謝鋒 陳東 羅培鋒 楊宏 鐘建強 陳仲澤

廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院 廣東 廣州 511434

前言

為提升乘用車節(jié)能水平，加快發(fā)展新能源汽車，緩解能源和環(huán)境壓力，建立節(jié)能與新能源汽車市場化發(fā)展長效機制，國家已于2018年發(fā)布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，旨在鼓勵企業(yè)加快新能源汽車的發(fā)展，最終實現(xiàn)節(jié)能減排。隨著國家政策的鼓勵支持、充電等配套設(shè)施的不斷完善，電動車市場將日趨成熟。

電動車發(fā)展初期，各企業(yè)為降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期，大部分選擇基于燃油車平臺通過適應(yīng)性匹配修改開發(fā)電動車。而純電動車是集智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化、輕量化等技術(shù)于一身的功能性產(chǎn)品，受制于燃油車布置、性能等影響以及電動車的專有特點和專用系統(tǒng)要求，基于燃油車車身平臺架構(gòu)已不利于電動車的布置和性能提升。

目前，國內(nèi)對傳統(tǒng)燃油車車身平臺化、模塊化已開展了大量的研究[1-5]，為整車企業(yè)縮短開發(fā)周期和降低成本提供了有效的理論支撐。而對于電動車平臺架構(gòu)的研究目前尚處于前期探索階段。

本文簡述了廣汽電動車車身平臺架構(gòu)的發(fā)展趨勢，提出了新一代電動車鋼鋁混合車身跨平臺架構(gòu)。此車身架構(gòu)覆蓋從A級到B級車型的模塊套件矩陣，在達(dá)到高性能、輕量化的同時，最大化提升了布置自由度和乘員空間。建立了廣汽自主的電動鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身體系架構(gòu)并實現(xiàn)車型的投產(chǎn)和上市，正逐步取得良好的經(jīng)濟效益。

1 廣汽電動車車身平臺架構(gòu)發(fā)展概述

目前電動車平臺架構(gòu)主要分為兩類，一是與傳統(tǒng)車共平臺-AEP(Adapted Electric Platform)；一是電動車專有平臺-NEP(New Electric Platform)。

廣汽電動車平臺架構(gòu)發(fā)展經(jīng)歷了從AEP到NEP的過程。第一代廣汽電動車平臺架構(gòu)（簡稱GEPGAC Electric Platform）即是從廣汽傳統(tǒng)燃油車平臺架構(gòu)G-CPMA[6]根據(jù)電動車專有特點，適應(yīng)性匹配調(diào)整發(fā)展而來。而車身跨平臺模塊化共享架構(gòu)是基于GEP的子系統(tǒng)，是其重要構(gòu)成的部分—車身模塊套件。其發(fā)展歷程為：

GEP第一代電動車車身平臺架構(gòu)，如圖1所示：采用電動車與燃油車共平臺（沿用G-CPMA平臺架構(gòu)），其相比燃油車需要適應(yīng)性修改圖中深色區(qū)域零件來滿足電池包安裝。

圖1 GEP第一代電動車車身平臺架構(gòu)

GEP 1.0第二代電動車鋼制車身平臺架構(gòu)，如圖2所示：根據(jù)電動車專用特點和專用系統(tǒng)全新開發(fā)。車身主體結(jié)構(gòu)采用鋼制材料，前防撞梁采用鋁合金。采用前地板縱梁外擴、中地板上抬且扁平化設(shè)計以滿足大容量電池包安裝。

圖2 GEP 1.0第二代電動車鋼制車身平臺架構(gòu)

GEP 2.0第二代電動車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺架構(gòu)，如圖3所示：在GEP1.0第二代電動車車身平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行全新升級，車身采用全新的鋼鋁混合結(jié)構(gòu)，車身框架匹配全新的扁平化電池包設(shè)計，達(dá)到高拓展性、高性能、輕量化的要求。

圖3 GEP 2.0第二代電動車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺架構(gòu)

2 電動車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身平臺架構(gòu)

廣汽跨平臺模塊化系統(tǒng)架構(gòu)G-CPMA是在傳統(tǒng)的平臺共享技術(shù)演變而來，圖4為演變示意圖。通過對整車、各系統(tǒng)、各功能模塊及其關(guān)鍵和共性技術(shù)的正向研發(fā)，系統(tǒng)化地形成跨各車型級別/種類可復(fù)用的成套領(lǐng)域知識、技術(shù)與流程，形成跨車型級別/種類通用共享的標(biāo)準(zhǔn)化零部件模塊矩陣及相應(yīng)工藝，打造跨平臺、模塊化、可靈活拓展、共線生產(chǎn)的體系架構(gòu)[6]。

