沈建東 王 鏑

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司）

1 車身平臺架構(gòu)概念和特點

1.1 車身平臺架構(gòu)概念

車身結(jié)構(gòu)一般分為上車體和下車體。下車體一般承載發(fā)動機、底盤和空調(diào)電子等重要的質(zhì)量模塊，占車身質(zhì)量的55%～65%，因此下車體的主要功能之一是為這些零部件提供安裝點，即車身硬點。由于底盤懸架、空調(diào)模塊和發(fā)動機、變速器等部件技術(shù)含量高、開發(fā)周期長，因此通用化、模塊化、系列化的特點比較明顯，這些特點也反映在下車體的結(jié)構(gòu)開發(fā)中，同時與上車體搭建成籠型結(jié)構(gòu)車身。一般下車體零件稱為車身平臺架構(gòu)件，即指與車身和整車結(jié)構(gòu)性能、安全性能、耐久性能有密切關(guān)系，同時為底盤和發(fā)動機等重要部件或系統(tǒng)提供支撐，但對同一平臺汽車造型變化不敏感的車身結(jié)構(gòu)件，如圖1所示[1]。

1.2 車身平臺架構(gòu)特點

車身平臺架構(gòu)應(yīng)具備如下幾個特點：車身平臺架構(gòu)零部件共用和工程解決方案通用化，關(guān)鍵界面結(jié)構(gòu)通用化，車身定位系統(tǒng)通用化，車身平臺架構(gòu)下的尺寸帶寬，車身平臺架構(gòu)下的性能帶寬。

1.2.1 車身平臺架構(gòu)零部件共用和工程解決方案通用化

車身平臺架構(gòu)零部件共用是指同一車身平臺架構(gòu)下的不同車型，某些零件完全一樣，如前大梁、前輪罩和前散熱器框架等。做到不同車型主要車身零件共用，可以有效提高設(shè)計開發(fā)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，如三廂轎車、Hatch-Back和Wagon等車型共用前縱梁。工程解決方案通用化是指為了滿足車身結(jié)構(gòu)的主要性能，不同車型在車身平臺架構(gòu)設(shè)計上采用相同的工程解決方案、相似的載荷傳遞途徑、相似的零件分塊和零件形狀等。以車身前縱梁的開發(fā)為例，圖2為某公司同一平臺架構(gòu)下兩款不同品牌車型的前縱梁，其形狀、走勢和分塊都非常近似。圖3為某公司同一平臺架構(gòu)下兩款不同品牌車型的車體底部縱梁，其截面高度相近。總之，車身平臺架構(gòu)零件不一定要求零件完全共用，但應(yīng)做到同一平臺下不同車型的主要零件實現(xiàn)共用或相似（零件的相似率），同一平臺不同車型的性能和布置等要求應(yīng)當在不改變主要零件的前提下通過增加、減少或修改次要零件來實現(xiàn)。圖4為車身平臺架構(gòu)零件通用化在不同品牌和不同地區(qū)的應(yīng)用示意。

1.2.2 關(guān)鍵界面結(jié)構(gòu)通用化

在車身平臺架構(gòu)開發(fā)過程中，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上需要保留一定的通用界面結(jié)構(gòu)，這樣在開發(fā)不同車型時只需要更改部分結(jié)構(gòu)，就可以實現(xiàn)車身開發(fā)，從而大大縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率和質(zhì)量。圖5為車身平臺架構(gòu)開發(fā)需要關(guān)注的關(guān)鍵界面結(jié)構(gòu)。以圖6所示的車身前艙風擋玻璃下結(jié)構(gòu)設(shè)計為例闡述關(guān)鍵界面結(jié)構(gòu)通用化含義。車身前艙風擋玻璃下結(jié)構(gòu)由空調(diào)進氣格柵前外板1、空調(diào)進氣格柵隔板2、空調(diào)進氣格柵下板3和空調(diào)進氣格柵上板4組成，其中，1、2是車身平臺架構(gòu)零件，零件結(jié)構(gòu)、搭接方式和焊點數(shù)量保持不變；3和4是與前風擋玻璃傾角、發(fā)動機罩蓋布置有關(guān)的零件。同一平臺不同車型需要改變風擋玻璃傾角或改變進氣口形狀和位置時，只要更改3和4即可實現(xiàn)，而其它零件都可共用，這樣就實現(xiàn)了零件的最大通用化，如圖6所示。

