某款汽車下車體平臺(tái)化設(shè)計(jì)

陸恒 于忠娟 劉寶新

摘 要：文章以某本公司車型為例，介紹了一種平臺(tái)化的下車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，闡述了實(shí)現(xiàn)本平臺(tái)車型在長度、寬度以及高度變化過程中下車體通用化的方案，能夠滿足轎車、SUV以及平臺(tái)車型長度，寬度以及高度的變化需求。

關(guān)鍵詞：汽車;下車體;平臺(tái)化

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）19-65-04

The Design of One Underbody Platform

Lu Heng， Yu Zhongjuan， Liu Baoxin

（ Body design and Research Institute of Anhui Jianghuai Automobile Group Co.， Ltd Technology Center，

Anhui Hefei 230022 ）

Abstract： Taking a certain companys model as an example， this article introduces a platform-based design method for the lower body structure， and expounds a plan to realize the generalization of the lower body of the platform model in the process of changing length， width and height， which can meet the requirements of cars， The length， width and height changes of SUV and platform models.

Keywords： Automobile; Lower body; Platform

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-65-04

前言

伴隨著汽車工業(yè)100多年的發(fā)展，隨著汽車市場(chǎng)逐漸從局部走向全球，從小眾走向大眾，逐漸從藍(lán)海變?yōu)榧t海，平臺(tái)化進(jìn)行了深刻的發(fā)展。特別是2008年的經(jīng)濟(jì)危機(jī)刺激，使得全球需求乏力，車企競(jìng)爭(zhēng)加劇。國外主流廠商陸續(xù)推進(jìn)了具有自身特色的平臺(tái)和架構(gòu)，具有代表性的MQB平臺(tái)，將企業(yè)內(nèi)同平臺(tái)通用化率從20%-30%提高至50%-70%，極大的減少企業(yè)內(nèi)零件種類，有效降低同平臺(tái)開發(fā)單個(gè)車型過程中的重復(fù)驗(yàn)證時(shí)間和費(fèi)用，MQB平臺(tái)為大眾的全球化發(fā)展以及企業(yè)利潤的保證做出了巨大的貢獻(xiàn)。[3]

目前中國汽車發(fā)展進(jìn)入低增長甚至負(fù)增長的階段，并隨著新興造車勢(shì)力的加入，汽車主機(jī)廠之間的競(jìng)爭(zhēng)變得異常白熱化。縮短新車型的研發(fā)周期，控制生產(chǎn)制造成本并能高質(zhì)量的向客戶交付產(chǎn)品是企業(yè)生存的重要手段之一。

在參考知名車企平臺(tái)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本公司車型發(fā)展需要以及工藝要求，對(duì)本公司平臺(tái)化研究策略進(jìn)行了夯實(shí)。本文以本公司所開發(fā)車型為例闡述下車體平臺(tái)化的設(shè)計(jì)思路。

1 基礎(chǔ)平臺(tái)車型分析

下車體結(jié)構(gòu)是承載車身動(dòng)力總成，底盤系統(tǒng)，座椅儀表臺(tái)等的重要模板，并與整車的結(jié)構(gòu)性能，安全性能和耐久性能有著重要的聯(lián)系，對(duì)同一平臺(tái)的下車體基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。平臺(tái)化結(jié)構(gòu)應(yīng)具備如下幾個(gè)特點(diǎn)：車身平臺(tái)零部件共用和工程解決方案通用化，關(guān)鍵邊界結(jié)構(gòu)的通用化，車身定位系統(tǒng)的通用化，車身平臺(tái)結(jié)構(gòu)下的尺寸帶寬，車身平臺(tái)結(jié)構(gòu)下的性能帶寬。[4]

本文研究的基礎(chǔ)平臺(tái)車型為本公司開發(fā)的一款軸距2760mm的A級(jí)轎車，該車型在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行了平臺(tái)化的考慮，經(jīng)過不斷完善與優(yōu)化，目前形成了一個(gè)較為成熟的下車體平臺(tái)，如圖2所示。該款轎車車體（無天窗、不帶玻璃）的彎曲剛度達(dá)到20000N/mm，扭轉(zhuǎn)剛度達(dá)1800Nm/°，整車40%正面偏置碰撞仿真分析中車身最大加速度為36g，低于40g的目標(biāo)值;前圍板C區(qū)入侵量為71mm，低于C-NCAP五星要求80mm的目標(biāo)值，該轎車的主要性能分析結(jié)果滿足作為基礎(chǔ)平臺(tái)的性能要求。

