麻桂艷，李成鑫，湯湧

（華晨汽車工程研究院白車身工程室，遼寧 沈陽 110141）

前言

車身一般分為上車身和下車身，上車身主要和造型相關(guān)，下車身一般用于承載發(fā)動機(jī)、底盤及電子電氣零件。由于下車身的承載屬性，下車身結(jié)構(gòu)更容易實現(xiàn)平臺架構(gòu)化、通用化、模塊化[1]，平臺架構(gòu)化的結(jié)構(gòu)概念不僅可以滿足頻繁的車型變換需求，而且可以降低開發(fā)及生產(chǎn)成本，保證車型的競爭力[2]。研究一種平臺架構(gòu)化的下車身架構(gòu)設(shè)計方法，可滿足平臺車型變化造型、軸距、后懸及配置的需求。該平臺架構(gòu)化的設(shè)計方法已經(jīng)應(yīng)用于我公司某平臺的三款SUV 車型。

1 架構(gòu)開發(fā)流程

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車保有量越來越大，為滿足消費者的需求，各大車企加快出新車型的推出以滿足消費者的需求。單一車型的開發(fā)流程已經(jīng)不能滿足快速車型推出的需求，整車架構(gòu)開發(fā)流程迎刃而生。

架構(gòu)開發(fā)要先于車型開發(fā)，在同一時期內(nèi)對平臺架構(gòu)內(nèi)的多款車型進(jìn)行同時設(shè)計。架構(gòu)開發(fā)必須具備相同的設(shè)計方案、柔性化生產(chǎn)，滿足車型拓展、車型配置及性能需求。一般同一架構(gòu)內(nèi)會誕生多款車型，這些車型將支撐一個車企未來近10 年的車型規(guī)劃，因此，架構(gòu)開發(fā)要具有相當(dāng)?shù)那罢靶院图夹g(shù)先進(jìn)性[3]。

2 車身平臺架構(gòu)設(shè)計方法

2.1 項目前期CAD、CAE 部門交互合作

傳統(tǒng)的車身開發(fā)的性能分析往往是先有CAD 結(jié)構(gòu)數(shù)模，然后再有CAE 分析，項目開發(fā)前期CAE 介入較少，車身架構(gòu)和傳力路徑往往是建立在參考車型和經(jīng)驗基礎(chǔ)上的，無法進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃和指導(dǎo)。我公司某平臺開發(fā)前期CAD 部門與CAE 部門就開始合作，綜合結(jié)構(gòu)性能和布置，進(jìn)行多學(xué)科拓?fù)鋬?yōu)化，結(jié)合拓?fù)淠Ｐ?，CAD 部門輸出簡化參數(shù)化大面模型給CAE，CAE 采用參數(shù)化建模軟件SFE，建立參數(shù)化網(wǎng)格模型進(jìn)行性能分析。再根據(jù)CAD 部門的設(shè)計變量輸入，CAE部門快速調(diào)整網(wǎng)格模型進(jìn)行性能驗證，如此多次CAD→CAE→CAD 部門的往復(fù)后，最終確認(rèn)數(shù)據(jù)模型。CAD、CAE 先期交互示意圖如圖1 所示。

CAD 與CAE 的先期合作為平臺車型在項目前期輸出準(zhǔn)確的車身結(jié)構(gòu)模型，避免了以往單車型開發(fā)時，對于高配車型性能不足，后期進(jìn)行彌補(bǔ)，造成更大的代價的情況發(fā)生；同時對于低配車型，性能過剩，又無法做減法，造成重量冗余的情況發(fā)生。

2.2 模塊化、擴(kuò)展化的輕量化設(shè)計

參數(shù)化的CAD 建模方法為利用CATIA 的參數(shù)化功能，建立自頂向下的產(chǎn)品模型，通過父代替換和參數(shù)修改功能，節(jié)省工程師大量地反復(fù)修改和反復(fù)建模的時間，實現(xiàn)快速設(shè)計，提高設(shè)計效率[4]。由于可以父代替換和參數(shù)化修改，更早地進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在保證性能不變的情況下實現(xiàn)輕量化設(shè)計。