圖4 從傳統(tǒng)平臺共享技術(shù)向G-CPMA技術(shù)演進(jìn)的示意圖

廣汽電動車平臺架構(gòu)（GEP）繼承了G-CPMA的核心理念與體系架構(gòu)策略，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電動車專有特點和專用系統(tǒng)要求，對總布置進(jìn)行升級優(yōu)化，對底盤模塊、新能源模塊（三電模塊、動力電池模塊等）、電子電器模塊、智能網(wǎng)聯(lián)模塊、車身模塊等架構(gòu)子系統(tǒng)模塊進(jìn)行全面調(diào)整升級而來。

全新的GEP 2.0電動車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺架構(gòu)是在繼承和升級的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)最大化成員艙空間，高拓展性、高性能、輕量化的車身平臺架構(gòu)理念。滿足平臺產(chǎn)品（整車）要求，在達(dá)成零件共用化及產(chǎn)品個性化最優(yōu)平衡點的同時，最終達(dá)到降低成本、縮短開發(fā)周期的目的。

3 電動車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身架構(gòu)技術(shù)

根據(jù)對電動車發(fā)展趨勢和專有系統(tǒng)特點的研究，通過設(shè)計、仿真、試驗三位一體的研究手段，開展了電動車車身平臺架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)。提出了廣汽電動車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺架構(gòu)：其采用統(tǒng)一的承載式模塊化車身平臺架構(gòu)，下車體采用整體式框架結(jié)構(gòu)，車型拓展覆蓋SedanSUVMPV三種類型；此架構(gòu)包含EV2和EV3兩個子平臺，每個子平臺采用統(tǒng)一的模塊劃分方式。EV2平臺拓展以車型B為基礎(chǔ)向上向下進(jìn)行拓展，EV3平臺以車型D為基礎(chǔ)向上進(jìn)行拓展。

圖5 GEP車身跨平臺架構(gòu)示意

車身跨平臺共享架構(gòu)的核心在于保證不同子平臺的車身框架架構(gòu)的一致性以及子平臺各模塊劃分的統(tǒng)一性。在此基礎(chǔ)上重點提高子平臺內(nèi)各車型之間各模塊之間的零部件通用化率。

3.1 車身跨平臺架構(gòu)設(shè)計策略

同架構(gòu)的目的就是要保證車身主體框架結(jié)構(gòu)相同，以保證車身主要性能（包含碰撞、NVH、剛強度、疲勞等）滿足設(shè)計要求。從而達(dá)到減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本的目的。但不同平臺由于車身軸距、輪距不同；整車重量和整車尺寸的差異；車身輕量化、整車?yán)m(xù)航里程要求不同；不同級別車型產(chǎn)品定位以及布置的差異等都對車身的跨平臺架構(gòu)設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

車身跨平臺架構(gòu)主要體現(xiàn)于下車體，下車體平臺主要由機艙模塊、前地板模塊、后地板模塊組成。因此在保證不同平臺架構(gòu)相同的前提下，主要通過調(diào)整各模塊局部結(jié)構(gòu)來達(dá)到跨平臺同架構(gòu)的目的。圖6和圖7展示了車身在滿足不同車型需要時，車身結(jié)構(gòu)變化的總體思路。

圖6 GEP車型拓展示意

圖7 GEP車身下車體架構(gòu)拓展示意

電動鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身平臺架構(gòu)的核心理念為：

（1）在整車尺寸一定的前提下，采用短前懸、短后懸技術(shù)，使整車軸距最大化，從而最大化乘員艙空間和動力電池布置空間；

（2）前輪心到油門踏板間距和后座椅到后輪心間距采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，減少車身改動量，保證平臺化中的各種車型都能得到優(yōu)秀的乘員艙空間，同時滿足動力總成與底盤的平臺化；

（3）通過前地板的長度來實現(xiàn)軸距變化，設(shè)計過程中通過前地板切邊工藝實現(xiàn)地板的最大化通用；

（4）下車體采用鑄鋁鋁合金和擠出鋁合金型材形成下車體整體框架結(jié)構(gòu)。

3.2 鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺架構(gòu)開發(fā)

