邱興發(fā)　任佳智

摘 要：車身主斷面設(shè)計(jì)是新車型開發(fā)中一個(gè)重要的流程，是車身工程可行性分析的重要手段，也是指導(dǎo)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。本文簡要分析了主斷面的分類方法，系統(tǒng)闡述了車身主斷面的設(shè)計(jì)方法，并論述了車身主斷面設(shè)計(jì)性能分析方法的重要性。在車身主斷面設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能分析，能夠有效地避免設(shè)計(jì)完成后的返工，而且通過性能分析能夠找出車身主斷面設(shè)計(jì)中的不足，從而優(yōu)化和完善車身主斷面設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：車身 主斷面 設(shè)計(jì)方法 性能分析

Research on Design Method of Main Section of Body

Qiu Xingfa，Ren Jiazhi

Abstract：The design of the main section of the body is an important process in the development of new models. It is an important means of feasibility analysis of body engineering and an important basis for guiding the design of body structure. This article briefly analyzes the classification method of the main section， systematically explains the design method of the main section of the car body， and discusses the importance of the performance analysis method of the main section of the car body. Performing structural performance analysis during the design of the main section of the car body can effectively avoid rework after the design is completed， and through performance analysis， the shortcomings in the design of the main section of the car body can be found， to optimize and perfect the design of the main section of the car body.

Key words：car body， main section， design method， performance analysis

車身主斷面是指能反映出車身主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要斷面。主斷面決定了車身主要零部件的結(jié)構(gòu)形式及其裝配關(guān)系，并且能反映出零件間的公差與配合以及車身法規(guī)符合性等信息。車身主斷面主要包括了內(nèi)外飾件、外車身覆蓋件以及相關(guān)電器元件等斷面。車身斷面設(shè)計(jì)作為汽車設(shè)計(jì)過的重要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其貫穿模型制作到車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的全過程，是指導(dǎo)車身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。車身主斷面實(shí)際質(zhì)量更是直接影響著整車的制造質(zhì)量、外觀視感、用戶體驗(yàn)等多個(gè)方面。本文簡要概述了車身主斷面的主要分類，重點(diǎn)闡述了車身主斷面設(shè)計(jì)方法和車身主斷面性能設(shè)計(jì)分析方法，為車輛工程人員論述了車身主斷面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論。

1 主斷面主要分類方式

目前，主斷面的分類依據(jù)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即根據(jù)斷面的重要程度進(jìn)行分類，根據(jù)斷面的基本功用進(jìn)行分類，以及根據(jù)斷面在整車的系統(tǒng)不同進(jìn)行分類。

1.1 按斷面的重要程度分類

根據(jù)斷面的重要程度將主斷面分為兩類。第一類是車身結(jié)構(gòu)主斷面，此類主斷面能夠表明車身的運(yùn)動關(guān)系和主要承載結(jié)構(gòu)，而且可以展示出車身密封結(jié)構(gòu)，例如密封結(jié)構(gòu)的斷面、門檻梁的結(jié)構(gòu)斷面以及A、B、C、D柱的結(jié)構(gòu)斷面等。第二類是車身結(jié)構(gòu)輔助斷面，能夠表明車身各個(gè)零部件之間的匹配關(guān)系以及各個(gè)零部件自身結(jié)構(gòu)的斷面，例如地板梁結(jié)構(gòu)斷面、地板梁與地板間的結(jié)構(gòu)段面等。

1.2 按斷面的基本功用分類

主斷面按照斷面的基本功用可以分為三類，分別是零件結(jié)構(gòu)斷面、焊接結(jié)構(gòu)斷面以及裝配結(jié)構(gòu)斷面。零件結(jié)構(gòu)斷面主要是指能夠展示出零件尺寸、大小、形狀的斷面。根據(jù)該類斷面的斷面線能夠完成正向設(shè)計(jì)（零件基本建模）或逆向設(shè)計(jì)（參考校核設(shè)計(jì)）。焊接結(jié)構(gòu)斷面是指能夠闡明零部件間焊接匹配關(guān)系的斷面。根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)斷面能夠完成各個(gè)具體零部件的理論設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，從而可以明確各零件的具體邊界尺寸，進(jìn)而完成零件尺寸和形狀設(shè)計(jì)。裝配結(jié)構(gòu)斷面是指能夠?qū)⒘慵g裝配關(guān)系表明清楚的結(jié)構(gòu)斷面。該類斷面主要用于運(yùn)動關(guān)系、間隙尺寸和密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在車身設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮三種類型的斷面，使得各個(gè)零部件能夠合理匹配，形成最優(yōu)設(shè)計(jì)。