參數(shù)化的CAE 建模方法為使用SFE 軟件建立全參數(shù)化的白車身網(wǎng)格模型，采用參數(shù)驅(qū)動結(jié)構(gòu)形狀和拓?fù)涞母淖?，可以同時對多種組合方案進(jìn)行快速的改變，還可通過較少的變量控制大量的參數(shù)變化，借助優(yōu)化平臺和優(yōu)化算法來實現(xiàn)整車性能的自動優(yōu)化[5]。

采用參數(shù)化設(shè)計方法建立白車身全參數(shù)化模型，并根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗輸入設(shè)計變量及拓?fù)鋬?yōu)化方案，針對設(shè)計變量及拓?fù)鋬?yōu)化方案進(jìn)行性能驗證，再綜合性能、重量、成本、工藝性及成熟度的綜合考慮，選擇最優(yōu)化方案，作為最終設(shè)計方案。優(yōu)化方案選擇表格舉例如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化方案選擇表格

借助參數(shù)化建模的方法，可以在整個正向開發(fā)的過程中一直保持對整車性能和重量的控制，與以往的開發(fā)流程相比，在設(shè)計初期靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案和車身尺寸可為性能的提升和重量的降低提供更大的優(yōu)化空間。

2.3 參數(shù)化CAD 及CAE 建模方法

傳統(tǒng)的模塊化往往是總成的直接沿用，對于高配車型性能不足，后期進(jìn)行彌補(bǔ)，造成更大的代價；對于低配車型，性能過剩，又無法做減法，造成重量冗余。

圖3 模塊化分塊及擴(kuò)展化示意圖

按照模塊化、擴(kuò)展花的輕量化設(shè)計方法，在項目前期便進(jìn)行平臺化研究。對我公司某平臺預(yù)研的A、B 和C 車型的功能及接口進(jìn)行分析，確認(rèn)車身模塊分塊。按照國內(nèi)外經(jīng)驗，將下車身分為機(jī)艙模塊，前地板模塊和中后地板模塊，如圖3 所示。對各模塊中的零件功能進(jìn)行識別，針對功能進(jìn)行最優(yōu)化平臺化及輕量化設(shè)計。在機(jī)艙模塊中識別變速器懸置安裝接口a，通過在相同零件預(yù)留安裝點的設(shè)計方法實現(xiàn)匹配不同變速器總成，識別變速器懸置安裝接口b，通過移動接口x 向的位置實現(xiàn)匹配不同發(fā)動機(jī)總成；識別造型影響零件c 和d，通過重新設(shè)計滿足造型要求。在前地板模塊中識別座椅安裝接口e，通過重新設(shè)計滿足安裝要求；識別性能影響零件f、g 和h，通過零件的增減滿足不同車型對性能的要求；識別軸距影響零件i 和j，通過開口拉延的形式，在同一模具壓制長短不同的零件以滿足軸距變化的需求；識別造型影響零件k，通過重新設(shè)計滿足造型需求。在后地板模塊中識別座椅安裝接口m，通過重新設(shè)計滿足安裝要求；識別性能影響零件n，通過零件的增減滿足不同車型對性能的要求；識別后懸影響零件p 和q，

通過重新設(shè)計滿足后懸變化要求；識別后備胎布置的影響零件r 和s，通過重新設(shè)計滿足布置需求。

A 車型為我公司某平臺開發(fā)的首款車型，同時也是本平臺定義的尺寸最小的車型，因此，無零件f、g、h 和n，依然滿足性能要求。平臺化結(jié)構(gòu)設(shè)計的好處是，項目前期可以充分考慮造型、軸距、配置、布置及性能的影響。在不同的車型進(jìn)行靈活的零件更換及增減，可以最大化實現(xiàn)平臺車型的輕量化。

3 結(jié)論

通過平臺化結(jié)構(gòu)的車型實現(xiàn)減重10Kg，B 車型實現(xiàn)減重5Kg，C 車型實現(xiàn)減重2.6Kg，為單車型降低了整設(shè)計方法可以實現(xiàn)同平臺車型不同造型、不同軸距、不同后懸及不同配置車型的生產(chǎn)。我公司采用平臺架構(gòu)設(shè)計方法開發(fā)A、B 和 C 車型，使下車身平臺化通用率達(dá)到90%以上，為公司節(jié)約了項目投資。采用平臺架構(gòu)設(shè)計方法開發(fā)的A 車成本，提高了車型競爭力。