張海華 王鏑 張軼川

（泛亞汽車技術(shù)中心）

應(yīng)市場(chǎng)需求，已經(jīng)出現(xiàn)采用相同的整車架構(gòu)，進(jìn)行不同車型開發(fā)的概念[1]。車身架構(gòu)是整車架構(gòu)的重要組成部分，通常指的是下車體車身結(jié)構(gòu)，包含前后縱梁、輪罩、防火墻及前后地板等零件[2]。這些結(jié)構(gòu)對(duì)被動(dòng)安全、剛度及NVH等車身性能起決定性的作用。在同一個(gè)架構(gòu)上，可以通過更改上車體實(shí)現(xiàn)多個(gè)車型的快速開發(fā)。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，大型車企會(huì)面對(duì)全球多個(gè)地區(qū)不同市場(chǎng)或某個(gè)市場(chǎng)多個(gè)車型并存的車型開發(fā)需要。如果采用同一架構(gòu)，就會(huì)造成在低要求的地區(qū)或者車型上的設(shè)計(jì)冗余。為了避免這種現(xiàn)象，盡可能地降低產(chǎn)品的成本，架構(gòu)就需要有一定的可變性，即車身架構(gòu)的柔性，以滿足不同的市場(chǎng)需求及制造需求。文章提出一種通過帶寬概念來實(shí)現(xiàn)車身架構(gòu)柔性的思路。在設(shè)計(jì)階段，涉及到的帶寬共有性能帶寬、尺寸帶寬及工藝帶寬3個(gè)方面。

1 性能帶寬

開發(fā)一款新的產(chǎn)品，使其滿足市場(chǎng)需求的性能要求是最基本的前提條件。因此性能帶寬是架構(gòu)帶寬研究中的首要部分。目前對(duì)性能帶寬的認(rèn)知有2個(gè)方面：1）如果同一個(gè)架構(gòu)可以滿足不同質(zhì)量及配置情況下的性能需求，就認(rèn)為該架構(gòu)具備這個(gè)范圍內(nèi)的性能帶寬。在這種情況下，性能帶寬在低要求的車型上表現(xiàn)為設(shè)計(jì)上的一種冗余，但其設(shè)計(jì)方案性能表現(xiàn)穩(wěn)定，可以減少開發(fā)及驗(yàn)證費(fèi)用。當(dāng)前不少歐洲車企所采用的就是這種策略。2）在斷面及主體結(jié)構(gòu)等工程解決方案不變的情況下，僅通過調(diào)整零件的材料等級(jí)和料厚，或增減加強(qiáng)零件的方式，來使該架構(gòu)滿足不同質(zhì)量及配置情況下的性能需求。在這種情況下，性能帶寬體現(xiàn)為不涉及主體結(jié)構(gòu)改動(dòng)的板材調(diào)整手段，從而可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)相對(duì)第1種策略實(shí)現(xiàn)方式更為經(jīng)濟(jì)，但需要投入更多開發(fā)資源。文章所論述的性能帶寬即為這方面內(nèi)容。

車身的整體性能有被動(dòng)安全、剛度和NVH三大方面。其中被動(dòng)安全又分為正面碰撞、側(cè)面碰撞、后面碰撞、低速碰撞及行人保護(hù)等多方面內(nèi)容。由于正面高速碰撞結(jié)果對(duì)車重較為敏感，同時(shí)不同等級(jí)的車型之間被動(dòng)安全性能的要求差別也較大，因此對(duì)于同一架構(gòu)中系列車型的性能帶寬設(shè)計(jì)，正面高速碰撞性能是研發(fā)的重點(diǎn)。

