車身正向開發(fā)關(guān)鍵工具：主斷面設計概述

王聰

摘 要：文章通過結(jié)合車身正向開發(fā)過程，將硬點斷面、主斷面、典型斷面進行了詳細的概念定義及區(qū)分，各個階段斷面設計的側(cè)重點與數(shù)量位置都存在差異，但又都承前啟后。還通過舉例A柱主斷面設計，介紹了主斷面設計過程：設計目標定義，設計基準、輸入，設計步驟，設計要點及要求等，讀者能夠體驗‘會當一覽眾山小的系統(tǒng)性整體視角，也能真切領悟‘身緣只在此山中的細節(jié)實踐。

關(guān)鍵詞：正向開發(fā) 關(guān)鍵工具 主斷面設計

1 什么是主斷面？

與造型表面（外飾與內(nèi)飾表面）相關(guān)的、整車結(jié)構(gòu)的重要部位的斷面，基本上能體現(xiàn)出整個車身的重要結(jié)構(gòu)特性和車身的主要性能參數(shù)（如車身的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、結(jié)構(gòu)的耐碰撞性等性能）及零部件的配接關(guān)系，是控制車身設計邊界及性能參數(shù)、校核造型可行及概念設計、質(zhì)量的重要工具，是車身工程可行性分析的重要手段和指導車身結(jié)構(gòu)設計的重要依據(jù)[1]。

1.1 很多汽車企業(yè)及工程師將所有斷面統(tǒng)稱為主斷面是有失偏頗的、斷面是車身設計常用的一種表達形式及設計校核工具，一般根據(jù)正向開發(fā)流程進展：人機布置—局部布置- 詳細設計（Package –Layout- Detail Design）三個設計階段，因此對應的正向開發(fā)流程一般依次展開硬點斷面、主斷面、典型斷面設計，下面介紹各個斷面的詳細定義及概念。

1.2 硬點斷面 ：一般是用于早期的車身總布置、人機工程、造型可行性分析。硬點斷面一般體現(xiàn)一系列物理特性用來建立造型與人機布置、尺寸硬點等關(guān)系、也用來校核整車布置及系統(tǒng)可行性，確保各系統(tǒng)（含動力、底盤等）跨功能達成一致，硬點斷面貫通人機控制點，體現(xiàn)整車輪廓尺寸，數(shù)量一般為10個左右，譬如過第一排H點X向硬點斷面。此階段主要關(guān)注人機空間及整體空間布局，對車身內(nèi)部詳細的結(jié)構(gòu)及配接關(guān)系將在主斷面階段進行細化。

1.3 主斷面：主斷面用于布置硬點鎖定后，前期的概念設計及造型選擇及工程方案選擇分析，也用于造型邊界輸入反饋。一般體現(xiàn)整車結(jié)構(gòu)的重要部位設計概念、生產(chǎn)制造、搭接關(guān)系、安裝結(jié)構(gòu)、密封間隙等。數(shù)量一般為20-40個，作為造型可行性分析主要手段、也伴隨著局部區(qū)域關(guān)鍵零部件、附件等位置布置，如安全帶卷收器、鉸鏈、氣撐桿等。

1.4 典型斷面：主要用于一個造型確定后進行詳細的設計上的斷面，主要用來輸入后期詳細結(jié)構(gòu)設計作為指導，同步與其他零部件設計邊界確定。典型斷面是確認匹配到車身零部件的布置，主要體現(xiàn)各系統(tǒng)零部件間的關(guān)系以及匹配構(gòu)造，檢驗組裝性等的工程概念。數(shù)量較主斷面會有所增加且各要求尺寸進行詳細標注，用來體現(xiàn)零部件的3D數(shù)據(jù)制作中需求。

