摘要：通過分析傳統(tǒng)分車型研發(fā)模式，引出基于SFE參數(shù)化建模的汽車新平臺(tái)開發(fā)。通過對(duì)標(biāo)標(biāo)桿車制訂新平臺(tái)剛度和模態(tài)性能指標(biāo)，準(zhǔn)備所需要的開發(fā)輸入，詳細(xì)介紹了新平臺(tái)模型搭建過程和方法。根據(jù)性能目標(biāo)對(duì)概念模型進(jìn)行多方案性能提升工作，通過框架布置、斷面尺寸調(diào)整、改變搭接方式等手段，在外造型凍結(jié)時(shí)刻同步使車身剛度模態(tài)性能達(dá)到目標(biāo)值。先期結(jié)構(gòu)性能材料一體化設(shè)計(jì)，大幅縮短開發(fā)周期，降低車型開發(fā)成本，提升性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：SFE參數(shù)化建模；先期設(shè)計(jì)；平臺(tái)化開發(fā)；剛度；模態(tài)

隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，傳統(tǒng)的分車型研發(fā)模式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)的需求，車身平臺(tái)化設(shè)計(jì)逐步成為趨勢(shì)。車身平臺(tái)化設(shè)計(jì)是在保證汽車設(shè)計(jì)多樣性和個(gè)性化等前提下，將多個(gè)車型進(jìn)行重新組合和加工，并形成一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)，降低車型開發(fā)成本，大幅縮短開發(fā)周期，同時(shí)支持深度定制等多個(gè)優(yōu)勢(shì)（見圖1）。

與傳統(tǒng)開發(fā)形式對(duì)比，車身平臺(tái)化設(shè)計(jì)可以讓主機(jī)廠更好地在鋅粉領(lǐng)域節(jié)省成本，提高效率，把有限的資源更好地應(yīng)用于核心技術(shù)和消費(fèi)者真正關(guān)心的點(diǎn)上，最終提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日漸加劇，由高速度發(fā)展轉(zhuǎn)為高品質(zhì)發(fā)展，車身設(shè)計(jì)研發(fā)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，車身開發(fā)要求產(chǎn)品平臺(tái)化、性能迭代化。車身材料結(jié)構(gòu)性能一體化設(shè)計(jì)技術(shù)是應(yīng)對(duì)各種需求的必要手段，是打造輕量化所需要擁有的核心能力。

基于SFE參數(shù)化建模的汽車新平臺(tái)開發(fā)流程

基于新車型開發(fā)，在概念設(shè)計(jì)階段，基于SFE參數(shù)化建模的汽車新平臺(tái)開發(fā)流程如下（見圖2）：

1.標(biāo)桿競(jìng)品分析

基于車身性能完成標(biāo)桿車的關(guān)鍵性能、框架、結(jié)構(gòu)、斷面、材質(zhì)等因素識(shí)別。

2.車身材料結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)設(shè)定

基于整車性能目標(biāo)，制定車身剛度、模態(tài)、碰撞和疲勞性能指標(biāo)。

3.車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化

1）參考標(biāo)桿車及數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）基于靜剛度的車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。

3）基于碰撞性能的車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。

4）基于多模型的車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。

4.斷面、接頭結(jié)構(gòu)初始方案設(shè)計(jì)

1）參考標(biāo)桿車及數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）2D斷面性能優(yōu)化。

3）接頭性能優(yōu)化。

4）關(guān)鍵碰撞材料結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化。

5.車身SFE全參數(shù)化模型設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化

1）車身全參數(shù)化模型建立。

2）SFE基礎(chǔ)模型剛度、模態(tài)、碰撞和疲勞性能分析。

3）車身剛度、模態(tài)性能的初步優(yōu)化。

4）車身碰撞、疲勞優(yōu)化。

6.白車身剛度、模態(tài)、碰撞、疲勞性能多目標(biāo)優(yōu)化

1）白車身剛度、模態(tài)、碰撞、疲勞結(jié)構(gòu)靈敏度分析和變量篩選，構(gòu)建近視模型。

2）車身性能多目標(biāo)優(yōu)化分析。

基于SFE參數(shù)化建模的汽車新平臺(tái)開發(fā)輸入

根據(jù)江淮汽車新X純電平臺(tái)電動(dòng)汽車下車體平臺(tái)項(xiàng)目定義，目前所研發(fā)的純電平臺(tái)電動(dòng)汽車以大眾和特斯拉為標(biāo)桿，打造長(zhǎng)軸距、短前后懸的電動(dòng)汽車平臺(tái)。