一般而言，影響正面高速碰撞性能的有整備質(zhì)量、動(dòng)力總成質(zhì)量及整車質(zhì)心位置3個(gè)因素。為了研究這3個(gè)因素在性能帶寬中的作用，以某車型為例，假設(shè)其動(dòng)力總成所占用空間不變。設(shè)定5組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)分別表示3個(gè)因素的一個(gè)等級(jí)，用以觀察研究對(duì)象車型在不同等級(jí)下性能的表現(xiàn)情況，如表1所示。圖1和圖2分別示出該車型在正面剛性墻碰撞（RGB）及正面偏置碰撞（ODB）中的分析結(jié)果。其中RGB中以B柱位置下方測(cè)量點(diǎn)的等效加速度（EA）為觀察對(duì)象，ODB中以車身結(jié)構(gòu)入侵量指標(biāo)之和為觀察對(duì)象。從圖1可以看出，隨著動(dòng)力總成質(zhì)量的增加，等效加速度上升速度比其他2個(gè)因素都要明顯。從圖2可以看到，隨著整備質(zhì)量的增加，結(jié)構(gòu)入侵值總和增加最為明顯。由于全球各地主要安全法規(guī)中，考察正面偏置碰撞的內(nèi)容較多，因此認(rèn)為整備質(zhì)量對(duì)正面高速碰撞性能影響較大，其次則是動(dòng)力總成質(zhì)量。而在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中，是否對(duì)于低要求車型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化則取決于具體項(xiàng)目的策略以及車型的預(yù)期產(chǎn)量。通常，開發(fā)所選擇的基礎(chǔ)車型為預(yù)期銷量較大的車型，以獲得最大的收益。如果存在2個(gè)車型產(chǎn)量均較大，并且差異明顯，那么由于每輛車分?jǐn)偟脑O(shè)備投資較低，則可以考慮對(duì)2個(gè)車分別進(jìn)行優(yōu)化，甚至演化成2個(gè)架構(gòu)。

表1 性能帶寬探測(cè)變量

由于上述因素的變化，為了避免設(shè)計(jì)冗余或者性能不足，就需要通過一定的手段來實(shí)現(xiàn)性能帶寬需求。比較直觀的是在主要承力零件（如前縱梁）里面增加或刪除加強(qiáng)板，這種做法可以保證主體零件的共用。進(jìn)一步可以考慮的是調(diào)整零件的材料等級(jí)，這種做法雖然需要重新開發(fā)模具，但總成的焊接夾具依然可以保持相當(dāng)大部分的共用。如果再進(jìn)一步優(yōu)化，使得零件的料厚發(fā)生改變，那么可能導(dǎo)致該車型的生產(chǎn)設(shè)備都要全新投資，背離了架構(gòu)設(shè)計(jì)的初衷。因此這就要求縱梁設(shè)計(jì)過程中做好統(tǒng)籌規(guī)劃，在結(jié)構(gòu)或性能上為架構(gòu)性能的上探或下探保留余地。

2 尺寸帶寬

尺寸帶寬是指該架構(gòu)在滿足不同車型空間尺寸需求時(shí)的調(diào)整適應(yīng)能力。在車寬方向，當(dāng)輪距、軸距及車寬發(fā)生變化的時(shí)候，通過分解到車身上的尺寸的合理變化，來滿足不同的需求。圖3示出車身架構(gòu)尺寸帶寬的實(shí)現(xiàn)策略。對(duì)于輪距的變化，前輪距變化對(duì)車身的影響主要反映在彈簧安裝點(diǎn)。如圖3a所示，當(dāng)規(guī)劃車型因前輪距變化需求，需要彈簧安裝點(diǎn)外移一定距離（d）時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要為彈簧安裝點(diǎn)的移動(dòng)預(yù)留足夠的空間；如圖3b所示，當(dāng)規(guī)劃車型因后輪距變化需求，需要彈簧支座外移一定距離（d）時(shí)，如果后懸架彈簧支座設(shè)計(jì)在縱梁上，則需要將后縱梁設(shè)計(jì)得較寬，以使彈簧支座可以有足夠的變化范圍。上述情況中，彈簧安裝點(diǎn)允許變化的范圍被認(rèn)為是車寬方向的尺寸帶寬。

而如果輪距的變化影響到后縱梁的間距，那么在后排H點(diǎn)同時(shí)外移相同尺寸的前提下，可以實(shí)現(xiàn)后地板鈑金結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的Y向平移。這同樣被認(rèn)為屬于尺寸帶寬范疇。

在前后方向，軸距變化最常見的設(shè)計(jì)要求是調(diào)整乘員空間或行李箱空間。由于涉及的范圍廣、零件多，需要制定特定的策略來實(shí)現(xiàn)該變化，如圖4所示。目前對(duì)于軸距（L1/mm）的識(shí)別，可以將其分解為若干尺寸的和：

