某汽車平臺(tái)前地板模塊化設(shè)計(jì)研究

秦海濱，呂游，覃鵬飛，趙海利

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

模塊化開(kāi)發(fā)就是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化、模塊化、平臺(tái)化達(dá)到通用目的，實(shí)現(xiàn)零部件最大化的通用、實(shí)現(xiàn)規(guī)模化“量”，從而縮短開(kāi)發(fā)周期，降低成本，能夠快速滿足市場(chǎng)需求。從架構(gòu)的角度來(lái)說(shuō)，就是將產(chǎn)品的架構(gòu)從整體架構(gòu)轉(zhuǎn)換為組合架構(gòu)。在經(jīng)濟(jì)全球化的大背景之下，中國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，汽車市場(chǎng)的需求量快速增長(zhǎng)，國(guó)外汽車企業(yè)通過(guò)模塊化來(lái)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)快速、迅猛的需求。目前國(guó)外汽車主機(jī)廠已經(jīng)廣泛采用平臺(tái)化戰(zhàn)略，其中以大眾最為典型也最成功。模塊化的核心要素是提高零部件的通用率，盡可能實(shí)現(xiàn)零部件共享，實(shí)現(xiàn)通用零部件更大規(guī)模的生產(chǎn)，從而降低因?yàn)檐囆驮龆嗪彤a(chǎn)品周期縮短導(dǎo)致新增的研發(fā)成本。為了滿足市場(chǎng)對(duì)汽車產(chǎn)品日益多樣化的需求， 整車廠不斷縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，加快推出新產(chǎn)品的步伐。

1 前地板系統(tǒng)

汽車前地板系統(tǒng)是白車身重要的組成部分，前地板前面連接防火墻，后面搭接后地板，左右連接側(cè)圍，前地板的設(shè)計(jì)對(duì)整車的碰撞、剛度、扭轉(zhuǎn)以及安全等有重要影響。按發(fā)動(dòng)機(jī)的布置位置可以分為發(fā)動(dòng)機(jī)前置和發(fā)動(dòng)機(jī)中置兩種地板，本文作者研究的前地板為發(fā)動(dòng)機(jī)前置地板，也是一種主流乘用車地板。主要研究的某汽車平臺(tái)前地板模塊如何應(yīng)用在CAR、MPV、SUV 3種不同車型以及前地板對(duì)3種車型的剛度、模態(tài)、碰撞扭轉(zhuǎn)性能的影響。

2 某平臺(tái)前地板的模塊化設(shè)計(jì)

2.1 某平臺(tái)前地板設(shè)計(jì)初始條件

所研究的汽車平臺(tái)包括CAR、MPV及SUV 3種車型，并且搭載1.2 L、0.8T和1.5 L 3款動(dòng)力。各車型與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配關(guān)系如表1所示。

表1 某平臺(tái)匹配的動(dòng)力總成

該平臺(tái)搭載的3種動(dòng)力總成的位置均相同，并且符合大眾MQB的原則：前軸到發(fā)動(dòng)機(jī)后隔板的距離相同。前軸到發(fā)動(dòng)機(jī)后隔板距離詳見(jiàn)圖1。

前地板布局形式如圖2所示。為了提升研發(fā)效率，降低整車成本，該平臺(tái)所有車型前地板本體為共用件。

圖1 大眾模塊化圖解

圖2 前地板布局形式

2.2 前地板模塊化設(shè)計(jì)方法

2.2.1 某平臺(tái)前地板長(zhǎng)度的模塊化設(shè)計(jì)方法

該平臺(tái)所有車型發(fā)動(dòng)機(jī)位置保證一致，并且防火墻位置一致，這樣就能保證前地板的前止點(diǎn)一致。前地板長(zhǎng)度模塊化有兩種方案：(1)通過(guò)模具增加鑲塊實(shí)現(xiàn)前地板的加長(zhǎng)滿足軸距調(diào)整的需要；(2)通過(guò)調(diào)整前地板后橫梁的長(zhǎng)度來(lái)保證前地板后止點(diǎn)位置相同。文中選用的是方案二，相對(duì)于方案一該方案能實(shí)現(xiàn)前地板完全借用，但是該方案的局限性在于平臺(tái)跨距過(guò)大即軸距相差過(guò)大，一般超過(guò)200 mm。

2.2.2 某平臺(tái)前地板寬度的模塊化設(shè)計(jì)方法

前地板寬度的模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于保證前地板本體寬度相同，通過(guò)更改前地板門檻Y向?qū)挾葋?lái)實(shí)現(xiàn)不同車型之間的車寬需求以及側(cè)面碰撞性能。具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)見(jiàn)圖3。

