车身平台升级中的工程技术研究

万小明 李文凤

摘要：随着社会的发展，强制性法规对车身强度要求越来越高，同时由于竞争的加剧，车身的成本必须比其他企业更有竞争力。一系列的因素导致，车身必须不断发展，加快发展。本文从车身平台设计、连接强度要求更新以及车身框架设计等几个方面，研究目前正在进行的车身工程技术研究进展。

关键词：车身;车平台化;连接强度标准;框架设计

中图分类号：U462

文献标识码：A

0引言

车身是长周期件，并且一个车身上的主要零部件、结构件要使用很多年，主体框架结构、关键骨架一般不会大动，这就要求我们在全新设计车身时，必须考虑车身的延续性、前瞻性和可扩展性，使得车身的使用寿命尽可能的长。而且，车身需要适应多动力系统，甚至是兼顾未来的新能源车型。

同时，在对已有车身进行改动时，尽量不对车身上的硬点和关键搭接件进行大的改动。硬点影响整个车的动态、NVH等关键属性，关键搭接件是整个车身的传力路径连接点，保证其强度才能不降低车身强度，所以不是万不得已，尽量不要改动。

另外，在更改的過程中要保持费用最低。由于车身改动而引起其他部位的更改尽可能小，改动小即可保证更改花费的投资少，新增成本低。而且由于更改范围小，车身工艺、设计等方面的稳健性更好，保证了车型工艺和性能的延续。

车身开发的要求明确了，但理论的更新是比较缓慢的，它有自身的发展规律和步骤，工程开发使用的理论最好是成熟和进过验证的理论。但在工程实践中，我们能够使用的工程技术常有哪些，怎么使用，需要不断地实践和总结。我们应当在不同项目和工程中积累经验，特别是要考虑企业自身的工艺技术水平和工程实际，不能照搬硬套，而是要灵活运用，举一反三。

1车身平台化工程设计

整车项目中的车身数量和种类应尽可能的少，这样可以增大单一车身的数量，摊薄制造和原材料成本，提高企业竞争力。一个项目中的车身一般不止一个，有很多种。每个车型一般有A柱、B柱、C柱，有些还有D柱、E柱等等。我们在车型开发中，应尽可能使得B柱之前的车身零部件最大通用;其余长白车身要尽可能使用前面的车身的零部件，只是更长部分使用不同的零部件。这样在整个车型系列中，就会有最大化的通用零部件。

车身平台化时，需要考虑这些方面：整车长度、车内长度、车辆轴距、车辆前悬长度、车辆后悬长度、整车预计宽度、整车内部宽度、轮距长度、整车高度（空载、半载和全载）、内部空间高度以及货箱容积或者储物空间等。对于商用车车身，特别要注意整个平台的座椅排布，主要从座椅排布形式，特别是座椅间距、座椅数量以及座椅和车身的连接点等方面，全系列车型全覆盖。平台化车身要通盘、综合、高阶评估后定义，优化设计。

总的来说，就是长车身要使用短车身上的零件，最好是多出部分用不同零部件。简单来讲，就是长的覆盖短的、高的覆盖低的、宽的覆盖窄的。相同零部件尽可能通用，比如长轴和短轴的尾门尽可能通用，高顶尽可能借用低顶部分侧围。项目前期策划就要规划好，不能随意改动车身，因为车身属于长周期件，模具开发周期长，费用高。

2车身连接工艺的重新定义

法规的变化，对车身上某些连接件的强度提出了新的要求，以前的一些设计标准和要求，需要随之更新，同时要加强生产过程的工艺设计标准控制。

很多的工艺缺陷需要在制造过程和物理实验中去发现。特别是物理试验非常重要。目前大量使用仿真模拟手段进行设计，经常省略了物理试验，这是不对的。仿真手段的使用不能替换物理试验，只是可以适当减少物理试验，并且仿真手段和物理试验互相验证，让设计更加的稳健，减少失效和缺陷的产生。

