汽车车身结构设计技术与方法

3.4 汽车车身结构设计技术与方法

3.4.1 车身结构设计断面的确定与定位-由断面设计硬点驱动的车身结构设计

车身包括金属车身及内外饰件,金属车身又包括白车身和封闭件, 即车身包括CLOSURE封闭件(车门,前后罩板,前后盖(门),玻璃和前、后保险杠), 白车身BIW(BODY IN WHITE) , 内外饰件和车身附件。白车身(BODY IN WHITE)是除车门、前后翼子板(罩板)、玻璃、前后盖(门)、前后保险杠和内外饰件外的其他金属车身件的统称. 详见如下各图及如下各项内容。根据3.1,3.2,3.3章节的设计方法，进行车身结构设计如下：

a)左/右前车门总成的设计（包括前车门内板、外板、车门铰链、玻璃升降器等的设计）

b)左/右后车门总成的设计（包括后车门内板、外板、车门铰链、玻璃升降器等的设计）

c)左/右侧围总成的设计

d)驾驶舱前围总成的设计

e)顶盖总成的设计

f)地板总成的设计

g)前舱盖板的设计

h)后行李箱盖或后背门的设计

i)前上下横梁及前灯架设计

j)后围横梁及灯架设计

k)发动机舱结构设计

l)驾驶舱与行李舱隔板及梁的设计

m)其他零部件系统设计

图3.4.1 将车身设计断面的分类与编号

图3.4.2 基于参考车型的BENCHMARK断面的断面设计

图3.4.3 选定车身密封断面的设计方案

车身结构设计的步骤与过程如下所述:

图3.4.5 建立benchmark车型白车身数字化原型车设计建模

造型面硬点

3.4.2 开闭件设计

开闭件(CLOSURE)一般包括4门2盖或5门1盖(两厢有后尾门汽车)。

1、车门设计

车门外板设计是根据光顺好的整体造型面和车门轮廓线的切割面片基础上加上周边翻边和门锁等特征后的车身零件. 分缝线通过两种方法获得(a)一般先将汽车内外外观面整体造型面光顺到A级曲面(CLASS A), 同时将造型边界线投影到XZ铅垂平面后光顺到A级曲线, 然后采用该投影的边界线投影到光顺好的A级大造型面上与造型面相交获得的边界线,该交线理论上肯定也是A级曲面。一般可以经过几次光顺和几次投影，以便检查交线是否是CLASS A 线。(b)当然也可以采用空间曲线光顺后与曲面相交，反复相交反复光顺的方法,相交后将交线进一步光顺新获得的边界线,然后,再将该线投影到光顺面上获得更新的边界线, 重复这一过程直到使面上相投影相交获得边界线达到A级曲线要求为止, 然后用最后获得的边界线作为车门边界线, 并与大的光顺面相切割而得到车门外板面。这两种方法各有优缺点,第一种方法效率高,易学易用,第二种方法可以获得比较精确的边界,但不容易光顺。

外板面设计好后,然后将锁机构等有关设计硬点特征加上去便完成了车门外板设计(详见如下图片), 较大的门外板需与内板或门侧向防撞梁采用传力胶粘接进行支承, 绝不允许直接接触外板焊接, 因为防止外面热变形和几何干涉变形。

车门内板就是先建立门锁,基于造型面与造型边界线硬点, 预先在考虑车门密封要求,便确定好设计断面, 断面便成为设计硬点,考虑门四周边界与门框之间尽可能有等距离间隙(一般10~20mm), 并由密封条将门撑起在空中, 并由铰链与锁三点定位门的位置. 绝不允许门与门框之间的金属接触。并将众多设计断面摆在造型面与边界上而获得断面引导线硬点。然后, 在玻璃升降器等COPY件的数模基础上, 由这些附件和相关零件考虑到造型特征的三维装配获得的若干个控制点线面(也就是设计硬点)，然后未控制的区域可在满足最大刚度最轻量化等自由设计区设计原则情况下按照工艺性要求进行结构设计，开孔或起筋随结构而定，实际说它难也难，不难也不难，就是设计控制硬点先定了，然后进行结构设计。也可参考同类型车去做, 如边界卷边, 沉孔设计方法, 筋的形式等等基于经验和知识的自由设计区设计, 也就完成了车门内板的设计。如果将内外板及所有零部件都装配起来并检查后, 就完成了全部设计工作(详见如下图片)。原则上必须参数化建模。如果需要两维图,用三维数模进一步绘制两维车身图。

图3.4.9 车门设计断面的设计与建模

图3.4.10 车门铰链等车门附件建模以便确定车门设计硬点

图3.4.11玻璃升降器及锁机构设计与建模以便确定车门设计硬点

图3.4.12 车门COPY 件装配建模与内板设计硬点确定

66前车门内板

前车门外板

图3.4.13 基于造型硬点,车门设计断面及其它设计硬点的车门内外板设计与建模

图3.4.14 车门总成总装设计与建模以便检查设计硬点的满足情况和装配质量检查

2、前后保险杠设计

保险杠外曲面设计是根据造型面加特征进行, 然后进行保险杠的内结构、定位与支承结构设计。

保险杠一般都是PVC塑料模具压成，或塑料注塑, 还有用玻璃钢糊制，有些保险杠考虑金属支架，金属支架大家要注意的一点是大家切记，支架的结构要参照同类结构，常用5mm~15mm的螺栓，要用足够数量的螺栓，否则，它的疲劳寿命不够，虽说强度够，但它疲劳寿命不够，用不到10万公里，由于震动，它就掉下去了，所以好多车，为什么放大尺寸了，或者说不仅强度解决了，它还要考虑疲劳和寿命因素，实际我们在搞设计时强度解决了，还要考虑挠度, 疲劳和寿命等多种因素，实际在进行设计时，是多因素考虑的。可能考虑它的寿命和安全性，疲劳寿命就是考虑它长期使用不会断，不会出问题。比如保险杠支架，因为是和车身其他件的安装，还有是塑料的安装，塑料件是要加塑料加强内板与外板在翻边处塑料焊接，一些件金属预埋进去。支架的刚度也要考虑它会不会变形等诸多因素。因此产品设计要尽力参考同类车型成熟产品结构即BENCHMARK研究十分重要。

图3.4.15 基于造型硬点的前后保险杠外形面设计和建模