汽車(chē)車(chē)身側(cè)圍設(shè)計(jì)要點(diǎn)

伍升安

摘 要：車(chē)身側(cè)圍是汽車(chē)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響到車(chē)身的安全性能以及舒適性能，并且側(cè)圍是整個(gè)車(chē)身開(kāi)發(fā)中設(shè)計(jì)周期最長(zhǎng)、模具開(kāi)發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)的部分，其開(kāi)發(fā)速度的快慢與設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，將直接影響到整個(gè)項(xiàng)目是否能按期完成。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);車(chē)身;側(cè)圍;設(shè)計(jì)

1 引言

如今我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展迅速，人們對(duì)汽車(chē)外型和汽車(chē)性能的要求越來(lái)越高，因此，給汽車(chē)設(shè)計(jì)尤其是車(chē)身側(cè)圍的設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。首先要有好的安全性能，因?yàn)槠?chē)一旦發(fā)生碰撞，車(chē)身側(cè)圍作為車(chē)身的重要結(jié)構(gòu)，它將承受側(cè)面碰撞帶來(lái)的碰撞力，而它的變形模式、侵入速度及侵入量直接關(guān)系著乘員的損傷及生命安全;其次，要滿足舒適性要求，噪音、灰塵、雨水侵入乘員艙都會(huì)嚴(yán)重影舒適性。所以，好的汽車(chē)車(chē)身側(cè)圍設(shè)計(jì)能有效的減輕乘員在交通事故中的損傷，并具有良好的密封及隔音性能。本文以某全新平臺(tái)電動(dòng)車(chē)項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)作為參考，介紹了汽車(chē)車(chē)身側(cè)圍設(shè)計(jì)的一般流程與設(shè)計(jì)要求，達(dá)到提升設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少后期設(shè)計(jì)變更的目的（圖1）。

2 項(xiàng)目前學(xué)習(xí)

項(xiàng)目前學(xué)習(xí)是整個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的重要一環(huán)，尤其對(duì)于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有所欠缺的設(shè)計(jì)者，直接影響到設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞。學(xué)習(xí)內(nèi)容一般包括以下幾方面內(nèi)容：①相關(guān)法規(guī)學(xué)習(xí)：汽車(chē)相關(guān)法規(guī)是汽車(chē)產(chǎn)品必須滿足的最基本要求，側(cè)圍結(jié)構(gòu)相關(guān)的法規(guī)主要包含：乘用車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)、汽車(chē)安全帶安裝固定點(diǎn)、汽車(chē)座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法、汽車(chē)駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法、汽車(chē)門(mén)鎖及車(chē)門(mén)保持件的性能要求和試驗(yàn)方法、乘用車(chē)內(nèi)部凸出物、轎車(chē)外部凸出物、汽車(chē)護(hù)輪板、汽車(chē)側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)、乘用車(chē)正面偏置碰撞的乘員保護(hù)、乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度等;②側(cè)圍設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí);隨著汽車(chē)結(jié)構(gòu)、制造工藝的創(chuàng)新與發(fā)展，側(cè)圍設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)也是不斷更新的，掌握最新設(shè)計(jì)知識(shí)，確保在之后的設(shè)計(jì)工作游刃有余，相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)主要包括設(shè)計(jì)指導(dǎo)、工程標(biāo)準(zhǔn)、DFMEA、標(biāo)準(zhǔn)截面等;③以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)學(xué)習(xí)：經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)學(xué)習(xí)是避免重復(fù)犯錯(cuò)的重要途徑，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)學(xué)習(xí)，可以避免犯以往項(xiàng)目中已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題，并舉一反三，保證設(shè)計(jì)的可靠性;③產(chǎn)品定位學(xué)習(xí)：通過(guò)產(chǎn)品定位學(xué)習(xí)，了解產(chǎn)品所需要具備的核心競(jìng)爭(zhēng)力、主要賣(mài)點(diǎn)、大致性能要求、主要配置情況、需要解決的痛點(diǎn)問(wèn)題等等;

3 競(jìng)標(biāo)車(chē)分析及結(jié)構(gòu)選型

競(jìng)標(biāo)車(chē)分析是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中取他人之所長(zhǎng)補(bǔ)己之不足的重要手段，尤其是產(chǎn)品中要使用新結(jié)構(gòu)、新工藝新材料時(shí)，競(jìng)標(biāo)車(chē)結(jié)構(gòu)分析往往成為設(shè)計(jì)好壞的關(guān)鍵。可以通過(guò)產(chǎn)品定位、產(chǎn)品主要配置情況、造型創(chuàng)意等因素，鎖定對(duì)標(biāo)車(chē)型;然后從結(jié)構(gòu)、工藝、材料、性能等方面進(jìn)行評(píng)估，若有多個(gè)對(duì)標(biāo)車(chē)型，可以從多個(gè)維度打分評(píng)估，最終選取最優(yōu)者作為本產(chǎn)品的主要研發(fā)參考。