我们在项目进行中，对轮毂包上某个支架进行了连接强度的试验，该试验是按照最新国家法规要求进行的。试验后我们发现，该连接点焊接强度无法满足新的要求，试验后焊点拉脱（图1）。

面对试验的失败，我们首先查看了焊点，发现焊点连接没有问题，而是焊接处钣金母材拉脱失效，导致最终支架拉脱。同时我们查看了焊接工艺文件，对照焊接文件，焊接参数工艺没有问题。进而对比了试验条件发现，新旧两种试验条件所用的力是不同的，新的拉力比原设计大了一倍。

依照新的要求，不能大规模的改动设计，采用工程解决办法，增大钣金厚度，这需要改动摸具，同时会导致配合件的更改，改动范围扩大，成本投入巨大且周期长。经过研究认为，焊点本身没问题，连接强度没问题，只是钣金失效，可以从钣金方面入手。原焊接工艺圆孔焊接区域只占有焊接元的1/3周长，导致钣金连接面单位面积受力过大。为此，我们更改焊接工艺控制文件，让焊接孔满焊。

采用新的已经制造好的白车身，在原焊接的区域进行焊接区域的加强，使得焊接圆孔满焊，再进行焊接质量的检验和确认。在各种试验条件都准备好之后，我们对新的白车身进行了试验。试验结果显示，在试验力加载下，经过新焊接工艺焊接的白车身焊接强度满足要求，焊接区域的白车身钣金没有失效，连接良好。

至此，我们只是改变了焊接工艺，加大了焊接钣金的焊接区域，就达到焊接区域强度提高一倍的效果。这种改动是非常小的，也是低成本的，但需要我们去思考、研究，从工程应用实际出发，解决工程问题。许多的车身连接工艺随着要求的提高和工艺的进步，要不断更新，也许仅仅是工艺的改变就可以极大提高车身强度。

3车身框架设计工程化优化

车身在进行试验时，发现弯曲特别严重，变形过大（图2）。弯曲理论告诉我们，这是车身抗弯曲能力弱，导致车身变形过大的[1]。要提高弯曲强度，就要减小施加力的大小或力臂。力的大小没法改变，这是国家相关法规要求的;力臂更改，就涉及到更改车身受力位置等更改，变化很大，整个车身改动在项目中可能无法承受成本增加。而工程中又必须解决这个问题。我们通过分析发现，变形大的位置，车身是分段式焊接的，焊接两端的零部件有相对位移。我们设想，如果让焊接两端的零部件没有相对位移，变形就会减小，无需更改力臂即可解决该工程问题。

基于这一假设，我们尝试在三段分开焊接的零部件上焊接加强版，通过模拟仿真发现效果不明显，没有带来明显变形改善。随后我们又进行了新的设计，就是把分段的3个零部件用一个整体长零件代替，同时保持外形尺寸不变，边界不变，把中间Z型横梁由贯穿式改为分段式布置（图3）。经过模拟仿真结果显示效果很好，变形问题得到了极大改善。

该方案没有动零部件的周边零件，只是增加了工程开发成本，但零部件本身的成本是没有增加的，并且性能提高很多。从工程的角度看，这种通过车身框架的优化来达到工程目的，是一种很优秀的设计。

4结束语

车身设计的原理很多，方法也很多，但在工程实际应用中，首先要考虑车身的耐久性和通用性，其次还要考虑工艺的可行性，特别是成本的竞争力。

为此，本文从平台设计考虑零件通用性、更改连接工艺、提高车身强度以及优化已有设计等几个工程方面，提出了作者的一些看法。理论是现成的，一旦跟实际挂钩，同时要考虑成本、工艺和竞争力，就显得复杂了。我们一定要用先进的理论和工程化的思维，去解决工程实际中碰到的问题。

【参考文献】

[1]陈川，杨世印，李德隆，等.车身设计过程中的材料利用率提升[J].汽车工程师，2018（09）：11-14.

作者简介：

万小明，本科，工程师，研究方向为车辆工程。