圖3 前地板門檻寬度

2.2.3 某平臺(tái)前地板中通道的模塊化設(shè)計(jì)方法

前地板中間通道的大小取決于前消聲器筒體的布置位置，在保證前消聲器筒體離地高度的同時(shí)，保證前地板距離前消聲器筒體不小于45 mm，如圖4所示。該平臺(tái)前地板中通道高度及寬度設(shè)計(jì)綜合考慮了3種動(dòng)力配置的前消聲器筒體的大小及布局。

圖4 前地板中通道模塊化設(shè)計(jì)

某平臺(tái)前地板零部件的共用情況如表2與圖5所示。圖5中深灰色表示共用，淺灰色表示更改。

表2 某平臺(tái)前地板零部件的共用情況

圖5 前地板零部件平臺(tái)化狀態(tài)

2.3 某平臺(tái)前地板性能分析

2.3.1 某平臺(tái)車型剛度性能分析

該汽車平臺(tái)前地板系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)的乘用車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前地板是白車身的重要組成部分，白車身的剛度對(duì)整車的操控性能、耐久性影響比較大，靜態(tài)剛度對(duì)整車裝配精度有影響。所以文中對(duì)某平臺(tái)車型3款車(Car、MPV、SUV)整車彎曲剛度、整車扭轉(zhuǎn)剛度、前風(fēng)窗翹曲度、尾門框?qū)蔷€位移量變化進(jìn)行了模擬分析，以此滿足設(shè)計(jì)要求，如表3所示。

表3 平臺(tái)車型剛度分析

2.3.2 某平臺(tái)車型模態(tài)分析

白車身模態(tài)頻率是衡量整車NVH性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，車身模態(tài)對(duì)整車的彎曲、扭轉(zhuǎn)、噪聲、振動(dòng)等性能產(chǎn)生重要影響。一階模態(tài)下根據(jù)白車身的變形分為扭轉(zhuǎn)模態(tài)和彎曲模態(tài)。 在某平臺(tái)車型的模態(tài)分析中加入尾門框菱形變形這一項(xiàng)，尾門框菱形變形是影響整車扭轉(zhuǎn)的重要因素，對(duì)整車的NVH性能以及振動(dòng)都有很大的影響。由表4可知該平臺(tái)車型整車模態(tài)均滿足要求。

表4 某平臺(tái)車型模態(tài)分析 Hz

2.3.3 某平臺(tái)車型碰撞分析

側(cè)面碰撞是汽車安全性能的一個(gè)重要考核指標(biāo)，側(cè)面撞擊時(shí)，由于沒(méi)有車頭、車尾那么長(zhǎng)的碰撞緩沖區(qū)域，乘人艙門檻、B柱側(cè)壁直接與對(duì)方車輛碰撞，因此正面碰撞、追尾并非最嚴(yán)重，側(cè)面碰撞才致命，也最難滿足國(guó)家法規(guī)。通常考慮B柱、門檻內(nèi)板采用高強(qiáng)鋼，增大門檻截面腔體以及增加門檻腔體中側(cè)面吸能材料來(lái)降低B柱的侵入速度，減少對(duì)乘員的傷害。由表5可知該平臺(tái)車型碰撞分析均滿足要求。

表5 某平臺(tái)車型側(cè)面碰撞分析

2.3.4 某平臺(tái)前地板耐久性能實(shí)車驗(yàn)證

對(duì)該汽車平臺(tái)前地板系統(tǒng)均進(jìn)行了臺(tái)架驗(yàn)證以及4萬(wàn)千米壞路耐久性試驗(yàn)和10萬(wàn)千米乘用車常規(guī)耐久性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)前地板區(qū)域均未斷裂及出現(xiàn)明顯的焊點(diǎn)開(kāi)裂、生銹或者異響，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求。

3 結(jié)論

該汽車平臺(tái)上前地板的模塊化設(shè)計(jì)方法是切實(shí)可行的，并且提升了前地板零部件共用率，且滿足前地板各項(xiàng)性能。該平臺(tái)的前地板塊化設(shè)計(jì)滿足差異化多種車型要求，降低研發(fā)周期，減少模具、檢具、夾具的資金投入,實(shí)現(xiàn)通用零部件更大規(guī)模的生產(chǎn)，并且降低了整車成本，實(shí)現(xiàn)快速迭代，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。