房長(zhǎng)江，艾青牧，王三琴，付佳，王錚，裴浩凱，陳寶成

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汽車車身系統(tǒng)開發(fā)概述與展望

房長(zhǎng)江1，艾青牧2，王三琴1，付佳1，王錚3，裴浩凱1，陳寶成4

（1.博坦德工業(yè)工程技術(shù)（上海）有限公司長(zhǎng)春分公司，吉林 長(zhǎng)春 130013； 2.中國(guó)航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；3.上海埃維汽車技術(shù)股份有限公司，上海 201805； 4.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所，黑龍江 哈爾濱 150001）

汽車車身系統(tǒng)的主要作用是保護(hù)駕乘人員安全以及構(gòu)建良好的空氣力學(xué)環(huán)境。在汽車新車型的開發(fā)過程中，車身系統(tǒng)是直接影響設(shè)計(jì)成功與否的重要因素。車身系統(tǒng)要求具有很高的防撞抗沖擊能力，以及高度的清潔性、舒適性和智能性，本文主要從車身系統(tǒng)的開發(fā)流程及技術(shù)展望兩個(gè)方面進(jìn)行論述。

車身系統(tǒng)；開發(fā)流程；技術(shù)展望

前言

汽車車身系統(tǒng)主要包括下車身系統(tǒng)和上車身系統(tǒng)兩個(gè)部分。下車身系統(tǒng)又稱車體平臺(tái)，由前艙系統(tǒng)、地板系統(tǒng)和后圍系統(tǒng)構(gòu)成；上車身系統(tǒng)則主要由左右側(cè)圍系統(tǒng)和頂蓋系統(tǒng)構(gòu)成。車身系統(tǒng)是整車的重要組成部分，其具有堅(jiān)固性、穩(wěn)定性、舒適性和密封性等方面的特點(diǎn)。因此，對(duì)汽車車身系統(tǒng)的開發(fā)流程和技術(shù)展望進(jìn)行研究，對(duì)于提升汽車的整體品質(zhì)有著十分重要的意義。

1 開發(fā)流程

汽車車身系統(tǒng)的開發(fā)流程，大致可分為前期策劃、工程設(shè)計(jì)、實(shí)車驗(yàn)證、產(chǎn)品定型等四個(gè)階段。

1.1 前期策劃階段

在該階段，主要通過市場(chǎng)調(diào)研對(duì)相關(guān)的市場(chǎng)信息進(jìn)行系統(tǒng)的收集、整理、紀(jì)錄和分析，可以了解和掌握消費(fèi)者的汽車消費(fèi)趨勢(shì)、消費(fèi)偏好和消費(fèi)要求的變化，確定顧客對(duì)新的汽車產(chǎn)品是否有需求，或者是否有潛在的需求等待開發(fā)，然后根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，總結(jié)出科學(xué)可靠的市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告，為企業(yè)決策者的新車型研發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃，提供科學(xué)合理的參考與建議。

而項(xiàng)目可行性分析是在市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告生成項(xiàng)目建議書，進(jìn)一步明確汽車形式以及市場(chǎng)目標(biāo)?？尚行苑治霭ㄍ獠康恼叻ㄒ?guī)分析、以及內(nèi)部的自身資源和研發(fā)能力的分析，包括車身設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)以及成本等方面的內(nèi)容。在完成可行性分析后，就可以對(duì)新車型的車身設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行初步的設(shè)定，設(shè)定的內(nèi)容包括車身結(jié)構(gòu)形式及強(qiáng)度剛度等要求。

1.2 工程設(shè)計(jì)階段

工程設(shè)計(jì)階段又分為車身概念數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段、車身工藝數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段、車身開模數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段。

1.2.1車身概念數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段

一般車身的概念設(shè)計(jì)主要工作包括造型可行性分析、主斷面設(shè)計(jì)、車身三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、焊接順序定義和NVH方案定義，當(dāng)然也需要進(jìn)行SE協(xié)同設(shè)計(jì)，首輪CAE分析也是在此階段開始的。