總布置分組給出了整車的尺寸和主體配置，車體分組完成了下車體平臺(tái)概念數(shù)據(jù)初稿與設(shè)計(jì)構(gòu)想書。先期分組根據(jù)以上信息，匹配該下車體概念數(shù)據(jù)搭建上車體框架，并進(jìn)行性能分析。車身具體性能見表1，車型參數(shù)見表2。

1.確定產(chǎn)品定位

電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)下車體設(shè)計(jì)考慮平臺(tái)化設(shè)計(jì)思路。下車體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下輸入：

1）滿足平臺(tái)車型的最大通用化設(shè)計(jì)。

2）滿足方形動(dòng)力電池的布置空間要求。

3）滿足碰撞以及人機(jī)要求，采用平前地板設(shè)計(jì)。

由于目前純電平臺(tái)項(xiàng)目沒有CAS輸入，因此主要通過產(chǎn)品定位來(lái)確定上車體框架的外CAS空間。

2.輸入車體設(shè)計(jì)構(gòu)想書

車體分組輸入的設(shè)計(jì)構(gòu)想書主要包括：下車體平臺(tái)的尺寸變動(dòng)方式、側(cè)圍總成的連接與分塊、局部結(jié)構(gòu)與總成的結(jié)構(gòu)特征等。例如全景天幕鈑金和玻璃的主要尺寸，門檻與側(cè)圍下部各個(gè)接頭的搭接方式，門檻內(nèi)部鋁合金填充件的典型斷面等。設(shè)計(jì)構(gòu)想書是搭建SFE上車體框架，以及上下車體連接的最重要參考資料（見圖3）。

基于SFE應(yīng)用的參數(shù)化混搭模型搭建

1.下車體SFE模型搭建

車體分組概念數(shù)據(jù)主要包括前圍、地板等蒙皮件；前縱梁、塔包、流水槽等發(fā)艙骨架件；前地板橫梁等連接件；后縱梁等后地板骨架件；以及A柱門檻、門檻內(nèi)板等上下車體的搭接邊界。同步輸入概念數(shù)據(jù)的材質(zhì)料厚（見表3）。

根據(jù)車體分組輸入的下車體概念數(shù)據(jù)臨摹SFE模型（見圖4）。在以下位置進(jìn)行了模型簡(jiǎn)化：

1）省略了前縱梁總成中塔包加載點(diǎn)之前的局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，如前縱梁內(nèi)部的加強(qiáng)板。

2）省略了前后防撞梁。

3）省略了下車體的局部安裝支架和用于提升局部面剛度的支撐板。

4）簡(jiǎn)化了局部形貌特征。

2.上車體框架搭建

根據(jù)純電平臺(tái)的車型定位（長(zhǎng)軸距短前后懸小型電動(dòng)汽車平臺(tái)）和標(biāo)桿選擇（大眾、特斯拉），從江淮SFE模型庫(kù)中選擇江淮基礎(chǔ)車型A、基礎(chǔ)車型B、基礎(chǔ)車型C、標(biāo)桿車型A、標(biāo)桿車型B、標(biāo)桿車型C這6款車型來(lái)進(jìn)行上車體的模塊化組合嫁接。

3.A柱搭建

依據(jù)車體設(shè)計(jì)構(gòu)想書，A柱鉸鏈柱采用途觀L結(jié)構(gòu)；下接頭與門檻的搭接方式采用標(biāo)桿車型C，側(cè)圍與前地板及前輪包的搭接形式采用標(biāo)桿車型A；A柱上部采用基礎(chǔ)車型A。在各模塊分塊位置采用共截面形式（見圖5）。

圖5 A柱SFE模型

4. B柱搭建

依據(jù)車體設(shè)計(jì)構(gòu)想書，B柱下接頭位置采用標(biāo)桿車型A；B柱中段及上接頭借用基礎(chǔ)車型A結(jié)構(gòu)。由于沒有車身布置方案，根據(jù)A柱門洞位置校核前排假人上車空間，并進(jìn)行B柱前后門洞線位置調(diào)整，從而確定B柱的X坐標(biāo)。B柱與下接頭采用共截面形式。

5.C柱搭建

依據(jù)車體概念設(shè)計(jì)構(gòu)想書，C柱整體采用基礎(chǔ)車型A結(jié)構(gòu)，并在下接頭與后縱梁搭接位置做適應(yīng)性匹配。同理，根據(jù)B柱位置校核后排假人上車空間，從而確定C柱的門洞線位置。根據(jù)后懸長(zhǎng)度計(jì)算輪胎位置和輪胎包絡(luò)，從而確定C柱下接頭的后部空間。