1.2.3 車身定位系統(tǒng)的通用化

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)車身大約由300～400個沖壓零件按照一定順序焊接而成。目前較為通用的車身結(jié)構(gòu)由6大系統(tǒng)構(gòu)成，即前艙系統(tǒng)、前地板系統(tǒng)、后地板系統(tǒng)、側(cè)圍系統(tǒng)、頂蓋系統(tǒng)和后圍板系統(tǒng)，常用的焊接順序如圖7所示[2]。前艙系統(tǒng)、前地板系統(tǒng)和后地板系統(tǒng)通過焊接構(gòu)成車身平臺架構(gòu)系統(tǒng)，之后再和側(cè)圍及其它系統(tǒng)總拼成車身框架，因此車身平臺架構(gòu)的分拼定位系統(tǒng)和總拼定位系統(tǒng)（通常二者之間的定位孔位置保持一致）對于保證車身結(jié)構(gòu)整體尺寸精度、車身開口尺寸精度和安裝精度都至關(guān)重要。因此，實現(xiàn)同一平臺不同車型車身定位系統(tǒng)的柔性化和通用化可以有效降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，保證制造精度，同時提高售后服務(wù)的方便性[3]。車身平臺架構(gòu)的定位系統(tǒng)對于不同軸距的包容性如圖8所示。

1.2.4 車身平臺架構(gòu)下的尺寸帶寬

通過同一車身平臺而衍生出來不同品牌、造型和外型尺寸的車型是車身平臺架構(gòu)開發(fā)的核心功能之一。整車主要車身架構(gòu)尺寸有總長度、總寬度、總高度、軸距、輪距和前后懸置長度，車身平臺架構(gòu)在開發(fā)時要考慮到這些尺寸因素的變化并在結(jié)構(gòu)上做出相應(yīng)預(yù)留量，以保證可以快速生成衍生車型。圖9所示為同一車身平臺架構(gòu)適應(yīng)不同長短軸車型的設(shè)計預(yù)留[4]。另一方面，設(shè)計預(yù)留也不可過大，否則會出現(xiàn)不必要的過設(shè)計，反而降低車身性能和開發(fā)效率。

1.2.5 車身平臺架構(gòu)下的性能帶寬

同一車身平臺不同車型由于發(fā)動機和變速器配置不同、造型和外形尺寸不同而導致車身結(jié)構(gòu)的性能指標也不盡相同，如三廂車的車身扭轉(zhuǎn)剛度一般高于兩廂車等。車身平臺架構(gòu)開發(fā)的目的就是利用同一架構(gòu)實現(xiàn)不同配置、造型和使用地區(qū)的性能要求，所以車身平臺架構(gòu)的性能指標設(shè)定要具有一定帶寬，以通過修改非平臺架構(gòu)的零件實現(xiàn)特定車型的性能要求或通過“即插即用”方式滿足同一車身平臺架構(gòu)下不同地區(qū)的法規(guī)要求。例如某公司某款車型中國版和北美版車身平臺架構(gòu)主體結(jié)構(gòu)通用，僅是在北美版車身后門框區(qū)域螺接一個結(jié)構(gòu)件以滿足北美地區(qū)特殊的側(cè)撞要求，如圖10所示。

2 車身平臺架構(gòu)實施

圖11為車身工藝投資曲線，從黑實線上可以看出，車身工藝投資具有時間性，即從某一開發(fā)階段以后，投資需求迅速提升直至正式生產(chǎn)，因此高質(zhì)量的前期車身平臺架構(gòu)開發(fā)是保證后期車身工藝投資有效性的基礎(chǔ)。

一般車身架構(gòu)開發(fā)由4個主要階段組成，分別是車身平臺架構(gòu)啟動、車身平臺架構(gòu)策略制定、車身平臺架構(gòu)評審和車身平臺架構(gòu)確認，如圖12所示。

2.1 車身平臺架構(gòu)搭建

車身平臺架構(gòu)需要根據(jù)一些主要需求來啟動工作，包括目標車型的產(chǎn)量、車型級別、目標人群、平臺衍生車型的種類、發(fā)動機和變速器配置和銷售地區(qū)的法規(guī)、上代車型開發(fā)及生產(chǎn)及售后問題等內(nèi)容，之后根據(jù)這些輸入條件開始車身平臺架構(gòu)搭建工作。

車身平臺架構(gòu)搭建工作主要包括根據(jù)需要滿足的法規(guī)要求確定下車體的承載路徑，利用車身多目標拓撲優(yōu)化方法計算和解讀車身承載路徑并確定主要承力件的截面尺寸，為發(fā)動機、變速器、底盤前后懸架、空調(diào)電子模塊和座椅等主要部件提供安裝方案，初步制定車身平臺架構(gòu)的尺寸帶寬、性能帶寬和質(zhì)量帶寬。

2.2 車身平臺架構(gòu)工程開發(fā)