2 長度變化

2.1 軸距變化

中地板前連接板是連接前地板和中地板的重要結(jié)構(gòu)，該零件也是車身扭轉(zhuǎn)剛度以及側(cè)面碰撞的重要零部件之一。基礎(chǔ)車型設(shè)計(jì)時(shí)，將中地板前連接板設(shè)計(jì)成前后長度可變結(jié)構(gòu)，中地板前連接板的前后法蘭面分別與前地板后部和中地板前部相連接，如圖3所示。當(dāng)新開發(fā)車型較基礎(chǔ)車型的軸距發(fā)生變化時(shí)，可以通過中地板前連接板前后法蘭面的X向進(jìn)行延長或者減短進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。前地板下縱梁進(jìn)行分件設(shè)計(jì)，分成前地板下縱梁前段和前地板下縱梁封板兩個(gè)件，前地板下縱梁長度變化可以通過分件的前地板下縱梁封板的長度變化進(jìn)行匹配調(diào)整。軸距的變化對(duì)門檻的影響可以通過重新設(shè)計(jì)兩側(cè)的門檻內(nèi)板后段的長度進(jìn)行解決。本平臺(tái)的軸距變化相較于基礎(chǔ)車型可以做到-150mm至+130mm的軸距需求，該平臺(tái)可以滿足從A0級(jí)至B級(jí)車型的覆蓋，符合本公司對(duì)新平臺(tái)的定位要求。

2.2 前懸變化

前防撞梁與前縱梁之間通過防撞梁吸能盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，防撞梁及其吸能盒在碰撞過程中起到了重要的吸能作用，發(fā)艙縱梁內(nèi)板設(shè)計(jì)成拼焊板，如圖4所示。前懸長度變化時(shí)，可以通過更改防撞梁的吸能盒長度進(jìn)行匹配變化。因防撞梁吸能盒的更改，對(duì)正面碰撞產(chǎn)生的影響可通過發(fā)艙縱梁內(nèi)板拼焊板的料厚以及其材質(zhì)變化或發(fā)艙縱梁內(nèi)部加強(qiáng)板的變動(dòng)進(jìn)行多方案分析確定。

2.3 后懸變化

將后地板縱梁拆分成兩段，設(shè)計(jì)成后地板縱梁前段和后地板縱梁后段，如圖5所示。新車型的后懸長度要求發(fā)生變化時(shí)，為了保證后輪罩的位置不發(fā)生變化，后地板縱梁的變化可以通過后地板縱梁后段的長度變化實(shí)現(xiàn)。后地板長度變化通過其前部與中地板搭接的法蘭面的長短來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)后地板前部法蘭面時(shí)，保證X向的調(diào)節(jié)可以通過使用相同拉研模具，只需調(diào)整不同的修邊切口來實(shí)現(xiàn)模具的通用最大化[5]，本車型的后懸長度調(diào)節(jié)量為-30mm至+40mm。

3 寬度變化

考慮平臺(tái)寬度影響部位，Y向?qū)挾日{(diào)節(jié)優(yōu)先保證地板共用，左右門洞止口的Y向?qū)挾茸兓凳紫韧ㄟ^對(duì)門檻內(nèi)板的寬度變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。當(dāng)門洞止口位置要求不變時(shí)，可以通過側(cè)圍外板以及門檻外板寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。門檻外板的Y向?qū)挾日{(diào)節(jié)應(yīng)同時(shí)需要考慮對(duì)側(cè)圍外板的成型性及門檻剛度和耐撞性進(jìn)行分析，如圖6所示。本公司建議門檻外板寬度參考值a，60mm≤a≤110mm（考慮外板成型性：a≤110mm，考慮門檻剛度和耐撞性：a≥60mm）。

若新開發(fā)車型的車身寬度較平臺(tái)基礎(chǔ)車型的變化要求較大，無法僅通過門檻內(nèi)外板和側(cè)圍調(diào)節(jié)變化時(shí)，則需要通過更改前地板的Y向?qū)挾葋磉M(jìn)行確定。平臺(tái)基礎(chǔ)車型中，對(duì)前地板的中央通道和兩側(cè)地板進(jìn)行了分塊設(shè)計(jì)，預(yù)留了后開發(fā)車型的拓寬需求。當(dāng)要求車身寬度更改較大時(shí)，可以通過調(diào)整中央通道Y向的左、右修邊線位置或者調(diào)整左右兩側(cè)前地板的修邊線位置來位置實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。