2 主斷面設計方法及流程：

2.1 主斷面位置選擇及數(shù)量定義：

車身斷面位置選擇建議下列基本原則：

2.1.1 主斷面一定要定義在車身重要結(jié)構(gòu)特征的位置與區(qū)域，汽車縱向?qū)ΨQ中心平面（Y0）為車身的必剖斷面；

2.1.2 應將位于剖切區(qū)域內(nèi)的所有零件按裝配狀態(tài)剖切，安裝密封件的剖切斷面的方向為法向，其他剖切部位的斷面應平行于坐標軸方向；

2.1.3 斷面盡可能多的反映該處的特征信息，反映密封件的安裝方式及配合關(guān)系；外飾關(guān)鍵主斷面數(shù)量20-40個，一般優(yōu)先制作。

2.2 車身斷面位置選擇建議按照下圖所示（明確在整車三視圖的相應位置上的標注）執(zhí)行，不同車型（如三廂車與SUV）斷面數(shù)量及位置根據(jù)項目需求適當進行調(diào)整，在斷面制作前進行發(fā)布。

3 車身主斷面的設計要求

3.1 制作一般要求：

3.1.1 密封件的裝配狀態(tài)為非壓縮變形狀態(tài)，密封條應安裝到位；

3.1.2 對于開閉件應繪制閉合和開啟兩種極限狀態(tài)

3.1.3 對于左右對稱件只需繪制左側(cè)斷面圖

3.1.4 在車身結(jié)構(gòu)方案凍結(jié)前完成所有外飾車身主斷面制作，在內(nèi)飾結(jié)構(gòu)方案凍結(jié)前完成所有內(nèi)飾車身主斷面制作。

3.2 體現(xiàn)的基本要素

斷面是對整車結(jié)構(gòu)的重要部位用斷面的表示，里面包含商品性概念，設計概念及生產(chǎn)概念。基礎斷面，配合概念（ Gap， Offset）， Mounting Concept等。所以斷面定義了零件之間的結(jié)構(gòu)斷面形式、鈑金件的材料、厚度和焊接關(guān)系、重要附件的裝配、開閉件的密封、涂膠結(jié)構(gòu)、工具可操作性（焊槍、安裝工具等）等關(guān)系。包含以下基本要素：

3.2.1 CAS/A 面，DTS等；

3.2.2 人體模型及總布置硬點、人機要求（視野、空間要求等），法規(guī)校核等；

3.2.3 車身結(jié)構(gòu)方案及制造工藝體現(xiàn)（如包邊工藝及激光釬焊斷面要求等）；

3.2.4 焊裝件及裝配件的安裝方式及配合關(guān)系等；

3.2.5 運動件的運動包絡及運動間隙等（如輪胎包絡、玻璃升降運動間隙）；

3.2.6 屬性部門與各系統(tǒng)的系統(tǒng)需求等；

3.3 如何具體操作，沒有進行詳細的說明，本章就以A柱斷面為列進行詳細的步驟及流程說明，及如何在項目中進行實操。希望對大家有所幫助，有任何問題也歡迎大家探討。

3.4 目標：系統(tǒng)最優(yōu)的A柱斷面

3.5 約束：人機布置、視野、造型CAS、屬性要求、系統(tǒng)選型及匹配關(guān)系、制造可行性等

3.6 流程：每個主機廠有不同的開發(fā)步驟及流程，但總體差異不大，如下圖5所示：

接下來就是以A柱斷面為列，如何繪制出最優(yōu)的斷面。

此處斷面位置是A柱上部、關(guān)于此斷面設計要素詳情如下：

3.7 設計基準：

3.7.1 側(cè)圍CAS面

3.7.2 前門車窗及風擋玻璃面

3.7.3 門洞止口面、邊線及密封限制面

3.8 設計步驟：

3.8.1 根據(jù)外表面、側(cè)圍外板的兩條分縫線及密封止口面、前門玻璃中心面的基準面等及密封間隙要求來確定側(cè)圍外板的結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)參考ME建議及對標；