廣汽第二代鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺架構(gòu)在綜合研究了電動車的布置特點、專有系統(tǒng)特點，結(jié)合高拓展性、高性能、輕量化的設(shè)計理念要求，此車身跨平臺架構(gòu)采用統(tǒng)一的車身材料策略，定義為上鋼下鋁結(jié)構(gòu)（上車體鋼制材料、下車體鋁制材料）。下車體框架采用鑄鋁、擠壓鋁形成完整的框架結(jié)構(gòu)，面板采用沖壓鋁板工藝。如圖8：

圖8 GEP車身材料定義示意

鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身涉及到多種連接形式，主要包括鋼點焊、鋁點焊、鉚接（SPR）、流鉆螺釘（FDS）、結(jié)構(gòu)膠、CMT、螺接等。

圖9 GEP車身多種連接方式定義示意

同架構(gòu)不同平臺車型采用統(tǒng)一的下車體架構(gòu)和碰撞傳力路徑，以保證車身整體框架性能。如圖10所示：上圖為EV3平臺基礎(chǔ)車型，下圖為EV2平臺基礎(chǔ)車型，具有相同的車身架構(gòu)、碰撞傳力路徑和材料策略定義。

圖10 GEP車身下車體架構(gòu)

下車體底部采用全新的“雙人”字型傳力路徑，鑄鋁和擠壓鋁合金形成的網(wǎng)格化乘員艙框架和“目”字型后排座椅安裝框架，實現(xiàn)地板扁平化設(shè)計的同時，更好的保護(hù)碰撞過程中乘員安全。

圖11 GEP鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身下車體架構(gòu)特點

機艙模塊在拓展過程中主要需要考慮不同動力系統(tǒng)（電機系統(tǒng)、氫燃料電池系統(tǒng)等）、不同底盤懸架形式、不同輪胎包絡(luò)的影響。而同架構(gòu)下的底盤副車架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需保證與車身接口一致，以最大限度實現(xiàn)車身零件共用。

圖12所示為不同動力系統(tǒng)安裝點車身對應(yīng)方案。動力系統(tǒng)及相關(guān)控制器通過組合支架集成一起安裝于車身縱梁。左圖中為某電動車型組合支架安裝點，右圖為某燃料電池車型組合支架安裝點。只需調(diào)整加強件在機艙縱梁內(nèi)部前后位置和縱梁安裝孔位置即可實現(xiàn)不同動力系統(tǒng)的安裝。機艙總成基本共用，組合支架加強件擠壓模具共用，根據(jù)需求調(diào)整加強件長度即可。

圖12 純電動車型（左）和燃料電池車型（右）

對于前地板模塊，基于平臺考慮，保證前排座椅橫梁位置基本不變，另外考慮平臺的通用化要求，前地板采用分塊形式，座椅橫梁采用主體橫梁加兩側(cè)連接板形式，更好的解決平臺車型Y向拓展需求。比如：可以通過左/右門檻和座椅橫梁連接板（圖13中深色零件）的調(diào)整來滿足車型輪距調(diào)整。

圖13 前地板分塊和拓展策略示意

前地板模塊布置上相比傳統(tǒng)燃油車來說，無排氣管，傳動軸等布置，考慮電動車電池包安裝特點，前地板采用扁平化設(shè)計，更好的滿足電池包安裝。

圖14 前地板扁平化結(jié)構(gòu)

安裝于前地板模塊正下方的動力電池采用扁平化設(shè)計，不同容量的電池包拓展采用X向增加模組實現(xiàn)，而安裝點采用縱向布置，安裝于車身左右門檻和中通道，安裝點不受動力電池模組、車身橫梁布置影響，并且車身中通道、門檻采用鋁合金擠壓型材，不同動力電池包安裝點位置的調(diào)整只需要更改安裝孔機加工程序即可實現(xiàn)。從而達(dá)到高拓展性的車身結(jié)構(gòu)（不同軸距/輪距）要求，見圖15。

圖15 高拓展性動力電池安裝結(jié)構(gòu)