6.門檻填充

依據(jù)車體概念設(shè)計(jì)構(gòu)想書，門檻截面及搭接參照標(biāo)桿車型A，并同時(shí)在門檻內(nèi)部設(shè)計(jì)鋁合金填充結(jié)構(gòu)?？紤]到模具開發(fā)費(fèi)用，鋁合金件借用基礎(chǔ)車型B。由于為擠壓鋁工藝，因此長(zhǎng)度可根據(jù)純電平臺(tái)進(jìn)行適應(yīng)性匹配。鋁合金與門檻下止口及門檻加強(qiáng)板立面連接，同時(shí)注意避免四層焊問題（見圖6）。

7.后輪包選擇

由于純電平臺(tái)為短后懸設(shè)計(jì)，后輪包借用基礎(chǔ)車型C。后輪包內(nèi)板采用直接借用的方式，并根據(jù)后懸長(zhǎng)度調(diào)整與D柱連接的后焊接邊的X向位置。后輪包外板主要作用為連接內(nèi)板與側(cè)圍，因此先進(jìn)行后側(cè)圍拼接完成，最后再調(diào)節(jié)后輪包外板。

8.D柱搭建

依據(jù)車體概念設(shè)計(jì)構(gòu)想書，由于后輪包借用基礎(chǔ)車型C，因此D柱下接頭外輪廓采用基礎(chǔ)車型C，框架結(jié)構(gòu)及腔內(nèi)支撐和連接借用標(biāo)桿車型B。D柱及D柱上接頭借用標(biāo)桿車型B，整段D柱做過渡處理，保證D柱上下接頭連接光順。

9.后側(cè)蒙皮拼接

在C、D柱的框架結(jié)構(gòu)確定之后，自主制作后側(cè)圍內(nèi)外板以及后輪包外板蒙皮，來(lái)將后側(cè)圍整體框架連接完整（見圖7）。

10.頂蓋搭建

依據(jù)車體概念設(shè)計(jì)構(gòu)想書，頂蓋采用全景天魔形式。純電平臺(tái)借用標(biāo)桿車型A的全景天幕，并根據(jù)車輛高度和側(cè)圍框架，調(diào)整天幕的弧度和形貌。

11.模塊連接

側(cè)圍框架各模塊位置調(diào)整好后，對(duì)上下車體進(jìn)行連接處理，局部位置做形貌調(diào)整。在A柱與邊梁、C柱下接頭與后縱梁、D柱下接頭與后輪包等位置應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，并保證建模質(zhì)量（見圖8）。

圖8 整車SFE模型

整體模型搭建完成后，依照檢查表對(duì)模型的穩(wěn)定性、網(wǎng)格質(zhì)量、車身重量和焊點(diǎn)等方面進(jìn)行質(zhì)量檢查（見圖9）。

基于SFE應(yīng)用的參數(shù)化模型性能分析

1.模態(tài)分析

對(duì)搭建好的純電平臺(tái)車身進(jìn)行模態(tài)分析，并同步檢查模型連接性（見圖10）。其基頻為28.73Hz，高于標(biāo)桿車型A和標(biāo)桿車型B。目前該模型在A柱上部、C柱上接頭、前地板等位置的連接性稍弱，還有提升空間。

圖10 模態(tài)分析結(jié)果

2.扭轉(zhuǎn)剛度分析

對(duì)搭建好的純電平臺(tái)車身進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度分析（見圖11），結(jié)果為15 913N·m/°（見表4），高于標(biāo)桿車型A和標(biāo)桿車型B。后移可以同車體分組設(shè)計(jì)人員一同從結(jié)構(gòu)膠用量、框架截面調(diào)整、厚度優(yōu)化等角度進(jìn)行減重。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于SFE參數(shù)化建模的汽車新平臺(tái)開發(fā)流程，通過對(duì)標(biāo)制訂新平臺(tái)剛度和模態(tài)性能指標(biāo)，以及所需要的開發(fā)輸入，詳細(xì)介紹了新平臺(tái)模型搭建過程和方法。

根據(jù)性能目標(biāo)對(duì)概念模型進(jìn)行多方案性能提升工作，通過框架布置、斷面尺寸調(diào)整、改變搭接方式等手段，在外造型凍結(jié)時(shí)刻同步使車身剛度模態(tài)性能達(dá)到目標(biāo)值。先期結(jié)構(gòu)性能材料一體化設(shè)計(jì)，大幅縮短開發(fā)周期，降低車型開發(fā)成本，提升性能指標(biāo)。

基于SFE參數(shù)化建模的汽車新平臺(tái)開發(fā)應(yīng)用，可以指導(dǎo)新平臺(tái)開發(fā)前期結(jié)構(gòu)性能一體化設(shè)計(jì)。

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