1.3 按斷面所在系統(tǒng)不同分類

根據(jù)斷面在整車系統(tǒng)的位置不同，主斷面可以分為三類：一是整車密封結(jié)構(gòu)斷面;二是內(nèi)外飾結(jié)構(gòu)斷面;三是車身鈑金結(jié)構(gòu)斷面。

一般來說，根據(jù)斷面的重要程度進(jìn)行分類的主斷面，通常稱為車身主斷面，主要用于車身重要位置結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)相關(guān)使用功能。

2 車身主斷面設(shè)計(jì)方法

2.1 車身主斷面設(shè)計(jì)原則

車身整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于車身主斷面的設(shè)計(jì)，而車身主斷面設(shè)計(jì)主要須遵循以下幾個(gè)原則：一是參考成熟車型，通過深入分析成熟車型的主斷面結(jié)構(gòu)，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于新車車身主斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中;二是符合通用性原則，車身主斷面設(shè)計(jì)不能完全是脫離行業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要滿足行業(yè)內(nèi)一些通用的基本準(zhǔn)則;三是遵循國家標(biāo)準(zhǔn)，車身主斷面設(shè)計(jì)應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行設(shè)計(jì);四是符合實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)條件，根據(jù)所在汽車企業(yè)的制造能力和技術(shù)條件進(jìn)行設(shè)計(jì);五是滿足人機(jī)工程和總布置等要求。

2.2 車身主斷面設(shè)計(jì)輸入條件

車身主斷面設(shè)計(jì)的輸入條件較多，主要包括以下幾個(gè)方面：一是輸入整車研發(fā)資料，包括開發(fā)方案、立項(xiàng)建議書、項(xiàng)目計(jì)劃書等;二是輸入樣車的整體資料，包括樣車的整體性能參數(shù)以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)資料;三是車身主斷面的設(shè)計(jì)規(guī)范及要求;四是輸入其他典型車輛的車身主斷面結(jié)構(gòu)、性能等數(shù)據(jù);五是輸入借用件或沿用件的相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);六是輸入國家法規(guī)要求和行業(yè)內(nèi)通用性原則。

2.3 車身主斷面設(shè)計(jì)流程

2.3.1 正向設(shè)計(jì)

車身主斷面正向設(shè)計(jì)一般是按照設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理論知識，以及結(jié)合車身主斷面設(shè)計(jì)規(guī)范和參考模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行車身主斷面有限元模型設(shè)計(jì)。對于該有限元模型，從主斷面的截面面積、彈性模量、慣性矩等多方面參數(shù)進(jìn)行有限元分析，之后利用分析數(shù)據(jù)對有限元模型進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最優(yōu)車身主斷面。

2.3.2 逆向設(shè)計(jì)

車身主斷面逆向設(shè)計(jì)流程具體如下：第一，選擇合適的樣車作為參考車型，制作油泥模型。合適的樣車能夠?yàn)樾萝囓嚿碇鲾嗝嬖O(shè)計(jì)帶來諸多便利。設(shè)計(jì)者可以針對樣車進(jìn)行車身主斷面分析，進(jìn)行逆向建模，分析樣車的各種性能，對于不足之處進(jìn)行設(shè)計(jì)強(qiáng)化，形成油泥模型。車身主斷面的設(shè)計(jì)就是始于車身油泥模型的制作。第二，測試模型數(shù)據(jù)，形成初步的新車主斷面。測量車身油泥模型的相關(guān)數(shù)據(jù)，借助這些數(shù)據(jù)對車身外形進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，從而形成了新車的車身主斷面。第三，建立、分析和優(yōu)化車身三維結(jié)構(gòu)模型，形成最終的車身主斷面。以初步建立的新車車身主斷面作為依據(jù)進(jìn)行車身三維結(jié)構(gòu)建模，并對車身三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程性分析，同時(shí)對車身的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和完善，最終形成了新車車身三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，得到了最終的車身主斷面。

