謝鋒 陳東 羅培鋒 楊宏 鐘建強(qiáng) 陳仲澤

摘 要 面對(duì)日益嚴(yán)格的環(huán)保和政策法規(guī)要求，各車企正大力推進(jìn)電動(dòng)車的研發(fā)與市場(chǎng)投放。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)電動(dòng)車車身平臺(tái)都是基于燃油車車身平臺(tái)架構(gòu)適應(yīng)性改造匹配而來(lái)，受制于燃油車布置、性能等影響以及電動(dòng)車的專有特點(diǎn)和專有系統(tǒng)要求，基于傳統(tǒng)燃油車車身平臺(tái)架構(gòu)已不利于電動(dòng)車的布置和性能提升。本文簡(jiǎn)述了廣汽電動(dòng)車車身平臺(tái)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，提出了新一代電動(dòng)車鋼鋁混合車身跨平臺(tái)架構(gòu)，此車身架構(gòu)覆蓋從A級(jí)到B級(jí)車型的模塊套件矩陣，其下車體零件數(shù)量相比鋼制車身架構(gòu)減少約46%，重量降低25%左右，在達(dá)到高性能、輕量化的同時(shí)，最大化提升了乘員空間和布置自由度。建立了廣汽自主的電動(dòng)鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身體系架構(gòu)并實(shí)現(xiàn)車型的投產(chǎn)和上市，正逐步取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 高拓展性;鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身;共享架構(gòu)

Research and application of high extensibility electric steel-aluminum hybrid body architecture

XieFeng， ChenDong， LuoPeifeng，YangHong，ZhongJianqiang，ChenZhongze

GAC Automotive Research & Development Center，Guangzhou 511434

Abstract In the face of increasingly strict environmental protection and policy and regulation requirements， car companies are vigorously promoting the development and marketing of electric vehicles. At present， most of the electric vehicle body platform in the market is based on the fuel car body platform structure adaptive transformation matching.Subject to the influence of fuel car layout and performance， as well as the proprietary characteristics and system requirements of electric cars， the traditional fuel car body platform architecture is not conducive to the layout and performance improvement of electric cars. This paper briefly describes the development trend of Guangzhou Automobile Corporation （GAC） electric vehicle body platform architecture， and puts forward a new generation of? steel-aluminum hybrid body cross-platform architecture. This body architecture covers A matrix of modules for class A to class B models， the number of underbody parts is about 46% less than the steel frame， and the weight is about 25% less ，which maximizes the freedom of occupant space and layout while achieving high performance and lightweight. GAC has established its own electric steel-aluminum hybrid structure body system， which has been put into production and put on the market. Good economic benefits are gradually obtained.

Key words High Extensibility; steel-aluminum hybrid structure body; Shared architecture

前言

為提升乘用車節(jié)能水平，加快發(fā)展新能源汽車，緩解能源和環(huán)境壓力，建立節(jié)能與新能源汽車市場(chǎng)化發(fā)展長(zhǎng)效機(jī)制，國(guó)家已于2018年發(fā)布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，旨在鼓勵(lì)企業(yè)加快新能源汽車的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。隨著國(guó)家政策的鼓勵(lì)支持、充電等配套設(shè)施的不斷完善，電動(dòng)車市場(chǎng)將日趨成熟。

電動(dòng)車發(fā)展初期，各企業(yè)為降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期，大部分選擇基于燃油車平臺(tái)通過(guò)適應(yīng)性匹配修改開發(fā)電動(dòng)車。而純電動(dòng)車是集智能化、電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化、輕量化等技術(shù)于一身的功能性產(chǎn)品，受制于燃油車布置、性能等影響以及電動(dòng)車的專有特點(diǎn)和專用系統(tǒng)要求，基于燃油車車身平臺(tái)架構(gòu)已不利于電動(dòng)車的布置和性能提升。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)傳統(tǒng)燃油車車身平臺(tái)化、模塊化已開展了大量的研究[1-5]，為整車企業(yè)縮短開發(fā)周期和降低成本提供了有效的理論支撐。而對(duì)于電動(dòng)車平臺(tái)架構(gòu)的研究目前尚處于前期探索階段。

