車身主斷面設計方法研究

邱興發(fā)　任佳智

摘 要：車身主斷面設計是新車型開發(fā)中一個重要的流程，是車身工程可行性分析的重要手段，也是指導車身結構設計的重要依據(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計方法，并論述了車身主斷面設計性能分析方法的重要性。在車身主斷面設計過程中進行結構性能分析，能夠有效地避免設計完成后的返工，而且通過性能分析能夠找出車身主斷面設計中的不足，從而優(yōu)化和完善車身主斷面設計。

關鍵詞：車身 主斷面 設計方法 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構設計的重要斷面。主斷面決定了車身主要零部件的結構形式及其裝配關系，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電器元件等斷面。車身斷面設計作為汽車設計過的重要結構設計，其貫穿模型制作到車身結構設計完成的全過程，是指導車身結構數(shù)據(jù)設計的重要依據(jù)。車身主斷面實際質(zhì)量更是直接影響著整車的制造質(zhì)量、外觀視感、用戶體驗等多個方面。本文簡要概述了車身主斷面的主要分類，重點闡述了車身主斷面設計方法和車身主斷面性能設計分析方法，為車輛工程人員論述了車身主斷面設計的基礎理論。

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)在三個方面，即根據(jù)斷面的重要程度進行分類，根據(jù)斷面的基本功用進行分類，以及根據(jù)斷面在整車的系統(tǒng)不同進行分類。

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。第一類是車身結構主斷面，此類主斷面能夠表明車身的運動關系和主要承載結構，而且可以展示出車身密封結構，例如密封結構的斷面、門檻梁的結構斷面以及A、B、C、D柱的結構斷面等。第二類是車身結構輔助斷面，能夠表明車身各個零部件之間的匹配關系以及各個零部件自身結構的斷面，例如地板梁結構斷面、地板梁與地板間的結構段面等。

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，分別是零件結構斷面、焊接結構斷面以及裝配結構斷面。零件結構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計（零件基本建模）或逆向設計（參考校核設計）。焊接結構斷面是指能夠闡明零部件間焊接匹配關系的斷面。根據(jù)焊接結構斷面能夠完成各個具體零部件的理論設計硬點，從而可以明確各零件的具體邊界尺寸，進而完成零件尺寸和形狀設計。裝配結構斷面是指能夠?qū)⒘慵g裝配關系表明清楚的結構斷面。該類斷面主要用于運動關系、間隙尺寸和密封結構的設計。在車身設計過程中，應綜合考慮三種類型的斷面，使得各個零部件能夠合理匹配，形成最優(yōu)設計。

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：一是整車密封結構斷面;二是內(nèi)外飾結構斷面;三是車身鈑金結構斷面。

一般來說，根據(jù)斷面的重要程度進行分類的主斷面，通常稱為車身主斷面，主要用于車身重要位置結構形式的設計，有助于實現(xiàn)相關使用功能。

2 車身主斷面設計方法

2.1 車身主斷面設計原則

車身整體結構的設計的關鍵點在于車身主斷面的設計，而車身主斷面設計主要須遵循以下幾個原則：一是參考成熟車型，通過深入分析成熟車型的主斷面結構，總結設計經(jīng)驗，應用于新車車身主斷面結構設計中;二是符合通用性原則，車身主斷面設計不能完全是脫離行業(yè)進行設計，需要滿足行業(yè)內(nèi)一些通用的基本準則;三是遵循國家標準，車身主斷面設計應按照國家標準體系進行設計;四是符合實際生產(chǎn)技術條件，根據(jù)所在汽車企業(yè)的制造能力和技術條件進行設計;五是滿足人機工程和總布置等要求。

2.2 車身主斷面設計輸入條件

車身主斷面設計的輸入條件較多，主要包括以下幾個方面：一是輸入整車研發(fā)資料，包括開發(fā)方案、立項建議書、項目計劃書等;二是輸入樣車的整體資料，包括樣車的整體性能參數(shù)以及相關的結構資料;三是車身主斷面的設計規(guī)范及要求;四是輸入其他典型車輛的車身主斷面結構、性能等數(shù)據(jù);五是輸入借用件或沿用件的相關結構數(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 車身主斷面設計流程

2.3.1 正向設計

車身主斷面正向設計一般是按照設計經(jīng)驗和理論知識，以及結合車身主斷面設計規(guī)范和參考模型數(shù)據(jù)，進行車身主斷面有限元模型設計。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)進行有限元分析，之后利用分析數(shù)據(jù)對有限元模型進行優(yōu)化，從而得到最優(yōu)車身主斷面。

2.3.2 逆向設計

車身主斷面逆向設計流程具體如下：第一，選擇合適的樣車作為參考車型，制作油泥模型。合適的樣車能夠為新車車身主斷面設計帶來諸多便利。設計者可以針對樣車進行車身主斷面分析，進行逆向建模，分析樣車的各種性能，對于不足之處進行設計強化，形成油泥模型。車身主斷面的設計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數(shù)據(jù)，借助這些數(shù)據(jù)對車身外形進行數(shù)學建模，從而形成了新車的車身主斷面。第三，建立、分析和優(yōu)化車身三維結構模型，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)進行車身三維結構建模，并對車身三維結構進行工程性分析，同時對車身的三維結構設計進行優(yōu)化和完善，最終形成了新車車身三維結構設計數(shù)學模型，得到了最終的車身主斷面。

3 車身主斷面設計性能分析方法

3.1 車身主斷面主要性能參數(shù)

車身結構屬于空間板殼結構，可以利用正向設計和逆向設計方法設計出新車的車身主斷面。而在車身主斷面設計的全過程都伴隨著性能分析，對車身主斷面設計進行驗證、測試、完善，以保證車身的剛度、強度等性能指標滿足用戶需求。在設計過程中，對車身主斷面進行系統(tǒng)性分析和核驗，可以避免在形成最終車身主斷面時進行不必要的結構設計修改。對于車身主斷面來說，主要的性能分析指標較多，本文對主要關鍵指標進行了系統(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 車身主斷面設計性能分析步驟

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

4 結語

車身主斷面是車身結構的重要斷面，其結構設計對于整車的設計至關重要。車身主斷面根據(jù)斷面的重要程度進行分類，用于車身重要位置結構形式的設計，有助于實現(xiàn)相關使用功能。車身主斷面設計方法一般分為正向設計和逆向設計，主要遵循以下五個原則：一是參考成熟車型，總結設計經(jīng)驗;二是符合通用性原則，滿足行業(yè)內(nèi)通用準則;三是遵循國家標準，按照國家標準體系進行設計;四是符合實際生產(chǎn)技術條件;五是滿足人機工程和總布置等要求。正向設計以設計規(guī)范和經(jīng)驗為基礎，而逆向設計則是以所選樣車的數(shù)據(jù)為基礎。而在設計過程中，車身主斷面設計性能分析方法至關重要，能夠有效地提升車身主斷面設計質(zhì)量，主要分為以下三個步驟：第一，對所選取的標桿樣車中對車身結構影響較大的主要主斷面進行性能分析;第二，對初步設計的主斷面進行結構性能測試;第三，通過對比分析車身主斷面設計結構性能數(shù)據(jù)，進行針對性地改進和完善。

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