平臺化下車體的通用化設(shè)計(jì)

王勝玉，何 瓊

平臺化下車體的通用化設(shè)計(jì)

王勝玉，何 瓊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章圍繞影響下車體各模塊平臺通用化的關(guān)鍵接口因素，系統(tǒng)分析了下車體平臺通用化設(shè)計(jì)方法。通過對前艙模塊、前圍模塊、前地板模塊及后地板模塊的平臺通用化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，闡述了實(shí)現(xiàn)各模塊關(guān)鍵部件通用化的結(jié)構(gòu)、分塊、搭接等設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在滿足關(guān)鍵接口平臺化需求的前提下，均衡考慮產(chǎn)品開發(fā)成本、周期、性能需求、制造工藝難度等方面因素，最大化的實(shí)現(xiàn)下車體各模塊關(guān)鍵零部件通用，為整車產(chǎn)品快速靈活投入市場做出貢獻(xiàn)。

下車體；平臺化；通用化；關(guān)鍵接口

隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車市場的競爭也日益激烈，各大汽車主機(jī)廠為快速響應(yīng)市場需求、保持市場占有率，不斷加快產(chǎn)品投放速度，完善產(chǎn)品矩陣[1]。平臺化開發(fā)為整車產(chǎn)品矩陣快速成型提供了一條高效的路徑，產(chǎn)品通用化設(shè)計(jì)為平臺開發(fā)的重要指標(biāo)之一，車身結(jié)構(gòu)的通用化設(shè)計(jì)可有效減少新產(chǎn)品開發(fā)過程中模具、夾具、檢具等工裝成本并縮短零部件驗(yàn)證周期[2-3]。

1 下車體平臺的通用化策略

白車身上車體受到造型、車身尺寸的嚴(yán)格限制，難以實(shí)現(xiàn)平臺通用化，而下車體基本不受造型影響，故白車身的通用化設(shè)計(jì)主要集中在下車體部分。如圖1所示，下車體結(jié)構(gòu)主要?jiǎng)澐譃榍芭搮^(qū)域、前圍區(qū)域、前地板區(qū)域、后地板區(qū)域[4]。

圖1 下車體結(jié)構(gòu)劃分

影響各模塊通用化關(guān)鍵接口要素不同，導(dǎo)致各模塊將采用不同的通用化策略[5-6]。此外，由于同一平臺往往會(huì)規(guī)劃多款車型，如轎車、運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（Sport Utility Vehicle, SUV）和多用途汽車（Multi-Purpose Vehicles, MPV）車型以及純電、混動(dòng)等多種動(dòng)力形式，導(dǎo)致各款車型的整備質(zhì)量不同，要求下車體剛度、可靠性、安全等性能設(shè)計(jì)時(shí)要將重量差異納入設(shè)計(jì)。

2 前艙區(qū)域通用化設(shè)計(jì)

表1為影響下車體各模塊通用化的關(guān)鍵接口要素。平臺化前艙區(qū)域通用化主要受到前懸尺寸、輪距、動(dòng)力總成、輪胎尺寸等影響。

表1 影響下車體各模塊通用化的關(guān)鍵接口要素

2.1 基于前懸尺寸的通用化設(shè)計(jì)

前懸尺寸主要影響發(fā)艙前縱梁向尺寸，發(fā)艙前縱梁采用前后分段設(shè)計(jì)，如圖2所示，前段尺寸較小的為前懸延伸板，后段尺寸較大的為發(fā)艙前縱梁本體。發(fā)艙前縱梁本體按照平臺規(guī)劃的最短前懸設(shè)計(jì)，延伸板按照不同前懸差異化設(shè)計(jì)，可最大程度確保關(guān)鍵部件通用。

圖2 發(fā)艙前縱梁采用前后分段設(shè)計(jì)

2.2 基于輪距和輪胎尺寸變化的通用化設(shè)計(jì)