3.8.2 根據(jù)側(cè)圍的分縫線、玻璃面、密封系統(tǒng)選型及定義，車門鈑金結(jié)構(gòu)系統(tǒng)選型等確定車門門框及密封條結(jié)構(gòu)；

3.8.3 根據(jù)側(cè)圍外板及止口的結(jié)構(gòu)來確定加強件的結(jié)構(gòu)；

3.8.4 根據(jù)側(cè)圍外板、A柱加強板的結(jié)構(gòu)確定A柱內(nèi)板及水管、安全氣囊、線束等結(jié)構(gòu)；

3.8.5 根據(jù)側(cè)圍外板、玻璃面的基準面為基準確定前風窗玻璃的邊界、涂膠位置、黑邊區(qū)域及擋膠條的位置；

3.8.6 根據(jù)風窗玻璃結(jié)構(gòu)（包括黑邊邊界）、側(cè)圍結(jié)構(gòu)、門洞密封條、天窗滴水管及線束的空間要求、內(nèi)造型要求來確定A柱上護板的結(jié)構(gòu)及與內(nèi)板的安裝結(jié)構(gòu)；

3.8.7 根據(jù)各設計要求及要素對斷面進行校核、分析，關(guān)鍵尺寸達成一致進行標注與約束。

3.9 設計要點：

3.9.1 A柱在碰撞過程中及頂壓過程中軸向抗彎非常關(guān)鍵、因此需要在設計時候根據(jù)屬性截面力分布及安全要求，盡量保證截面面積及慣性矩，確保結(jié)構(gòu)效率。

3.9.2 A柱障礙角的校核及目標設定，國標要求＜6°，但有競爭力的車型一般要求≤3.5°，此要求與第一條需要平衡，所以增加截面面積應盡量在不影響障礙角前提下如下圖所示。

3.9.3 根據(jù)車門選型及密封條間隙要求確認門洞密封結(jié)構(gòu)、鈑金結(jié)構(gòu)形式，確保密封、降噪等要求

3.9.4 側(cè)圍沖壓可行性分析校核，側(cè)圍外板沖壓要求考慮側(cè)圍模具斜契進出要求，一般要求≥40mm。箭頭所示方向沖孔需要考慮公差要求。前風擋處臺階深度一般不超過30mm，門洞出臺階深度一般不超過65mm。

3.9.5 A柱內(nèi)部及加強板假如Y向裝配，需要考慮上件是否干涉現(xiàn)象。

3.9.6 根據(jù)外部凸出物法規(guī)-EXTERNAL PROJECTION：（ECE26.01，79/488/EEC）要求外部圓角Target ： Radious"A" ≥Min 2.5R

3.9.7 A柱斷面為車身關(guān)鍵斷面，在SFE前期及分析顯示，車身扭轉(zhuǎn)及彎曲剛度與A柱斷面主慣性軸的方向相關(guān)度較高。

4 總結(jié)

總之，A柱主斷面設計需要從對標、整體目標分解等設定主斷面目標（性能/空間/成本/重量等），依據(jù)設計基準（CAS、玻璃面、止口等），達成從整體目標傳遞到系統(tǒng)或零部件目標（例如從安全小偏置碰要求A柱承載力≥80KN，分解到材料選型、料厚、截面慣性矩等），且根據(jù)標桿樣車的碰撞CAE結(jié)果來指導新車型的車身主斷面和結(jié)構(gòu)設計[2]，也需要考慮到主斷面本身設計匹配關(guān)系、制造、裝配等硬約束。主斷面設計就是在各方面盡量優(yōu)化平衡，達成系統(tǒng)最優(yōu)的過程。同時需要組織各相關(guān)部門評審、討論，會簽最終確定完整的A柱主斷面。

參考文獻：

[1]樂玉漢. 轎車車身設計[M]. 北京：高等教育出版社，2000年.

[2]鐘志華等著.汽車碰撞安裝技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003年.