高拓展性模塊化車身架構的研究和應用

黃向東，陳上華，曾慶洪，袁煥泉，陳 東，楊萬慶，謝 鋒

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434)

2016172

高拓展性模塊化車身架構的研究和應用

黃向東，陳上華，曾慶洪，袁煥泉，陳 東，楊萬慶，謝 鋒

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434)

汽車模塊化、平臺化在國外發展已日趨成熟，在各大車企中廣泛應用。本文中在模塊化、平臺化的基礎上，提出了廣汽車身跨平臺模塊化共享架構。構建了跨B/C和跨A0/A級車型平臺的兩大車型子架構(含常規和新能源汽車)，覆蓋A00至C級車型的模塊套件矩陣，突破多項跨平臺/車型的共性關鍵技術，建立廣汽自主車型車身體系架構并實現多種自主品牌常規和新能源車型的投產與上市，取得了良好的經濟效益。

車身；跨平臺；共享架構

前言

隨著經濟的發展，汽車銷量逐年攀升。汽車市場競爭也越來越激烈，為提高市場占有率，各大車企推出的新車型越來越多，新車的上市速度也越來越快。傳統方式下，一款新車型開發需要48個月。而通過汽車平臺化、模塊化開發的運用可大大縮短汽車開發周期，在平臺基礎上開發新車型一般只需要18～24個月，甚至更短[1]。

近幾年來，國內汽車企業開始認識到平臺化、模塊化對減少設計、采購和生產投入的好處，開始學習國外車企逐步開展乘用車的平臺化和模塊化戰略[2]，也開展了平臺化、模塊化相關方面的研究[3-5]。

本文中在研究各大車企平臺化的基礎上，提出了基于廣汽G-CPMA(GAC CPMA)的車身跨平臺模塊化共享架構。基于CPMA的汽車產品開發與制造，對優化資源、快速突破關鍵核心技術、降低開發與制造成本及技術應用風險、豐富車型譜系、縮短產品開發與上市周期、提高零部件標準化/共享化水平和產品質量與競爭力，具有現實和長久的作用。

1 車身跨平臺模塊化共享架構思路

廣汽跨平臺模塊化系統架構G-CPMA是由傳統的平臺共享技術演變而來，圖1為演變示意圖。此架構是對傳統意義上汽車開發與生產平臺化理念和技術的深化拓展，即從產品家族規劃到各車型平臺、重要零部件的開發項目，都整合于G-CPMA技術路線。通過對整車、各系統、各功能模塊及其關鍵和共性技術的正向研發，系統化地形成跨各車型級別/種類可復用的成套領域知識、技術與流程，形成跨車型級別/種類通用共享的標準化零部件模塊矩陣及相應工藝，打造跨平臺、模塊化、可靈活拓展(flexible/scalable)、共線生產的體系架構。

車身跨平臺模塊化共享架構，即車身模塊套件是G-CPMA下的子系統和重要組成部分。

車身跨平臺模塊化共享架構的目標是在基于G-CPMA戰略的產品家族規劃的前提下，在每個整車開發項目從總體設計、詳細設計到整車集成的各階段，均充分考慮形成平臺、模塊矩陣和架構“供體”的貢獻率，充分考慮對現有平臺、模塊和架構的共享率，盡量減少平臺、子架構的數量，減少功能相同或相似模塊的結構形式和參數規格數量，不斷提高標準化、共享化、參數化設計和共線生產的水平。滿足平臺產品(整車)要求，降低成本、縮短開發周期，同時達成零件共用化及產品個性化最優平衡點。

2 車身跨平臺共享架構技術研究

本文中以設計、仿真、試驗相結合的方式，開展了白車身模塊化關鍵技術研究與開發，在此基礎上提出了跨平臺車身共享架構技術。

跨平臺共享架構車身平臺最大的難點是如何實現高的互換性，除兩廂和三廂等傳統轎車外，還要滿足目前新能源車型動力搭載的需求，同時適用于高H點的SUV、MPV等車型的要求。具體包括：匹配不同的外觀造型、發動機、變速器和底盤懸掛系統；不同軸距車型需有良好的人機布置；滿足車身基本性能；車身主要零件的通用化、標準化。