本文簡(jiǎn)述了廣汽電動(dòng)車車身平臺(tái)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，提出了新一代電動(dòng)車鋼鋁混合車身跨平臺(tái)架構(gòu)。此車身架構(gòu)覆蓋從A級(jí)到B級(jí)車型的模塊套件矩陣，在達(dá)到高性能、輕量化的同時(shí)，最大化提升了布置自由度和乘員空間。建立了廣汽自主的電動(dòng)鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身體系架構(gòu)并實(shí)現(xiàn)車型的投產(chǎn)和上市，正逐步取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 廣汽電動(dòng)車車身平臺(tái)架構(gòu)發(fā)展概述

目前電動(dòng)車平臺(tái)架構(gòu)主要分為兩類，一是與傳統(tǒng)車共平臺(tái)-AEP（Adapted Electric Platform）;一是電動(dòng)車專有平臺(tái)-NEP（New Electric Platform）。

廣汽電動(dòng)車平臺(tái)架構(gòu)發(fā)展經(jīng)歷了從AEP到NEP的過(guò)程。第一代廣汽電動(dòng)車平臺(tái)架構(gòu)（簡(jiǎn)稱GEP-GAC Electric Platform）即是從廣汽傳統(tǒng)燃油車平臺(tái)架構(gòu)G-CPMA[6]根據(jù)電動(dòng)車專有特點(diǎn)，適應(yīng)性匹配調(diào)整發(fā)展而來(lái)。而車身跨平臺(tái)模塊化共享架構(gòu)是基于GEP的子系統(tǒng)，是其重要構(gòu)成的部分—車身模塊套件。其發(fā)展歷程為：

GEP第一代電動(dòng)車車身平臺(tái)架構(gòu)，如圖1所示：采用電動(dòng)車與燃油車共平臺(tái)（沿用G-CPMA平臺(tái)架構(gòu)），其相比燃油車需要適應(yīng)性修改圖中深色區(qū)域零件來(lái)滿足電池包安裝。

GEP 1.0第二代電動(dòng)車鋼制車身平臺(tái)架構(gòu)，如圖2所示：根據(jù)電動(dòng)車專用特點(diǎn)和專用系統(tǒng)全新開發(fā)。車身主體結(jié)構(gòu)采用鋼制材料，前防撞梁采用鋁合金。采用前地板縱梁外擴(kuò)、中地板上抬且扁平化設(shè)計(jì)以滿足大容量電池包安裝。

GEP 2.0第二代電動(dòng)車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺(tái)架構(gòu)，如圖3所示：在GEP1.0第二代電動(dòng)車車身平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行全新升級(jí)，車身采用全新的鋼鋁混合結(jié)構(gòu)，車身框架匹配全新的扁平化電池包設(shè)計(jì)，達(dá)到高拓展性、高性能、輕量化的要求。

2 電動(dòng)車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身平臺(tái)架構(gòu)

廣汽跨平臺(tái)模塊化系統(tǒng)架構(gòu)G-CPMA是在傳統(tǒng)的平臺(tái)共享技術(shù)演變而來(lái)，圖4為演變示意圖。通過(guò)對(duì)整車、各系統(tǒng)、各功能模塊及其關(guān)鍵和共性技術(shù)的正向研發(fā)，系統(tǒng)化地形成跨各車型級(jí)別/種類可復(fù)用的成套領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)與流程，形成跨車型級(jí)別/種類通用共享的標(biāo)準(zhǔn)化零部件模塊矩陣及相應(yīng)工藝，打造跨平臺(tái)、模塊化、可靈活拓展、共線生產(chǎn)的體系架構(gòu)[6]。

廣汽電動(dòng)車平臺(tái)架構(gòu)（GEP）繼承了G-CPMA的核心理念與體系架構(gòu)策略，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電動(dòng)車專有特點(diǎn)和專用系統(tǒng)要求，對(duì)總布置進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，對(duì)底盤模塊、新能源模塊（三電模塊、動(dòng)力電池模塊等）、電子電器模塊、智能網(wǎng)聯(lián)模塊、車身模塊等架構(gòu)子系統(tǒng)模塊進(jìn)行全面調(diào)整升級(jí)而來(lái)。