3 車身主斷面設(shè)計(jì)性能分析方法

3.1 車身主斷面主要性能參數(shù)

車身結(jié)構(gòu)屬于空間板殼結(jié)構(gòu)，可以利用正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出新車的車身主斷面。而在車身主斷面設(shè)計(jì)的全過程都伴隨著性能分析，對車身主斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證、測試、完善，以保證車身的剛度、強(qiáng)度等性能指標(biāo)滿足用戶需求。在設(shè)計(jì)過程中，對車身主斷面進(jìn)行系統(tǒng)性分析和核驗(yàn)，可以避免在形成最終車身主斷面時(shí)進(jìn)行不必要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改。對于車身主斷面來說，主要的性能分析指標(biāo)較多，本文對主要關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理，形成了車身主斷面主要性能參數(shù)表，如表1所示。

3.2 車身主斷面設(shè)計(jì)性能分析步驟

車身主斷面設(shè)計(jì)性能分析十分重要，對于車身主斷面設(shè)計(jì)完成質(zhì)量的影響較大。因此，車身主斷面設(shè)計(jì)工程師應(yīng)注重設(shè)計(jì)過程中對斷面性能的分析，把握關(guān)鍵因素，有條不紊地進(jìn)行車身主斷面設(shè)計(jì)過程。以車身主斷面逆向設(shè)計(jì)方法為例，車身主斷面設(shè)計(jì)性能分析主要分為以下三個(gè)步驟：第一，對所選取的標(biāo)桿樣車中對車身結(jié)構(gòu)影響較大的主要主斷面進(jìn)行性能分析，如門檻、上邊梁、ABC柱等部位，進(jìn)而利用這些性能分析數(shù)據(jù)建立初步的模型;第二，對于初步設(shè)計(jì)的主斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能測試，然后對性能測試數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)性分析;第三，通過對比分析車身主斷面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)，找出設(shè)計(jì)中存在的結(jié)構(gòu)缺陷，并進(jìn)行針對性地改進(jìn)和完善，從而得到最優(yōu)的車身主斷面。車身主斷面設(shè)計(jì)全程應(yīng)伴隨著結(jié)構(gòu)性能的分析，利用上述性能分析步驟初步檢驗(yàn)車身結(jié)構(gòu)性能的好壞，避免后續(xù)的返工，同時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題能夠及時(shí)地提出解決方案，優(yōu)化車身主斷面設(shè)計(jì)，以此提升車身主斷面性能設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)能夠減少車身主斷面設(shè)計(jì)后續(xù)的驗(yàn)證分析，從而縮短整體的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期。

4 結(jié)語

車身主斷面是車身結(jié)構(gòu)的重要斷面，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于整車的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。車身主斷面根據(jù)斷面的重要程度進(jìn)行分類，用于車身重要位置結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)相關(guān)使用功能。車身主斷面設(shè)計(jì)方法一般分為正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)，主要遵循以下五個(gè)原則：一是參考成熟車型，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn);二是符合通用性原則，滿足行業(yè)內(nèi)通用準(zhǔn)則;三是遵循國家標(biāo)準(zhǔn)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行設(shè)計(jì);四是符合實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)條件;五是滿足人機(jī)工程和總布置等要求。正向設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，而逆向設(shè)計(jì)則是以所選樣車的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。而在設(shè)計(jì)過程中，車身主斷面設(shè)計(jì)性能分析方法至關(guān)重要，能夠有效地提升車身主斷面設(shè)計(jì)質(zhì)量，主要分為以下三個(gè)步驟：第一，對所選取的標(biāo)桿樣車中對車身結(jié)構(gòu)影響較大的主要主斷面進(jìn)行性能分析;第二，對初步設(shè)計(jì)的主斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能測試;第三，通過對比分析車身主斷面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)，進(jìn)行針對性地改進(jìn)和完善。

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