車身平臺化/模塊化涵蓋白車身、開閉件及其附件、車身內飾系統、車身外飾和附件系統。本文中主要論述白車身平臺化/模塊化。

2.1 白車身模塊化共享架構技術

同架構下不同平臺的車身結構主要差異表現為：(1)不同平臺車身軸距和輪距不同；(2)考慮到整車質量和整車尺寸差異以及車身輕量化和燃油經濟性要求，不同平臺車身的典型截面大小不一樣；(3)考慮到不同級別車型產品定位以及布置和輕量化要求，車身前后懸長度不一樣。

為解決上述車身同架構下不同平臺之間的差異，車身在保證其主體架構相同的基礎上，通過調整局部車身結構來滿足車身模塊化的共享架構要求。

車身共享架構技術主要體現在下車體結構中，而下車體則是通過前機艙、前地板和后地板3個模塊來實現。從圖2和圖3中可以看出，車身在滿足不同車型需要時，車身結構變化的總體思路。

圖2 白車身跨平臺模塊化架構示意圖

圖3 下車體車型拓展示意圖

其中前輪心到加速踏板的距離和后座椅到后輪心的距離實現標準化設置，以減少車身的改動，保證平臺化中的各種車型都能得到滿意的乘員艙空間，同時滿足動力總成與底盤的平臺化。

軸距的長短通過調整前地板長度來實現，同時對第二排乘員位置進行微調。在設計過程中考慮地板盡可能通用，例如短軸距車型可在長軸距車型地板的基礎上增加切邊工藝后沿用。

跨平臺車身架構需要考慮不同動力總成和底盤總成的布置，表現為懸置安裝點和底盤硬點輸入。

對于動力總成，本文中思路是以動力總成尺寸最大化原則考慮其布置要求，同架構平臺的動力總成包含燃油發動機和混合動力總成，保證其車身懸置安裝點一致，發動機在前期規劃時就要考慮到平臺化要求，保證其懸置位置是固定的，規格是系列化的，如圖4所示。對于純電動車型，由于電機等相關零件無法固定在機艙縱梁上，需增加一個組合支架來安裝電器相關零件，而車身縱梁只需要增加相應的支架來安裝組合支架即可，如圖5所示。

圖4 縱梁懸置安裝點示意圖

圖5 安裝支架示意圖

對于底盤，需考慮多種輪胎選擇(即前輪胎包絡最大化考慮)，合理布置前/后縱梁以滿足平臺化的前/后輪距可調。對不同的懸架系統，須保證懸架安裝結構方式相同或相似，車身只須修改局部零件即可滿足安裝要求。同架構下的副車架和轉向機構與車身安裝點設計成一致，這樣同平臺下車身可以最大限度實現零件的共用。

圖6所示為前機艙配合麥弗遜懸架和雙叉臂懸架切換更改的零部件。圖7為后地板總成配合后懸架切換更改的零部件。

圖6 麥弗遜懸架與雙叉臂懸架切換示意

圖7 后懸切換示意

下面將以A/A0架構來闡述車身跨平臺架構的應用。

目前A級平臺轎車車型為AF,其下車體架構如圖8所示，A級平臺SUV車型為A28，其下車體架構如圖9所示。

圖8 A平臺轎車下車體架構

圖9 A平臺SUV下車體架構

從圖8和圖9可以看出，SUV車型下車體主體梁架結構基本沿用AF車型，采用了新型六縱六橫骨架結構，在碰撞過程中，使車身更好地傳遞力和吸收能量。考慮到SUV車型質量有所增加，為滿足碰撞性能要求，機艙縱梁和前地板縱梁截面適當增大。前地板面板與座椅橫梁沿用AF，其余零件做適應性修改以滿足布置和性能要求。