從車身平臺架構(gòu)策略制定到車身平臺架構(gòu)評審階段工作主要包括細化與車身相關(guān)界面處的工程方案，確定車身平臺架構(gòu)尺寸帶寬、性能帶寬和質(zhì)量帶寬的合理性和可實施性，評估從車身平臺架構(gòu)衍生出來的主導車型的車身性能指標 （其中包括安全性能、車身靜態(tài)剛度和動態(tài)輸入點處的動剛度等），并完成下車體的數(shù)字模型發(fā)布。

2.3 車身平臺架構(gòu)優(yōu)化

從車身平臺架構(gòu)評審到車身平臺架構(gòu)確認階段工作主要是細化和凍結(jié)車身下車體主體結(jié)構(gòu)和主要模塊安裝點的工程解決方案，對下車體零件的成型工藝、焊接工藝和總成的涂膠工藝進行評估和改進，對下車體進行基于輕量化的結(jié)構(gòu)靈敏度分析等。同時配合整車集成和造型建立典型斷面和上車體結(jié)構(gòu)并在車身平臺架構(gòu)確認節(jié)點處評估車身結(jié)構(gòu)的靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、碰撞安全性及耐久性，并完成上、下車體數(shù)字模型發(fā)布。

3 車身平臺架構(gòu)的效率評價

同一車身平臺架構(gòu)可以支撐不同種發(fā)動機、變速器及懸架系統(tǒng)的配置，車身軸距可以在一定范圍內(nèi)變動，這些變動影響著車身平臺架構(gòu)的性能帶寬和質(zhì)量帶寬，帶寬太大會出現(xiàn)過設(shè)計，而帶寬太小又無法體現(xiàn)車身平臺架構(gòu)的優(yōu)勢，進而影響車身零件的通用化和生產(chǎn)工藝的通用化，所以有必要建立車身平臺架構(gòu)效率評價方法。

車身平臺架構(gòu)開發(fā)通常選擇該平臺架構(gòu)支持的主導車型為基本型，平臺架構(gòu)開發(fā)的策略制定和工程方案選擇都要保證基本型的車身結(jié)構(gòu)性能、車身質(zhì)量和車身成本達到最優(yōu)，車身效率最高，同時兼顧其他衍生車型共用主要零件或共用解決方案的可實施性，對于銷售到其他區(qū)域的非主導車型則通過增加或刪除非關(guān)鍵零件、提高或降低非關(guān)鍵零件的材料厚度和材料等級實現(xiàn)不同區(qū)域的要求。如圖13所示，根據(jù)基本型、基本型+和基本型-等不同車型統(tǒng)計車身零件的共用化率作為評價車身平臺架構(gòu)效率的指標，通常該指標分成完全共用主導車型（即基本型）車身零件的數(shù)量占該車型車身所有零件的百分比、修改主導車型零件的數(shù)量占該車型車身所有零件的百分比和該車型全新零件的數(shù)量占該車型車身所有零件的百分比3類，一般前兩類百分比總和要大于60%。

車身結(jié)構(gòu)效率也是評價車身平臺架構(gòu)效率的指標，該指標是國際上大部分汽車企業(yè)評價車身效率的通用指標，該指標兼顧車身結(jié)構(gòu)性能、車身質(zhì)量和整車尺寸，如圖14所示，其中，L為輕量化系數(shù)，越小越好；M為白車身（無門蓋，無前后風擋玻璃）質(zhì)量；CT為白車身扭轉(zhuǎn)剛度；A為軸距和輪距正投影面積[7]（即軸距乘以前、后輪平均輪距）。

4 結(jié)束語

車身平臺架構(gòu)效率和整車架構(gòu)效率、整車性能及整車質(zhì)量都有關(guān)系，同時發(fā)動機和變速器系統(tǒng)、底盤懸架系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的共用化及平臺化策略也與車身平臺架構(gòu)開發(fā)密切相關(guān)，所以車身平臺架構(gòu)的尺寸帶寬、性能帶寬和質(zhì)量帶寬與車身平臺架構(gòu)效率評價指標的關(guān)系還有待深入研究。新材料、新工藝的平臺化戰(zhàn)略也將對車身平臺架構(gòu)的開發(fā)方法和內(nèi)容產(chǎn)生積極影響。

1 鞠曉峰.車身平臺化開發(fā)策略研究.上海汽車，2012（2）：7～10.

2 余秀慧，沈建東，王鏑.制造工藝與車身工程開發(fā)集成應(yīng)用技術(shù).上海汽車，2010（4）：24～28.

3 林忠欽著.汽車車身制造質(zhì)量控制技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2005.

4 彭岳華.汽車車身架構(gòu)開發(fā)研究.汽車與配件，2009（7）：34～37.

5 Carney， D.“ Platform Flexibility”， Automotive Engineering International，F(xiàn)ebruary 2004.