前輪距和輪胎尺寸發(fā)生變化時(shí)，主要影響發(fā)艙縱梁本體和前塔包避讓結(jié)構(gòu)，以及前減震器安裝點(diǎn)位置。如圖3所示，發(fā)艙前縱梁和前塔包本體、扭矩盒按照最小輪距和最大輪胎包絡(luò)設(shè)計(jì)避讓，前減震器安裝板匹配不同輪距差異化設(shè)計(jì)。

圖3 前縱梁及前塔包避讓設(shè)計(jì)

2.3 基于動(dòng)力總成的通用化設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺規(guī)劃的不同選型動(dòng)力總成最大邊界，設(shè)計(jì)發(fā)艙前縱梁開擋距和開擋角度，如圖4所示。

圖4 發(fā)艙前縱梁避讓動(dòng)力總成設(shè)計(jì)

2.4 基于性能的通用化設(shè)計(jì)

前艙區(qū)域的碰撞傳力路徑、發(fā)艙縱梁和扭矩盒斷面尺寸、發(fā)艙縱梁的材質(zhì)料厚可按照平臺最大整備質(zhì)量設(shè)計(jì)，對于整備質(zhì)量較小的車型可通過靈活減少部分加強(qiáng)板來實(shí)現(xiàn)。如此，既可實(shí)現(xiàn)尺寸較大部件的通用，也可避免設(shè)計(jì)冗余，增加輕量化效果。

3 前圍區(qū)域通用化設(shè)計(jì)

如表1所示，平臺化前圍區(qū)域主要受下車體寬度、地板高度、前輪距、輪胎尺寸及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等影響，針對各個(gè)關(guān)鍵接口要素影響范圍，將前圍總成分成6個(gè)模塊，如圖5所示[7]。

圖5 前圍分塊設(shè)計(jì)

3.1 基于輪胎尺寸變化的通用化設(shè)計(jì)

在平臺車型規(guī)劃時(shí)，左右前輪包后段、前圍加強(qiáng)橫梁按照最大綜合輪胎包絡(luò)進(jìn)行避讓，可以實(shí)現(xiàn)同平臺車型的通用，如圖6所示。如后續(xù)車型輪胎尺寸超過前期規(guī)劃的最大包絡(luò)，前輪包后段及前圍加強(qiáng)橫梁重新開發(fā)，前圍板本體保持通用。

圖6 前圍模塊避讓輪胎包絡(luò)設(shè)計(jì)

3.2 基于地板高度變化的通用化設(shè)計(jì)

前圍板本體與前圍加強(qiáng)橫梁設(shè)計(jì)成滑動(dòng)搭接，如圖7所示，前地板高度變化時(shí)，縱梁與前地板高度差改變，前圍板本體通過向上下滑動(dòng)保持通用。

3.3 基于下車體寬度變化的通用化設(shè)計(jì)

下車體寬度變化時(shí)，前圍板本體保持通用，通過左右前輪包后段、前圍加強(qiáng)橫梁、前圍左右連接板向?qū)挾茸兓瘉韺?shí)現(xiàn)。

圖7 前圍板本體與前圍加強(qiáng)橫梁Z向滑動(dòng)搭接設(shè)計(jì)

4 前地板區(qū)域通用化設(shè)計(jì)

如表1所示，平臺化前地板主要匹配軸距、下車體寬度、地板高度等關(guān)鍵接口影響，主要變動(dòng)策略如下。

4.1 基于軸距變化的通用化設(shè)計(jì)

如圖8所示，前地板左、中、右分塊設(shè)計(jì)，中部為中央通道。軸距在前地板區(qū)域變化時(shí)，通過前地板后端止口位置向變化來實(shí)現(xiàn)左右地板通用，左右地板采用開口拉延方式成形，根據(jù)平臺軸距規(guī)劃在前地板上預(yù)留模具切邊位置。中央通道前后分塊設(shè)計(jì)，軸距變化時(shí)，前段主體保持通用，后段隨軸距變化專用。分塊位置在軸距影響區(qū)前部。

4.2 基于下車體寬度變化的通用化設(shè)計(jì)