此平臺兼顧多種系列發動機(目前搭載1.6L,1.3T,1.5T等)，匹配多種變速器總成如WDCT/DDCT，CVT，RMT和MT等，同時通過修改發動機懸置支架可滿足純電動/混合動力的機艙布置，底盤方面前懸架滿足麥弗遜懸架和雙叉臂懸架的配置要求，后懸架滿足多連桿懸架和扭力梁懸架配置要求。發動機懸置、轉向機構和副車架在車身安裝點保證一致，安裝點結構強度可通過重新開發部分零件來滿足要求，滿足機艙最大化通用要求，機艙內蓄電池等較大的零部件布置和基本的線束和管路走向也保持一致。

圖10 前地板總成分塊模式

考慮到A0平臺與A平臺為同一架構，因此前地板需要考慮不同車型軸距變化，兩驅/四驅車底盤和動力零件的布置空間要求。設定合理的前防火墻到前輪心距離，基于平臺考慮，前排座椅橫梁位置基本不變。考慮平臺車型中零件通用化，將前地板設計成分體式，即前地板總成由左右地板和中通道總成焊接而成，如圖10所示。此結構可通過更改中通道截面尺寸實現平臺車型輪距的調整，以及通過調整中通道和后排座椅橫梁結構來滿足不同底盤配置需求，如圖11所示。

圖11 四驅車型切換示意

基于A/A0架構基礎上，從A平臺向下拓展，開發出A0平臺車型，如圖12所示。

圖12 下車體平臺軸距演變示意

表1為下車體平臺軸距演變說明，從表中可以看出，A0平臺是在不更改A平臺總體架構基礎上演變而來，通過縮短軸距和調整輪距與前后懸長度來實現，沿用其前縱梁總成、前圍板總成、前座椅前橫梁、中通道加強板等零部件，修改沿用其前地板本體、中通道本體、前地板縱梁等零部件，后懸車身安裝結構沿用A平臺扭力梁安裝結構。其余零件根據底盤硬點、總布置、人機工程學和造型等需求重新開發。

表1 下車體平臺軸距演變說明

A0平臺規劃之初就考慮傳統車型和純電動車型車身結構共用和同步開發。純電動車型由于需要布置大容量電池結構，電池包安裝在前后地板下方，故需要修改車身下車體相關零件來滿足電池布置的要求，如圖13所示。

圖13 純電動車型演變示意

由圖13可見，純電動車型可以通過修改前地板、中地板和后排座椅上、下橫梁等零件來滿足電池包安裝要求，如圖13(a)中深色區域所示，也可以通過局部修改機艙縱梁、前地板縱梁、后地板下橫梁等零件來滿足電池包的安裝要求，如圖13(b)中深色區域所示。具體開發過程中，可根據不同電池包結構來選擇開發方案。

2.2 白車身跨平臺架構的靈活生產技術

平臺化/模塊化車身滿足共線生產要求是其先進性之一。車身跨平臺結構中需要考慮到生產工藝的共線問題，即靈活生產技術。不同的車身平臺 可在同一生產線上生產，以達到生產成本的最小化。

本文中主要從生產規劃和產品設計兩方面實現設計和制造之間工藝技術對接的標準化，主要技術內容如下。

(1) 固化焊裝、涂裝和總裝工藝流程，確定跨平臺車型工藝策略和生產綱領，把工藝思路和約束放到產品設計中，如圖14所示。

圖14 固化工藝流程

(2) 深度拓展關鍵工藝、工序的平臺應用空間。對吊掛式、支撐式發動機設計通用性合裝方法和工裝；對車身采用擴展性和容量更大的主拼形式和工裝(能擴后的主拼形式)；對頂蓋、門檻梁等重要零件投入和預安裝方式與工裝進行統一等；焊裝主拼線采用“伺服柔性單元+快速插接”的綜合形式。工裝柔性化拓展如圖15所示。

