汽车车身侧围设计要点
如今我国汽车工业发展迅速,人们对汽车外型和汽车性能要求越来越高,因此,给汽车设计尤其是车身侧围的设计带来巨大的挑战。首先要有好的安全性能,因為汽车一旦发生碰撞,车身侧围作为车身的重要结构,它将承受侧面碰撞带来的碰撞力,而它的变形模式、侵入速度及侵入量直接关系着乘员的损伤及生命安全;其次,要满足舒适性要求,噪音、灰尘、雨水侵入乘员舱都会严重影舒适性。所以,好的汽车车身侧围设计能有效的减轻乘员在交通事故中的损伤,并具有良好的密封及隔音性能。本文以某全新平台电动车项目设计开发作为参考,介绍了汽车车身侧围设计的一般流程与设计要求,达到提升设计质量、减少后期设计变更的目的(图1)。
2 项目前学习
项目前学习是整个项目开发中的重要一环,尤其对于设计经验有所欠缺的设计者,直接影响到设计质量的好坏。学习内容一般包括以下几方面内容:①相关法规学习:汽车相关法规是汽车产品必须满足的最基本要求,侧围结构相关的法规主要包含:乘用车正面碰撞的乘员保护、汽车安全带安装固定点、汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法、汽车驾驶员前方视野要求及测量方法、汽车门锁及车门保持件的性能要求和试验方法、乘用车内部凸出物、轿车外部凸出物、汽车护轮板、汽车侧面碰撞的乘员保护、乘用车正面偏置碰撞的乘员保护、乘用车顶部抗压强度等;②侧围设计基础知识学习;随着汽车结构、制造工艺的创新与发展,
侧围设计基础知识也是不断更新的,掌握最新设计知识,确保在之后的设计工作游刃有余,相关基础知识主要包括设计指导、工程标准、DFMEA、标准截面等;③以往项目经验教训学习:经验教训学习是避免重复犯错的重要途径,通过经验教训学习,可以避免犯以往项目中已经出现的问题,并举一反三,保证设计的可靠性;③产品定位学习:通过产品定位学习,了解产品所需要具备的核心竞争力、主要卖点、大致性能要求、主要配置情况、需要解决的痛点问题等等;
3 竞标车分析及结构选型
竞标车分析是实现设计过程中取他人之所长补己之不足的重要手段,尤其是产品中要使用新结构、新工艺新材料时,竞标车结构分析往往成为设计好坏的关键。可以通过产品定位、产品主要配置情况、造型创意等因素,锁定对标车型;然后从结构、工艺、材料、性能等方面进行评估,若有多个对标车型,可以从多个维度打分评估,最终选取最优者作为本产品的主要研发参考。
在充分的竞标分析后,应根据产品市场定位、性能目标、整车参数、底盘形式、产品配置表等输入,制定侧围框架结构、制造工艺、零件材料策略。以某乘用车为例,为满足正碰、侧碰、车顶抗压等需求,采用A
柱下加强板、A柱上加强板、B柱加强板、门槛加强板互相连接绕前门洞形成一个加强框架总成,也可以视具体性能要求,预留将A柱上加强板与C柱上加强板连的空间,这样可以与B柱加强板、门槛加强
板、前护板、后轮罩上支撑板形成绕后门洞的加强框架总成,达到进一步提升性能的需求;在材料方面,B柱加强板是承受侧面碰撞的主要零件,推荐采用热
成型材料B1500HS-FB-D t=1.5,A柱上、下加强板、以及门槛加强板需同时满足正碰、侧碰、车顶抗压等法规,但受力情况较B柱加强板稍好,推荐采用HC340/590DP-FB-D t=1.2;在后轮罩区域,由于独立悬挂的安装点布置在后轮罩内板上,所以需要布置后轮罩上支撑板,达到将力传递分散的作用,避免后轮罩区域承受较大的交变应力产生疲劳开裂,因受力不大,材料可以采用BLD-FB-D t=1.0;除此之外,根据产品配置,D柱区域有安全带固定点,所以需要布置D柱上加强板,以满足安全带固定点强度要求,同时可以提升尾门开口刚度,考虑零件成型性能及受力情况,一般情况下可采用BLD-FB-D t=1.0。同时根据NVH性能要求布置隔断块,到达降低车内噪音的目的,隔断块布置位置如图2蓝线所示。