在充分的競(jìng)標(biāo)分析后，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品市場(chǎng)定位、性能目標(biāo)、整車(chē)參數(shù)、底盤(pán)形式、產(chǎn)品配置表等輸入，制定側(cè)圍框架結(jié)構(gòu)、制造工藝、零件材料策略。以某乘用車(chē)為例，為滿足正碰、側(cè)碰、車(chē)頂抗壓等需求，采用A柱下加強(qiáng)板、A柱上加強(qiáng)板、B柱加強(qiáng)板、門(mén)檻加強(qiáng)板互相連接繞前門(mén)洞形成一個(gè)加強(qiáng)框架總成，也可以視具體性能要求，預(yù)留將A柱上加強(qiáng)板與C柱上加強(qiáng)板連的空間，這樣可以與B柱加強(qiáng)板、門(mén)檻加強(qiáng)板、前護(hù)板、后輪罩上支撐板形成繞后門(mén)洞的加強(qiáng)框架總成，達(dá)到進(jìn)一步提升性能的需求;在材料方面，B柱加強(qiáng)板是承受側(cè)面碰撞的主要零件，推薦采用熱成型材料B1500HS-FB-D? t=1.5，A柱上、下加強(qiáng)板、以及門(mén)檻加強(qiáng)板需同時(shí)滿足正碰、側(cè)碰、車(chē)頂抗壓等法規(guī)，但受力情況較B柱加強(qiáng)板稍好，推薦采用 HC340/590DP-FB-D? t=1.2;在后輪罩區(qū)域，由于獨(dú)立懸掛的安裝點(diǎn)布置在后輪罩內(nèi)板上，所以需要布置后輪罩上支撐板，達(dá)到將力傳遞分散的作用，避免后輪罩區(qū)域承受較大的交變應(yīng)力產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂，因受力不大，材料可以采用 BLD-FB-D? t=1.0;除此之外，根據(jù)產(chǎn)品配置，D柱區(qū)域有安全帶固定點(diǎn)，所以需要布置D柱上加強(qiáng)板，以滿足安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度要求，同時(shí)可以提升尾門(mén)開(kāi)口剛度，考慮零件成型性能及受力情況，一般情況下可采用BLD-FB-D t=1.0。同時(shí)根據(jù)NVH性能要求布置隔斷塊，到達(dá)降低車(chē)內(nèi)噪音的目的，隔斷塊布置位置如圖2藍(lán)線所示。

4 典型截面繪制

典型截面主要表達(dá)了車(chē)身各區(qū)域車(chē)輛結(jié)構(gòu)及材料應(yīng)用。通過(guò)截面繪制，可以比較全面評(píng)估車(chē)身結(jié)構(gòu)是否滿足各零件布置空間要求、安全間隙要求、視野要求、乘員艙空間要求等等，同時(shí)起到指導(dǎo)建模、評(píng)估造型可行性等作用，可以大大減少各種問(wèn)題流入到數(shù)模設(shè)計(jì)階段，提升數(shù)據(jù)發(fā)布效率（圖3）。

5 軟工裝數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

軟工裝數(shù)據(jù)對(duì)于車(chē)身的主要用途是做一些碰撞、安全帶拉力、耐久路試、子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行性能摸底，同時(shí)進(jìn)行部分制造可行性驗(yàn)證，避免在正式工裝時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，造成時(shí)間、費(fèi)用上的重大損失。軟工裝數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的基本要求有：①確保造型A面、總布置策略等相對(duì)正式工裝數(shù)據(jù)不會(huì)有大的調(diào)整，輸入影響各性能實(shí)驗(yàn)的ICD接口，以保證軟工裝車(chē)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果具備一定的準(zhǔn)確性;②按開(kāi)發(fā)策略搭建數(shù)據(jù)，并確定零件分件方式;③確定各零件的定位策略以及各零件之間的連接方式，目前常用的連接方式有以下幾種：

①電阻點(diǎn)焊：電阻點(diǎn)焊是工件通過(guò)電極施加壓力，利用電流產(chǎn)生電阻熱 進(jìn)行焊接的方法。電阻焊焊接時(shí)不需要填充金屬，成本低、 生產(chǎn)效率高、焊接變形小、接頭質(zhì)量容易控制，被廣泛用于汽車(chē)白車(chē)身的焊接，但不適用于鋼鋁連接的情況。

②CO2氣體保護(hù)焊：CO2氣體保護(hù)焊接技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中具有操作靈活、簡(jiǎn)單、投資成本低、對(duì)油污及銹跡有特殊的敏感性能等特點(diǎn)。近年來(lái)被我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但盡管CO2氣體保護(hù)焊無(wú)論從技術(shù)方面還是設(shè)備方面日漸成熟和完善，但焊接所形成的焊縫仍比較粗糙，并且飛濺也較大，不僅嚴(yán)重影響整體焊接質(zhì)量，而且也會(huì)影響到側(cè)圍零件的安裝精準(zhǔn)度。另外，此保護(hù)焊接完成后，需進(jìn)行打磨，工序較為繁瑣，無(wú)形中增加了生產(chǎn)節(jié)拍;焊接、打磨所產(chǎn)生的光、粉塵等污染對(duì)員工健康危害較大。所以說(shuō)，該方法并不是車(chē)身側(cè)圍各零件之間連接的最佳方法。