1.2.2車身工藝數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段

該階段的主要工作是基于CAE和SE等部門的第一輪問題反饋，對(duì)車身三維數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷優(yōu)化，使之盡可能的滿足沖壓工藝、焊裝工藝、涂裝工藝和總裝工藝要求。如定義車身零件的沖壓角度，設(shè)定有效焊接邊的距離，預(yù)留涂裝漏液孔，校核總裝工具的裝配空間等內(nèi)容。

1.2.3車身開模數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段

車身開模數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段是在工藝數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段完成的車身三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)其他專業(yè)設(shè)計(jì)條件的輸入、結(jié)合第二輪CAE分析的報(bào)告和供應(yīng)商沖壓分析報(bào)告進(jìn)行的詳細(xì)三維數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)工作。

開模數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)完成后發(fā)布給供應(yīng)商開展試制工作，同時(shí)CAE部門會(huì)將最后一輪的分析網(wǎng)格數(shù)據(jù)共享給整車安全部門進(jìn)行整車碰撞分析工作。目的是檢驗(yàn)本輪數(shù)據(jù)是否滿足《乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)》和《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》的要求。分析模型包括白車身、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李艙蓋、動(dòng)力總成、前懸置、后懸置、座椅、假人等。

1.3 實(shí)車驗(yàn)證階段

實(shí)車驗(yàn)證包括兩個(gè)重要組成部分，樣車裝配和試驗(yàn)驗(yàn)證。

樣車裝配過程中，可以對(duì)車身系統(tǒng)的裝配關(guān)系、運(yùn)動(dòng)軌跡、公差設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行充分驗(yàn)證，這一階段出現(xiàn)的問題，都應(yīng)反饋回設(shè)計(jì)上進(jìn)行仔細(xì)檢查，由此判斷是設(shè)計(jì)問題、工藝問題還是質(zhì)量問題，從而進(jìn)行有目的性的整改。

車身系統(tǒng)的試驗(yàn)主要包括疲勞試驗(yàn)、剛度試驗(yàn)等臺(tái)架試驗(yàn)，以及作為整車的組成部分，進(jìn)行碰撞、NVH等試驗(yàn)。試驗(yàn)是對(duì)CAE分析結(jié)果的進(jìn)一步驗(yàn)證，同時(shí)也對(duì)工程設(shè)計(jì)、樣車裝配、零件質(zhì)量提出進(jìn)一步的改進(jìn)方向。

1.4 產(chǎn)品定型階段

經(jīng)過實(shí)車驗(yàn)證合格后的產(chǎn)品，隨著整車開發(fā)項(xiàng)目通過投產(chǎn)簽署，應(yīng)進(jìn)入產(chǎn)品定型階段。產(chǎn)品定型階段的工作主要包括數(shù)據(jù)歸檔、技術(shù)文件編制及歸檔等。

歸檔的數(shù)據(jù)包括主斷面圖、3D、2D、技術(shù)條件，應(yīng)按統(tǒng)一的要求進(jìn)行歸檔，并確保數(shù)據(jù)的可讀性和正確性。

2 車身系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)展望

車身系統(tǒng)對(duì)整車的性能有至關(guān)重要的作用，由于車身系統(tǒng)支撐著整車許多關(guān)鍵的總成和零部件，所以它的重量也是整車各大總成中最重的。鑒于車身系統(tǒng)對(duì)安全、室內(nèi)噪音和耐久的重要影響，我們對(duì)它的整體要求是在盡可能提升結(jié)構(gòu)性能的前提下，質(zhì)量最輕，質(zhì)量利用率最高和布置上的最大包容性。

2.1 籠式車身結(jié)構(gòu)

籠式車身結(jié)構(gòu)是指通過車身加強(qiáng)板彼此焊接把乘員艙構(gòu)造成一個(gè)類似于籠子的框架結(jié)構(gòu)。目前，籠式車身結(jié)構(gòu)當(dāng)以勞斯萊斯、奧迪A2為典范，它們都是采用鋁型材結(jié)合水注成型工藝或鉚接和激光焊接完成車身主體框架結(jié)構(gòu)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是車身安全性很高，因?yàn)闊o論從哪個(gè)方向來的沖擊，都會(huì)由整個(gè)籠子來承擔(dān)。除此以外，籠式車身結(jié)構(gòu)還擁有車身質(zhì)量輕、美觀等其他優(yōu)點(diǎn)。