4 典型截面绘制
典型截面主要表达了车身各区域车辆结构及材料应用。通过截面绘制,可以比较全面评估车身结构是否满足各零件布置空间要求、安全间隙要求、视野要求、乘员舱空间要求等等,同时起到指导建模、评估造型可行性等作用,可以大大减少各种问题流入到数模设计阶段,提升数据发布效率(图3)。
5 软工装数据设计
软工装数据对于车身的主要用途是做一些碰撞、安全带拉力、耐久路试、子系统实验,进行性能摸底,同时进行部分制造可行性验证,避免在正式工装时出现问题,造成时间、费用上的重大损失。软工装数据设计的基本要求有:①确保造型A面、总布置策略等相对正式工装数据不会有大的调整,输入影响各性能实验的ICD接口,以保证软工装车各项实验验
证结果具备一定的准确性;②按开发策略搭建数据,并确定零件分件方式;③确定各零件的定位策略以及各零件之间的连接方式,目前常用的连接方式有以下几种:
①电阻点焊:电阻点焊是工件通过电极施加压力,利用电流产生电阻热进行焊接的方法。电阻焊焊接时不需要填充金属,成本低、生产效率高、焊接变形小、接头质量容易控制,被广泛用于汽车白车身的焊接,但不适用于钢铝连接的情况。
②CO2气体保护焊:CO2气体保护焊接技术在实践应用中具有操作灵活、简单、投资成本低、对油污及锈迹有特殊的敏感性能等特点。近年来被我国国内汽车行业中广泛应用。但尽管CO2气体保护焊无论从技术方面还是设备方面日渐成熟和完善,但焊接所形成的焊缝仍比较粗糙,并且飞溅也较大,不仅严重影响整体焊接质量,而且也会影响到侧围零件的安装精准度。另外,此保护焊接完成后,需进行打磨,工序较为繁琐,无形中增加了生产节拍;焊接、打磨所产生的光、粉尘等污染对员工健康危害较大。所以说,该方法并不是车身侧围各零件之间连接的最佳方法。
③结构胶连接:胶接技术是一种利用胶粘剂在连接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个胶接件联接起来的工艺方法。随着新型结构胶的不断研发,结构㬵已作为汽车零部件连接的重要手段之一。结构胶具有耐老化、强度高、耐腐蝕、在预期寿命内保持稳定的性能、并且能够承载较大负荷等特点。与其他连接方式相比,胶接技术在应力分布、腐蚀性能、疲劳性能等方面具有极大的优势。因此,胶接技术广泛应用于汽车、航空、建筑等行业。轿车白车身金属部件间最常采用的连
接方式是点焊连接,通常每辆车身上的焊点有3000个左右,如果采用点焊+结构胶粘接的工艺则可以显著减少焊点数量。
④激光焊接
汽车性能随着我国激光焊接技术的逐步成熟,激光焊接技术已逐步应用于汽车车身制造中,主要应用于汽车车门、前后盖、侧围外板、流水槽等零部件的有效连接中。大众汽车中侧围尾灯与侧围外板的连接釆用了激光焊接技术,焊接后钣金变形较小,焊缝外观美观,焊接质量有所保证,既保证了侧围尾灯的安装与灯具的精准度,又大大的提高了工作效率。然而由于激光焊接技术不仅成本高,而且对于白车身中各钣金构件之间的装配精度有较高要求,因此,这种激光焊接技术在车身连接中的应用具有一定的局限性。
6 软工装造车及性能验证
对于设计上存在一定风险的区域,需要用软工装车进行验证。涉及到侧围结构的主要验证项有:正碰、侧碰、车顶抗压、安全带拉力实验、耐腐蚀实验、车门子系统耐久实验、动态感知质量评审、路试耐久实验等,若某项实验中发现有不符合,对问题进行深入分析后制定解决方案,并在正式数据阶段进行改进。
7 正式工装数据设计
软工装数据阶段已验证大的数据方案无问题后,正式数据阶段则需对数据进行进一步的细化,并全面评估各方面的要求。正式工装数据要求造型A面、总布置、各ICD接口达到冻结状态,并且要从成本、制造可行性、售后维修、整车性能等各维度进行评估,达到预定项目目标。总的来