③結(jié)構(gòu)膠連接：膠接技術(shù)是一種利用膠粘劑在連接面上產(chǎn)生的機(jī)械結(jié)合力、物理吸附力和化學(xué)鍵合力而使兩個(gè)膠接件聯(lián)接起來(lái)的工藝方法。隨著新型結(jié)構(gòu)膠的不斷研發(fā)，結(jié)構(gòu)?已作為汽車(chē)零部件連接的重要手段之一。結(jié)構(gòu)膠具有耐老化、強(qiáng)度高、耐腐蝕、在預(yù)期壽命內(nèi)保持穩(wěn)定的性能、并且能夠承載較大負(fù)荷等特點(diǎn)。與其他連接方式相比，膠接技術(shù)在應(yīng)力分布、腐蝕性能、疲勞性能等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。因此，膠接技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、建筑等行業(yè)。轎車(chē)白車(chē)身金屬部件間最常采用的連接方式是點(diǎn)焊連接，通常每輛車(chē)身上的焊點(diǎn)有3000個(gè)左右，如果采用點(diǎn)焊+結(jié)構(gòu)膠粘接的工藝則可以顯著減少焊點(diǎn)數(shù)量。

④激光焊接

隨著我國(guó)激光焊接技術(shù)的逐步成熟，激光焊接技術(shù)已逐步應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身制造中，主要應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)門(mén)、前后蓋、側(cè)圍外板、流水槽等零部件的有效連接中。大眾汽車(chē)中側(cè)圍尾燈與側(cè)圍外板的連接釆用了激光焊接技術(shù)，焊接后鈑金變形較小，焊縫外觀美觀，焊接質(zhì)量有所保證，既保證了側(cè)圍尾燈的安裝與燈具的精準(zhǔn)度，又大大的提高了工作效率。然而由于激光焊接技術(shù)不僅成本高，而且對(duì)于白車(chē)身中各鈑金構(gòu)件之間的裝配精度有較高要求，因此，這種激光焊接技術(shù)在車(chē)身連接中的應(yīng)用具有一定的局限性。

6 軟工裝造車(chē)及性能驗(yàn)證

對(duì)于設(shè)計(jì)上存在一定風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，需要用軟工裝車(chē)進(jìn)行驗(yàn)證。涉及到側(cè)圍結(jié)構(gòu)的主要驗(yàn)證項(xiàng)有：正碰、側(cè)碰、車(chē)頂抗壓、安全帶拉力實(shí)驗(yàn)、耐腐蝕實(shí)驗(yàn)、車(chē)門(mén)子系統(tǒng)耐久實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)感知質(zhì)量評(píng)審、路試耐久實(shí)驗(yàn)等，若某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有不符合，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入分析后制定解決方案，并在正式數(shù)據(jù)階段進(jìn)行改進(jìn)。

7 正式工裝數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

軟工裝數(shù)據(jù)階段已驗(yàn)證大的數(shù)據(jù)方案無(wú)問(wèn)題后，正式數(shù)據(jù)階段則需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，并全面評(píng)估各方面的要求。正式工裝數(shù)據(jù)要求造型A面、總布置、各ICD接口達(dá)到凍結(jié)狀態(tài)，并且要從成本、制造可行性、售后維修、整車(chē)性能等各維度進(jìn)行評(píng)估，達(dá)到預(yù)定項(xiàng)目目標(biāo)?？偟膩?lái)說(shuō)主要評(píng)估項(xiàng)有：重量、NVH性能、靜態(tài)及動(dòng)態(tài)感知質(zhì)量、防腐、密封、ICD接口、沖壓可行性及材料利用率、焊接可行性、涂裝可行性、尺寸匹配可行性、工裝定位要求、涉及車(chē)身的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)要求等。

8 正式工裝造車(chē)及性能驗(yàn)證

此階段的主要任務(wù)根據(jù)正式工裝數(shù)據(jù)造車(chē)，實(shí)車(chē)驗(yàn)證制造可行性以及進(jìn)行各項(xiàng)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性能，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷優(yōu)化，達(dá)到各項(xiàng)要求。

9 結(jié)論

汽車(chē)側(cè)圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員具備豐富的經(jīng)驗(yàn)功底，以及對(duì)法規(guī)、性能、制造、材料各方面知識(shí)的全面了解。本文對(duì)汽車(chē)側(cè)圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟要點(diǎn)的基本論述，以及結(jié)構(gòu)選型、制造工藝的討論，對(duì)我國(guó)的汽車(chē)設(shè)計(jì)的發(fā)展，具有一定的參考價(jià)值。

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