發(fā)艙前圍總成將前圍下加強(qiáng)板和流水槽支撐板進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)，如圖8所示，前圍下加強(qiáng)板和流水槽支撐板在Y方向上進(jìn)行了滑動(dòng)搭接設(shè)計(jì)，前圍下加強(qiáng)橫梁設(shè)計(jì)成左右兩段，前圍流水槽下支撐板設(shè)計(jì)成左中右三段。當(dāng)新車型的車身寬度要求發(fā)生變化時(shí)，可以通過調(diào)整發(fā)艙前圍總成中的前圍流水槽下支撐板以及前圍下加強(qiáng)橫梁鈑金的Y向?qū)挾葋韺?shí)現(xiàn)平臺(tái)車型的左右發(fā)艙縱梁總成沿用。

4 高度變化

平臺(tái)高度變化受車型高度定義以及輪胎尺寸的影響，平臺(tái)車型底盤前后副車架的高度保持不變。

平臺(tái)的基礎(chǔ)車型的減震器塔包在Z方向上進(jìn)行分件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成前塔包上板與前塔包下板兩段結(jié)構(gòu)，如圖9所示，此結(jié)構(gòu)有利于前塔包的成形性以及Z向高度的尺寸調(diào)節(jié)。當(dāng)研發(fā)基于平臺(tái)的SUV車型時(shí)，由于SUV車型需要考慮其通過性，對(duì)該轎車基礎(chǔ)車型的車身高度進(jìn)行抬高，可以將前塔包上板重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，安裝面Z向坐標(biāo)進(jìn)行適度下降，并同時(shí)降低前后副車架其他各安裝硬點(diǎn)的Z向高度，在使用相同高度的副車架，車身相對(duì)地面會(huì)整體抬高，本平臺(tái)車型的上塔包的調(diào)整量為25mm。同時(shí)，考慮前塔包與發(fā)艙縱梁搭接的Z焊接邊調(diào)節(jié)量，根據(jù)不同車型的車身高度需求，可對(duì)焊接邊的搭接量進(jìn)行調(diào)整適應(yīng)，本平臺(tái)車型的發(fā)艙縱梁與塔包的搭接調(diào)整量為10mm。

當(dāng)平臺(tái)新車型要求前地板與前圍相對(duì)于發(fā)艙縱梁的高度差較基礎(chǔ)車型變化不大時(shí)（本平臺(tái)定義為高度差變化≤20 mm時(shí)），通過過渡區(qū)域變化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。為了考慮前圍板本體，左右發(fā)艙縱梁總成以及流水槽本體的盡可能通用，通過發(fā)艙縱梁后段以及前圍右下加強(qiáng)橫梁重新開發(fā)設(shè)計(jì)，達(dá)到發(fā)艙與前地板的銜接匹配，如圖10所示。

考慮平臺(tái)車型不同造型高度的變化，合理設(shè)計(jì)前圍與流水槽搭接面高度，確保前圍本體、流水槽本體型面通用，重新設(shè)計(jì)流水槽上蓋板來實(shí)現(xiàn)車型該處造型的變化需求。

平臺(tái)的不同車型對(duì)二排座位座椅配置要求不同，且對(duì)乘客的頭部、腳步空間以及二排踵點(diǎn)的位置要求也會(huì)有所不同，需要對(duì)前地板與中地板之間的高度差進(jìn)行適應(yīng)性變動(dòng)。本公司的下車體平臺(tái)設(shè)計(jì)思路中，可以通過更改中地板前連接板的Z向高度，并且保證前后的法蘭面與前地板和中地板相匹配來實(shí)現(xiàn)中地板與前地板的相對(duì)高度，如圖11所示。

5 結(jié)論

本文針對(duì)本公司所研發(fā)平臺(tái)化車型進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，闡述了實(shí)現(xiàn)本平臺(tái)車型在長度、寬度以及高度變化過程中下

車體通用化的方案。本公司量產(chǎn)以及在研的車型中，基于基礎(chǔ)車型的下車體通用化率最高達(dá)90%以上，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)成本和開發(fā)周期的大大降低。但在不同的車型研發(fā)過程中，由于布置的不同，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也會(huì)做其他適應(yīng)性修改。

下車體平臺(tái)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的研究，需要綜合各方面因素影響，該平臺(tái)在以后的開發(fā)過程中也將會(huì)進(jìn)行不斷的完善。

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