后地板模塊拓展中主要涉及到不同后懸結(jié)構(gòu)形式，兩驅(qū)四驅(qū)車型的切換、后懸長度切換等。對于后懸結(jié)構(gòu)，由于后地板采用鋁合金結(jié)構(gòu)，后縱梁采用鋁合金鑄件，因此只能通過切換左/右后縱梁本體來實現(xiàn)，前期平臺研究中即考慮扭力梁懸架和三連桿（或多連桿）懸架底盤邊界。保證后地板模塊主要間隙滿足布置間隙要求，通過切換后縱梁來滿足不同懸架拓展要求，見圖16。

圖16 后地板不同懸架切換示意

對于EV3平臺車型，為滿足高性能需求，前期已同步考慮四驅(qū)車型定義，針對兩驅(qū)四驅(qū)車型切換，后地板區(qū)域需考慮后電機布置影響。為平衡離地間隙與行李箱空間需求。主要有兩種方案，第一種方案為：采用同一套后地板結(jié)構(gòu)，兩驅(qū)車型地板面高度抬高至四驅(qū)車型一致，此方案減少了后地板模塊數(shù)量，降低開發(fā)和采購成本，但此方案會犧牲兩驅(qū)行李箱空間；第二種方案為：采用兩套地板，后地板整體結(jié)構(gòu)沿用，通過切換后地板面板和備胎橫梁來實現(xiàn)兩驅(qū)四驅(qū)車型的切換，此方案增加了后地板模塊數(shù)量，但提升了兩驅(qū)行李箱空間。

本平臺架構(gòu)的后地板兩驅(qū)四驅(qū)車型切換，考慮最大化兩驅(qū)行李箱空間，采用方案二，即通過切換后地板面板和備胎橫梁來實現(xiàn)。如圖17深色零件：

圖17 后地板兩驅(qū)四驅(qū)切換示意

GEP 2.0第二代電動車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺架構(gòu)為全新的鋼鋁混合（上鋼下鋁）結(jié)構(gòu)。為最大限度減少生產(chǎn)投入成本，以及綜合考慮低成本電動車車型需求，需要保證與GEP 1.0第二代電動車鋼制車身平臺架構(gòu)共線生產(chǎn)。通過全新的鋼鋁車身柔性工廠設(shè)計，應(yīng)用柔性定位系統(tǒng)與快速切換技術(shù)，實現(xiàn)6車型鋼/鋁車身生產(chǎn)工藝1分鐘快速切換。同時為適應(yīng)未來鋁合金等輕量化材料的應(yīng)用，在規(guī)劃之初同步考慮鋼制車身、鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身生產(chǎn)，預(yù)留全鋁車身布局空間。目前焊裝生產(chǎn)線布局采用鋼制下車體線、鋁制下車體線兩條下車體焊接線，而上車體線和白車身總拼線采用共線形式。見圖18：

圖18 鋼鋁車身柔性工廠布局示意

由于下車體整體采用鋁合金材料，為滿足白車身總拼時與鋼制車身共線生產(chǎn)，通過下車體與上車體連接部位采用鋼制材料過渡來實現(xiàn)。而門洞區(qū)域和門檻下部區(qū)域采用鉚接連接，為實現(xiàn)總拼過程中部分連接區(qū)域同時存在鋼點焊和鉚接工藝。首創(chuàng)鉚接及點焊切換技術(shù)及“鋼鋁混合”生產(chǎn)線。而總拼中門檻下部區(qū)域的流鉆螺釘（FDS）連接工藝則在總拼增打工位實現(xiàn)，見圖19。從而實現(xiàn)鋼鋁混合車身與鋼制車身的共線生產(chǎn)。

圖19 鋼制車身和鋼鋁混合車身總拼共線示意

4 總結(jié)

本文簡述了廣汽電動車車身平臺架構(gòu)的發(fā)展趨勢，提出了新一代電動車鋼鋁混合車身跨平臺架構(gòu)，此車身架構(gòu)覆蓋從A級到B級車型的模塊套件矩陣，詳細(xì)說明了鋼鋁混合車身跨平臺架構(gòu)的設(shè)計策略、框架定義、材料定義、各模塊拓展策略、共線生產(chǎn)策略等，其下車體零件數(shù)量相比鋼制車身架構(gòu)減少約46%，重量降低25%左右。在達(dá)到高性能、輕量化的同時，最大化提升了乘員空間和布置自由度。

建立了廣汽自主的電動鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身體系架構(gòu)并實現(xiàn)車型的投產(chǎn)和上市，正逐步取得良好的經(jīng)濟效益。也為后續(xù)更多電動車型的開發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，對縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本有著重要的意義。