下車體寬度小范圍變化時(shí)，可通過改變門檻內(nèi)板向深度，如圖9所示，保持前地板通用；若下車體寬度變化范圍較大，超過門檻內(nèi)板成形極限，不滿足碰撞安全需求時(shí)，則無法通過門檻內(nèi)板截面調(diào)整來實(shí)現(xiàn)前地板通用，前地板無法保持通用。

4.3 基于前地板高度變化的通用化設(shè)計(jì)

前地板與門檻內(nèi)板立面搭接，門檻內(nèi)板立面設(shè)計(jì)成正向，前地板高度發(fā)生變化時(shí)，前地板與門檻向滑動(dòng)搭接，前地板和門檻內(nèi)板保持通用，如圖9所示。

5 后地板區(qū)域通用化設(shè)計(jì)

如表1所示，后地板平臺化影響因素相對較多。其中，地板高度變化時(shí)，后地板難以保持通用，座椅配置對下車體影響較大時(shí)亦難以實(shí)現(xiàn)通用；其余接口變化時(shí)，后地板的通用化策略如下。

如圖10所示，后地板前后分塊設(shè)計(jì)，分塊位置向尺寸在后輪心附近。僅軸距變化時(shí)，后地板前段匹配軸距開發(fā)專用，后地板后段保持通用。

圖10 后地板前后分段設(shè)計(jì)

僅后懸尺寸發(fā)生變化時(shí)，通用化策略與后懸尺寸變化量有關(guān)。后懸尺寸變化量較小時(shí)，可通過后圍內(nèi)板上部向彎折，后地板保持通用，如圖11所示；后懸尺寸變化量較大時(shí)，后圍內(nèi)板沖壓成形受限或后門洞造型受限，后地板后段匹配軸距變更。

圖11 后圍內(nèi)板X向彎折設(shè)計(jì)

6 總結(jié)

綜上所述，平臺化車身下車體的通用化設(shè)計(jì)需要考慮平臺規(guī)劃的所有關(guān)鍵接口變化。根據(jù)接口變化的特點(diǎn)和影響位置不同，各模塊應(yīng)對平臺通用化的策略不同，但其核心都是均衡考慮關(guān)鍵接口、制造成本、整車性能、制造工藝方面要求，最大程度實(shí)現(xiàn)下車體各模塊關(guān)鍵零部件的通用，從而降低整車開發(fā)成本并縮短設(shè)計(jì)、驗(yàn)證周期。

[1] 陸恒,于忠娟,劉寶新.某款汽車下車體平臺化設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2020,45(19):65-68.

[2] 胡釗,熊輝,陳艷華,等.汽車門檻的通用化設(shè)計(jì)[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2023,40(1):45-47.

[3] 劉志群.基于通用化設(shè)計(jì)的車體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理[J].機(jī)械工程師,2013(9):138-140.

[4] 吳純福,葉寶文,陳東,等.車身平臺兼容性設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù),2017,42(15):58-60.

[5] 李軍朋.車身下體平臺化研究[J].專用汽車,2023(4): 66-67.

[6] 湯湧,王叢,麻桂艷.汽車下車身平臺化設(shè)計(jì)方法研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2018,43(6):110-112.

[7] 路遙,姜超,王勝玉.一種平臺化前圍板結(jié)構(gòu):CN2020 10740868.0[P].2020-10-23.

The Generalized Design of Underbody Platform

WANG Shengyu, HE Qiong

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China)

The article introduces the universal design of the vehicle underbody, considering key interface factors that affect the generalization of each module. Based on the study of the platform universal design principle, the key design points of realizing the universal, such as structure, block and lap are expounded. On the premise of meeting the platformization requirements of key interfaces and balancing factors such as cost, cycle, performance requirements, and manufacturing process difficulty during the product development,the universality of key components for each module of the vehicle underbody is maximized for making contributions to the rapid and flexible entry of vehicle products into the market.

Underbody;Platform; Generalization; Key interface factor

U462.1

A

1671-7988(2023)22-120-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.022.022

王勝玉（1991－），男，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)檐圀w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，E-mail:csuwangshengyu@126.com。