全新的GEP 2.0電動(dòng)車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺(tái)架構(gòu)是在繼承和升級(jí)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最大化成員艙空間，高拓展性、高性能、輕量化的車身平臺(tái)架構(gòu)理念。滿足平臺(tái)產(chǎn)品（整車）要求，在達(dá)成零件共用化及產(chǎn)品個(gè)性化最優(yōu)平衡點(diǎn)的同時(shí)，最終達(dá)到降低成本、縮短開發(fā)周期的目的。

3 電動(dòng)車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身架構(gòu)技術(shù)

根據(jù)對(duì)電動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)和專有系統(tǒng)特點(diǎn)的研究，通過(guò)設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)三位一體的研究手段，開展了電動(dòng)車車身平臺(tái)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)。提出了廣汽電動(dòng)車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺(tái)架構(gòu)：其采用統(tǒng)一的承載式模塊化車身平臺(tái)架構(gòu)，下車體采用整體式框架結(jié)構(gòu)，車型拓展覆蓋Sedan＼SUV＼MPV三種類型;此架構(gòu)包含EV2和EV3兩個(gè)子平臺(tái)，每個(gè)子平臺(tái)采用統(tǒng)一的模塊劃分方式。EV2平臺(tái)拓展以車型B為基礎(chǔ)向上向下進(jìn)行拓展，EV3平臺(tái)以車型D為基礎(chǔ)向上進(jìn)行拓展。

車身跨平臺(tái)共享架構(gòu)的核心在于保證不同子平臺(tái)的車身框架架構(gòu)的一致性以及子平臺(tái)各模塊劃分的統(tǒng)一性。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)提高子平臺(tái)內(nèi)各車型之間各模塊之間的零部件通用化率。

3.1 車身跨平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)策略

同架構(gòu)的目的就是要保證車身主體框架結(jié)構(gòu)相同，以保證車身主要性能（包含碰撞、NVH、剛強(qiáng)度、疲勞等）滿足設(shè)計(jì)要求。從而達(dá)到減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本的目的。但不同平臺(tái)由于車身軸距、輪距不同;整車重量和整車尺寸的差異;車身輕量化、整車?yán)m(xù)航里程要求不同;不同級(jí)別車型產(chǎn)品定位以及布置的差異等都對(duì)車身的跨平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

車身跨平臺(tái)架構(gòu)主要體現(xiàn)于下車體，下車體平臺(tái)主要由機(jī)艙模塊、前地板模塊、后地板模塊組成。因此在保證不同平臺(tái)架構(gòu)相同的前提下，主要通過(guò)調(diào)整各模塊局部結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到跨平臺(tái)同架構(gòu)的目的。圖6和圖7展示了車身在滿足不同車型需要時(shí)，車身結(jié)構(gòu)變化的總體思路。

電動(dòng)鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身平臺(tái)架構(gòu)的核心理念為：

（1）在整車尺寸一定的前提下，采用短前懸、短后懸技術(shù)，使整車軸距最大化，從而最大化乘員艙空間和動(dòng)力電池布置空間;

（2）前輪心到油門踏板間距和后座椅到后輪心間距采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，減少車身改動(dòng)量，保證平臺(tái)化中的各種車型都能得到優(yōu)秀的乘員艙空間，同時(shí)滿足動(dòng)力總成與底盤的平臺(tái)化;

（3）通過(guò)前地板的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)軸距變化，設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)前地板切邊工藝實(shí)現(xiàn)地板的最大化通用;

（4）下車體采用鑄鋁鋁合金和擠出鋁合金型材形成下車體整體框架結(jié)構(gòu)。

3.2 鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺(tái)架構(gòu)開發(fā)

廣汽第二代鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺(tái)架構(gòu)在綜合研究了電動(dòng)車的布置特點(diǎn)、專有系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合高拓展性、高性能、輕量化的設(shè)計(jì)理念要求，此車身跨平臺(tái)架構(gòu)采用統(tǒng)一的車身材料策略，定義為上鋼下鋁結(jié)構(gòu)（上車體鋼制材料、下車體鋁制材料）。下車體框架采用鑄鋁、擠壓鋁形成完整的框架結(jié)構(gòu)，面板采用沖壓鋁板工藝。如圖8：

鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身涉及到多種連接形式，主要包括鋼點(diǎn)焊、鋁點(diǎn)焊、鉚接（SPR）、流鉆螺釘（FDS）、結(jié)構(gòu)膠、CMT、螺接等。

同架構(gòu)不同平臺(tái)車型采用統(tǒng)一的下車體架構(gòu)和碰撞傳力路徑，以保證車身整體框架性能。如圖10所示：上圖為EV3平臺(tái)基礎(chǔ)車型，下圖為EV2平臺(tái)基礎(chǔ)車型，具有相同的車身架構(gòu)、碰撞傳力路徑和材料策略定義。

下車體底部采用全新的“雙人”字型傳力路徑，鑄鋁和擠壓鋁合金形成的網(wǎng)格化乘員艙框架和“目”字型后排座椅安裝框架，實(shí)現(xiàn)地板扁平化設(shè)計(jì)的同時(shí)，更好的保護(hù)碰撞過(guò)程中乘員安全。

機(jī)艙模塊在拓展過(guò)程中主要需要考慮不同動(dòng)力系統(tǒng)（電機(jī)系統(tǒng)、氫燃料電池系統(tǒng)等）、不同底盤懸架形式、不同輪胎包絡(luò)的影響。而同架構(gòu)下的底盤副車架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需保證與車身接口一致，以最大限度實(shí)現(xiàn)車身零件共用。

圖12所示為不同動(dòng)力系統(tǒng)安裝點(diǎn)車身對(duì)應(yīng)方案。動(dòng)力系統(tǒng)及相關(guān)控制器通過(guò)組合支架集成一起安裝于車身縱梁。左圖中為某電動(dòng)車型組合支架安裝點(diǎn)，右圖為某燃料電池車型組合支架安裝點(diǎn)。只需調(diào)整加強(qiáng)件在機(jī)艙縱梁內(nèi)部前后位置和縱梁安裝孔位置即可實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)力系統(tǒng)的安裝。機(jī)艙總成基本共用，組合支架加強(qiáng)件擠壓模具共用，根據(jù)需求調(diào)整加強(qiáng)件長(zhǎng)度即可。

對(duì)于前地板模塊，基于平臺(tái)考慮，保證前排座椅橫梁位置基本不變，另外考慮平臺(tái)的通用化要求，前地板采用分塊形式，座椅橫梁采用主體橫梁加兩側(cè)連接板形式，更好的解決平臺(tái)車型Y向拓展需求。比如：可以通過(guò)左/右門檻和座椅橫梁連接板（圖13中深色零件）的調(diào)整來(lái)滿足車型輪距調(diào)整。

前地板模塊布置上相比傳統(tǒng)燃油車來(lái)說(shuō)，無(wú)排氣管，傳動(dòng)軸等布置，考慮電動(dòng)車電池包安裝特點(diǎn)，前地板采用扁平化設(shè)計(jì)，更好的滿足電池包安裝。

安裝于前地板模塊正下方的動(dòng)力電池采用扁平化設(shè)計(jì)，不同容量的電池包拓展采用X向增加模組實(shí)現(xiàn)，而安裝點(diǎn)采用縱向布置，安裝于車身左右門檻和中通道，安裝點(diǎn)不受動(dòng)力電池模組、車身橫梁布置影響，并且車身中通道、門檻采用鋁合金擠壓型材，不同動(dòng)力電池包安裝點(diǎn)位置的調(diào)整只需要更改安裝孔機(jī)加工程序即可實(shí)現(xiàn)。從而達(dá)到高拓展性的車身結(jié)構(gòu)（不同軸距/輪距）要求，見圖15。

后地板模塊拓展中主要涉及到不同后懸結(jié)構(gòu)形式，兩驅(qū)四驅(qū)車型的切換、后懸長(zhǎng)度切換等。對(duì)于后懸結(jié)構(gòu)，由于后地板采用鋁合金結(jié)構(gòu)，后縱梁采用鋁合金鑄件，因此只能通過(guò)切換左/右后縱梁本體來(lái)實(shí)現(xiàn)，前期平臺(tái)研究中即考慮扭力梁懸架和三連桿（或多連桿）懸架底盤邊界。保證后地板模塊主要間隙滿足布置間隙要求，通過(guò)切換后縱梁來(lái)滿足不同懸架拓展要求，見圖16。

