與門(mén)檻搭接的翻邊通常有向上翻邊和向下翻邊兩種形式，如圖9所示。

圖9 門(mén)檻截面

由圖9可知，向上翻邊焊接操作性要比向下翻邊好，兩種翻邊形式對(duì)沖壓工藝影響較小，具體選用形式可根據(jù)具體車(chē)型情況結(jié)合工藝意見(jiàn)選擇。

6.4 前地板長(zhǎng)度確定(X向)

與中后地板搭接前地板與中地板或者后地板的分界線一般是由總布置油箱和點(diǎn)H的位置決定的。

如圖10 所示，油箱的布置位置高于前地板，且考慮到油箱前部的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)以及油箱安裝結(jié)構(gòu)，所以前地板與中地板或者后地板的分界線一般在油箱前面。具體數(shù)值需要結(jié)合車(chē)型的總布置以及下車(chē)體加強(qiáng)梁結(jié)構(gòu)等決定。

7 性能設(shè)計(jì)

表2為性能設(shè)計(jì)驗(yàn)證列表。

圖10 地板臺(tái)階截面

序號(hào)性能設(shè)計(jì)項(xiàng)目驗(yàn)證內(nèi)容驗(yàn)證方法1安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)(GB 14167-2013)CAE模擬分析2碰撞性能汽車(chē)側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)(GB 20071-2006)CAE模擬分析3防腐性能電泳車(chē)身剖解檢查CAE模擬分析4剛度白車(chē)身剛度試驗(yàn)CAE模擬分析5模態(tài)白車(chē)身模態(tài)試驗(yàn)CAE模擬分析

8 某車(chē)型前地板性能設(shè)計(jì)

圖11為某車(chē)型座椅腳安裝點(diǎn)應(yīng)變?cè)茍D。可知左側(cè)座椅右腳安裝點(diǎn)區(qū)域最大應(yīng)變?yōu)?.07，小于0.12，失效風(fēng)險(xiǎn)較小。右側(cè)座椅左腳安裝點(diǎn)區(qū)域最大應(yīng)變0.05，小于0.12，失效風(fēng)險(xiǎn)較小。

圖12為某車(chē)型側(cè)碰變形圖，可知熱成型B柱加強(qiáng)板翻邊處應(yīng)變?yōu)?.042，開(kāi)裂可能性較小。

圖11 某車(chē)型座椅腳安裝點(diǎn)應(yīng)變?cè)茍D

圖12 某車(chē)型側(cè)碰變形圖

圖13為某車(chē)型門(mén)檻內(nèi)板漆模厚度仿真圖，可知膜厚范圍為9.81～14.11 μm。膜厚大于8 μm，質(zhì)量符合。

圖13 某車(chē)型門(mén)檻內(nèi)板漆模厚度仿真圖

圖14為某車(chē)型白車(chē)身模態(tài)，可知該車(chē)型整體一階彎曲、整體一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)都滿足要求。

圖14 某車(chē)型白車(chē)身模態(tài)

圖15—圖16分別為某車(chē)型白車(chē)身扭轉(zhuǎn)角及彎曲位移曲線，表3為其剛度模態(tài)。

圖15 某平臺(tái)白車(chē)身扭轉(zhuǎn)角曲線

圖16 某車(chē)型白車(chē)身彎曲位移曲線

表3 某車(chē)型剛度模態(tài)

經(jīng)過(guò)模擬分析整車(chē)扭轉(zhuǎn)剛度曲線&整車(chē)彎曲剛度曲線均比較平滑，整車(chē)彎曲剛度與扭轉(zhuǎn)剛度均滿足設(shè)計(jì)要求。

9 結(jié)束語(yǔ)

前地板總成設(shè)計(jì)要從前地板構(gòu)成、典型結(jié)構(gòu)、典型工藝、材料選擇、邊界設(shè)計(jì)、驗(yàn)證內(nèi)容及方法等全面考慮，結(jié)合CAE仿真，進(jìn)行理論分析和實(shí)際驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出既滿足性能要求又能實(shí)現(xiàn)低成本高價(jià)值的前地板總成。