2.2 車身輕量化

隨著節(jié)能和環(huán)保意識(shí)的提高，大量的新材料新工藝也在幫助車身降低重量。首先是高強(qiáng)鋼，通過提升鋼材的屈服強(qiáng)度，使同樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況下，車身結(jié)構(gòu)能夠吸收更多能量。

其次就是以鋁為代表的輕質(zhì)合金，采用鋁合金可以顯著的降低車身重量。

再次，碳纖維也已經(jīng)在車身上開始應(yīng)用了，寶馬最新的i3就采用了一個(gè)碳纖維的頂棚。此外還有很多塑料零件應(yīng)用于車身上，比如大眾系的車子都采用了塑料的前端水箱框架結(jié)構(gòu)，有些車子有GMT材料的后地板等等。

除了結(jié)構(gòu)件之外，還有很多新的技術(shù)被開發(fā)出來用于提升車身性能，降低車身重量，比如結(jié)構(gòu)膠，過去烘烤硬化結(jié)構(gòu)膠只在車身上有少量應(yīng)用，但是現(xiàn)在的趨勢(shì)是可以通過采用更多的結(jié)構(gòu)膠提升車身剛度性能，從而降低車身零件的重量。

2.3 夾層鋼板和LASD的應(yīng)用

成員艙內(nèi)的噪音一般由空氣傳播的噪音和結(jié)構(gòu)件被動(dòng)激勵(lì)產(chǎn)生的噪音組成。噪聲源一般是發(fā)動(dòng)機(jī)噪音、風(fēng)噪、路噪和輪胎噪音。

夾層鋼板采用兩層鋼板中間夾減振膠的三明治結(jié)構(gòu)，它對(duì)結(jié)構(gòu)噪音和空氣噪音都有良好的隔振效果，一般料厚為1.1mm，其中鋼板厚度為0.5mm，減振膠厚度0.1mm。但夾層鋼板不能用于具有A表面的零件和承載的結(jié)構(gòu)件，對(duì)焊接也有一定的局限性。目前僅用在通用凱迪拉克車身前艙隔板上。

LASD主要用于替代油漆車間涂裝的隔音墊和總裝車間粘的隔音墊。它對(duì)結(jié)構(gòu)噪音和空氣噪音有良好的隔振效果，尤其是對(duì)空氣噪音。該解決方案適用廣泛，但由于采用機(jī)器人噴涂，所以投資較高。

3 結(jié)論

近年來，我國(guó)的汽車車身系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但與汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大距離，特別是在新材料的研制和應(yīng)用、車身輕量化等方面還存在著很大的不足，今后，我們應(yīng)該更加重視對(duì)各類汽車車身產(chǎn)品資料的收集和分析，不斷消化和吸收，進(jìn)一步提升我國(guó)整車制造企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力。

[1] 羊拯民.汽車車身設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2] 吳亞良.現(xiàn)代轎車車身設(shè)計(jì)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1999.

The Introduction of automative body system devolopment and expectation

Fang Changjiang1, Ai Qingmu2, Wang Sanqin1, Fu Jia1, Wang Zheng3, Pei Haokai1, Chen Baocheng4

（1.Bertrandt Engineering Shanghai Co., Ltd. Changchun Branch, Jilin Changchun 130013; 2. Harbin Bearing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150025; 3. Shanghai IVY Auto Technology Co., Ltd, Shanghai 201805; 4.The 49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Heilongjiang Harbin 150001）

The main function of automobile body system is to protect the safety of the passenger and to build a good air mechanics environment. In the development of new car models, the body system is an important factor that directly influences the design success. Body system requirements of high collision impact resistant ability, and a high degree of clean, comfortable and intelligent, this article contains the body system development process and technical expectation.

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U463.8

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CLC NO.: U463.8

房長(zhǎng)江，民革成員，中級(jí)工程師，就職于博坦德工業(yè)工程技術(shù)（上海）有限公司長(zhǎng)春分公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.047