對(duì)于EV3平臺(tái)車型，為滿足高性能需求，前期已同步考慮四驅(qū)車型定義，針對(duì)兩驅(qū)四驅(qū)車型切換，后地板區(qū)域需考慮后電機(jī)布置影響。為平衡離地間隙與行李箱空間需求。主要有兩種方案，第一種方案為：采用同一套后地板結(jié)構(gòu)，兩驅(qū)車型地板面高度抬高至四驅(qū)車型一致，此方案減少了后地板模塊數(shù)量，降低開發(fā)和采購(gòu)成本，但此方案會(huì)犧牲兩驅(qū)行李箱空間;第二種方案為：采用兩套地板，后地板整體結(jié)構(gòu)沿用，通過(guò)切換后地板面板和備胎橫梁來(lái)實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)四驅(qū)車型的切換，此方案增加了后地板模塊數(shù)量，但提升了兩驅(qū)行李箱空間。

本平臺(tái)架構(gòu)的后地板兩驅(qū)四驅(qū)車型切換，考慮最大化兩驅(qū)行李箱空間，采用方案二，即通過(guò)切換后地板面板和備胎橫梁來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖17深色零件：

GEP 2.0第二代電動(dòng)車鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身跨平臺(tái)架構(gòu)為全新的鋼鋁混合（上鋼下鋁）結(jié)構(gòu)。為最大限度減少生產(chǎn)投入成本，以及綜合考慮低成本電動(dòng)車車型需求，需要保證與GEP 1.0第二代電動(dòng)車鋼制車身平臺(tái)架構(gòu)共線生產(chǎn)。通過(guò)全新的鋼鋁車身柔性工廠設(shè)計(jì)，應(yīng)用柔性定位系統(tǒng)與快速切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)6車型鋼/鋁車身生產(chǎn)工藝1分鐘快速切換。同時(shí)為適應(yīng)未來(lái)鋁合金等輕量化材料的應(yīng)用，在規(guī)劃之初同步考慮鋼制車身、鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身生產(chǎn)，預(yù)留全鋁車身布局空間。目前焊裝生產(chǎn)線布局采用鋼制下車體線、鋁制下車體線兩條下車體焊接線，而上車體線和白車身總拼線采用共線形式。見圖18：

由于下車體整體采用鋁合金材料，為滿足白車身總拼時(shí)與鋼制車身共線生產(chǎn)，通過(guò)下車體與上車體連接部位采用鋼制材料過(guò)渡來(lái)實(shí)現(xiàn)。而門洞區(qū)域和門檻下部區(qū)域采用鉚接連接，為實(shí)現(xiàn)總拼過(guò)程中部分連接區(qū)域同時(shí)存在鋼點(diǎn)焊和鉚接工藝。首創(chuàng)鉚接及點(diǎn)焊切換技術(shù)及“鋼鋁混合”生產(chǎn)線。而總拼中門檻下部區(qū)域的流鉆螺釘（FDS）連接工藝則在總拼增打工位實(shí)現(xiàn)，見圖19。從而實(shí)現(xiàn)鋼鋁混合車身與鋼制車身的共線生產(chǎn)。

4 總結(jié)

本文簡(jiǎn)述了廣汽電動(dòng)車車身平臺(tái)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，提出了新一代電動(dòng)車鋼鋁混合車身跨平臺(tái)架構(gòu)，此車身架構(gòu)覆蓋從A級(jí)到B級(jí)車型的模塊套件矩陣，詳細(xì)說(shuō)明了鋼鋁混合車身跨平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)策略、框架定義、材料定義、各模塊拓展策略、共線生產(chǎn)策略等，其下車體零件數(shù)量相比鋼制車身架構(gòu)減少約46%，重量降低25%左右。在達(dá)到高性能、輕量化的同時(shí)，最大化提升了乘員空間和布置自由度。

建立了廣汽自主的電動(dòng)鋼鋁混合結(jié)構(gòu)車身體系架構(gòu)并實(shí)現(xiàn)車型的投產(chǎn)和上市，正逐步取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。也為后續(xù)更多電動(dòng)車型的開發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本有著重要的意義。

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作者簡(jiǎn)介

謝鋒，碩士研究生，研究方向?yàn)檐嚿斫Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。