圖15 工裝柔性化拓展

(3) 車身設計采用模塊化分塊結構以提高擴展性，最大限度實現下車體的基準點系(reference point system, RPS)與主控點(main control points, MCP)一致，如圖16所示。

圖16 下車體總拼定位點和支撐面示意圖

圖17為GA5與GS5共線用托盤示例。通過平臺化設計，GA5與GS5實現共線生產(共用托盤、定位夾具等)，提高生產效率，有效降低成本。

圖17 GA5與GS5共線用托盤示例

高度靈活的平臺工藝規劃和共線生產技術，確保了軸距在2 500～3 000mm之間的車型在焊裝、涂裝和總裝車間共線運輸、生產、移載和檢測，并實現了工裝設備的最大化共用(跨平臺車型焊接設備共用率達到91%)，跨平臺車型在工藝流程不變的情況下，削減車身主焊線瓶頸工時9s。

3 結論

在平臺化/模塊化的基礎上，本文中提出了廣汽車身跨平臺模塊化共享架構，具有高拓展性的特點。構建了跨B/C和跨A0/A級車型平臺的兩大車型子架構，通過A/A0架構詳細說明了車身跨平臺架構的應用。開發出覆蓋A00～C級傳統車和新能源車適用的車身模塊套件，包括可根據不同車型的軸距、輪距設計做適應性調整、適用于不同懸掛系統的平臺化前機艙總成、前地板總成和后地板總成；形成具備較高被動安全性能、剛度強度水平、輕量化水平與材料利用率的相似結構件組合技術。

在G-CPMA的指導下，目前已經成功應用于C級車(GA8)、B級車(GA5、GA5REV、GA5HEV、GA6、GS5、GS5S)、A級車(GA3、GA3S、GS4)等車型(包括轎車、SUV和新能源車型)。全系車型均達到C-NCAP五星級碰撞安全性。此技術的應用，整合了現有平臺，減少了子架構數，也大大縮短了新車型的開發時間，車型衍生性強，不同級別車型可共線生產，有效降低制造成本并提高生產效率。

[1] 袁煥泉.車身平臺開發與關鍵技術研究[J].大眾汽車,2014,20(8):32-36.

[2] 王君,莫冬秀.乘用車開發平臺化模塊化的淺析和構想[J].裝備制造技術,2014(6):154-156.

[3] 鞠曉峰.車身平臺化開發策略研究[J].汽車技術,2012(2):7-10.

[4] 沈建東,王鏑.車身平臺架構集成開發應用研究[J].汽車技術,2013(1):34-37.

[5] 馬鈞,任云.整車企業產品開發戰略發展趨勢-基于平臺的模塊化發展戰略[J].上海汽車,2010(1):36-40.

[6] 杜淮林.淺談車型架構的規劃方法[J].上海汽車,2010(5):28-31.

Research and Application of Highly Extensible Modular Body Architecture

Huang Xiangdong, Chen Shanghua, Zeng Qinghong, Yuan Huanquan,Chen Dong, Yang Wanqing & Xie Feng

AutomotiveEngineeringInstitute,GAC,Guangzhou511434

Vehicle modularization and platform sharing are getting matured increasingly in foreign countries and more widely applied in major vehicle enterprises. On the basis of modularization and platform sharing, the shared architecture of Guangzhou Automobile Corporation (GAC) vehicle body cross-platform modularization is presented in this paper. The sub-architectures of two major vehicle models (including both conventional and new energy vehicles) for cross-B/C platform and cross-A0/A platform have been constructed, covering a modularized component matrix from A00 class to C class vehicles. Breakthroughs have been made in several cross-platform / cross-model common key technologies. The body framework of GAC own brand vehicle has been established, by which the production and sales of various GAC conventional and new-energy vehicle models have been realized, achieving great economic benefits.

vehicle body; cross-platform; shared architecture

原稿收到日期為2015年7月28日，修改稿收到日期為2015年11月20日。