式中：L5——前輪心到踵點(diǎn)距離，mm；

L6——后排H點(diǎn)到后輪心距離，mm；

L8——前排H點(diǎn)到后排H點(diǎn)距離，mm；

L9——踵點(diǎn)到前排H點(diǎn)距離，mm。

圖4中，L2為總車長(zhǎng)，L5為固定尺寸，L3和L4為造型強(qiáng)相關(guān)可變尺寸，L6及L8為后排人機(jī)強(qiáng)相關(guān)可變尺寸。為了便于設(shè)計(jì)，在研究后排乘員布置位置時(shí)，一般會(huì)以前后地板分界線到后排H點(diǎn)的距離來替代L8作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考，定義為L(zhǎng)7。

對(duì)應(yīng)不同車型的軸距調(diào)整，如果采用不同的變化策略會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，如表2所示。

表2 軸距變化策略及影響

總體而言，尺寸的變化對(duì)內(nèi)服務(wù)于H點(diǎn)的變化需求，對(duì)外服務(wù)于底盤的變化需求。如果僅通過可變尺寸的調(diào)整無法滿足這兩方面的需求，而需要調(diào)整原本定義為不變的尺寸，那么就認(rèn)為該變化超出了該架構(gòu)的尺寸帶寬。在這種情況下，往往會(huì)將目標(biāo)車型區(qū)分為2個(gè)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 工藝帶寬

當(dāng)前對(duì)于工藝帶寬的認(rèn)知有2個(gè)方面：1）在工廠制造主線采用的定位策略對(duì)所有車型通用；2）沖壓鈑金零件的部分工序模具或者焊裝夾具共用。

生產(chǎn)線投資費(fèi)用非常高昂，而且還會(huì)存在場(chǎng)地限制問題。因此制造設(shè)計(jì)希望盡量可以在一條生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)多車型的生產(chǎn)，這就對(duì)車身在生產(chǎn)線上的主定位孔提出了要求。當(dāng)前主流汽車廠家都有自己的車身定位策略，在同架構(gòu)的系列車型間，甚至于不同架構(gòu)的車型之間，都通過零件調(diào)整實(shí)現(xiàn)這些車輛具有相同的定位孔，以達(dá)到同一條生產(chǎn)線生產(chǎn)的目的。這種做法被認(rèn)為是工藝帶寬策略之一。

而由于秉承架構(gòu)概念的設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致同一架構(gòu)不同車型之間存在大量相似的零件，那么這些零件就存在了共用部分工序模具或者共用部分焊裝夾具的可能性，進(jìn)而降低生產(chǎn)設(shè)備投資。模具共用的前提是零件至少形貌相同，材料等級(jí)和料厚不變；而夾具共用的前提是，總成形貌相似，零件料厚變化在限定范圍內(nèi)。由于現(xiàn)代汽車制造工藝對(duì)夾具要求越發(fā)嚴(yán)格，因此該料厚理論變化范圍非常小，通常在0.5 mm以內(nèi)。文章認(rèn)為這種概念也屬于工藝帶寬策略范疇。顯然的，該工藝帶寬策略和性能帶寬策略是強(qiáng)相關(guān)的。在實(shí)際項(xiàng)目中，需要協(xié)同考慮這兩方面的需求以求得最佳方案。

4 結(jié)論

文章所論述的車身柔性架構(gòu)開發(fā)方法，是服務(wù)于整車柔性架構(gòu)開發(fā)策略的重要手段，通過性能、尺寸和工藝3個(gè)方面的帶寬識(shí)別和調(diào)整，可以按照柔性架構(gòu)開發(fā)策略，直觀地實(shí)現(xiàn)車身柔性架構(gòu)開發(fā)，滿足不同地區(qū)、不同層級(jí)及不同性能要求的各種車型開發(fā)需求。此外在實(shí)際項(xiàng)目中，柔性架構(gòu)開發(fā)策略還會(huì)受到車型產(chǎn)量安排、產(chǎn)地分布規(guī)劃、物流策略、生產(chǎn)設(shè)備投資及采購(gòu)分包定點(diǎn)策略等多方面因素的影響。需要平衡各方需求，方能實(shí)現(xiàn)控制成本、快速響應(yīng)市場(chǎng)變化及提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。