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【摘要】 汽车模块化、平台化在国外发展已日趋成熟,但就国内来说,其起步较晚。本文针对自主品牌轿车开发,对前机舱平台化、前后地板总成平台化、柔性共线生产以及平台化车身安全控制技术进行了相关研究,通过实际车型的开发应用,验证了此技术的合理性与重要性,对缩短后续车型开发时间提供了有效的理论指导。
【关键词】 车身;平台化;安全控制技术
随着汽车开发流程不断成熟,各大汽车厂商推出新车型的速度也不断加快,而传统方式下,一款新车型开发需要48个月。而通过汽车平台化、模块化开发的运用可大大缩短了汽车开发周期,在平台基础上开发新车型一般只需要18~24个月,甚至更短。同时面对近年来汽车市场竞争的激烈,同时消费者对汽车品质的要求越来越高,汽车车身平台化、模块化开发的运用,不但可以大幅缩短开发周期、降低开发成本,而且可以有效降低技术风险、提高产品可靠性。
平台化设计在国外发展已日趋成熟[1],近几年来,自主品牌汽车厂商也开始开展汽车模块化、平台化方面的相关研究[2-4]。本文针对自主品牌轿车开发,对前机舱平台化、前后地板总成平台化、柔性共线生产以及平台化车身安全控制技术进行了相关研究,通过系列车型的实际验证,证明了此技术的正确性,同时也为后续车型模块化、平台化开发奠定了理论基础。
一、构建思路
本文研究的第一步是通过对国内外先进主机厂及竞争车型的研究分析,形成车身开发技术的研究方向;第二步是通过设计、仿真、试验相结合的方式进行研究及应用,掌握车身开发关键技术;第三步在车身开发关键技术的基础上,采用设计与仿真分析(CAE)相结合的方式进行深入及全面的研究应用,最终形成车身平台化及模块化技术。
车身平台化的目标是满足平台产品(整车)要求,尽可能提升通用件、降低成本及缩短开发周期,同时达成零件共用化及产品个性化最优平衡点。
车身的设计开发及研究是在整车开发框架内进行的,通过在开发前期系列化多车型(产品群)应用考虑,所开发的平台化车身系统可满足多种不同类型车的应用需求,规避 "先开发后整合"的高耗模式,从而缩短汽车开发周期,减少开发成本,降低开发风险。
车身平台化的设计思想有着很大的灵活性,可以大大满足用户个性化的需求,一个平台可以生产出适应不同市场的产品。因此,在开发轿车(三厢)时已就做好产品群的企划,从技术上考虑了SUV、MPV、旅行车以等主流乘用车车型拓展和车型配置变化的可行性,同时也在技术上为新能源汽车共用平台预留了空间。
二、车身平台化和关键技术研究
随着市场竞争越来越激烈以及消费者需求日益多元化, 世界上主要的乘用车生产企业均已采用平台战略,构建自己产品系列。近年,丰田、大众、通用等企业陆续公布了新的平台发展规划,相关车型将陆续上市。如何进一步提高产品开发效率,缩短开发周期以满足市场需求的变化,将更多的资金用于新能源汽车等新技术新产品的开发,这已经成为各个企业面对的共同课题。
平台战略是产品群开发模式,平台开发之初就考虑同一平台所有车型的规划,谋求平台通用化与单个车型独特性的平衡,即以平台通用化来削减成本,满足消费者物美价廉的追求,以总成/零部件专用化实现单个车型个性化,满足消费者多元化需求。其核心是提高零部件的通用化,尽最大可能实现零部件共享,以实现更大规模的生产,摊销不断增多的车型数量和不断缩短的产品生命周期而导致的高昂开发成本。
平台化车身最大的难点是如何实现高的互换性,既满足两厢和三厢等传统轿车,同时适用于高H 点的SUV、MPV等车型的要求。本文通过对世界主流公司不同的平台开发模式的研究,最终确定了符合自身特点的"模块化车身平台构架"的车身平台化开发模式。
模块化车身平台构架必须满足车型拓展和车型配置变化要求及性能、系统间协同要求,包括:
1.车身性能(刚度、强度、碰撞安全、NVH、密封、防腐、重量等)目标;
2.系列车型零件的通用性;
3.可匹配不同的外造型(上车体);
4.可匹配不同的发动机及变速器;
5.可匹配不同的悬挂;
6.设计容纳总成的空间及安装点;
7.主要零部件之间的标准化接口。
车身平台化/模块化涵盖白车身、开闭件及其附件、车身内饰系统、车身外饰及附件系统。
(一)白车身平台化技术-模块化车身平台构架
白车身平台化主要体现在下车体结构。下车体平台化设计按照最大化要求进行设计,如图1所示:
图1 下车体车型拓展示意图
设定合理的前防火墙到前轮心距离(设定发动机模块的位置是统一不变,故油门踏板距离前轮中心的距离是固定),以保证平台化中的各种车型都能得到优秀的乘员舱空间。
通过调节前地板长度实现轴距长短变化,同时对第二排乘员位置进行微调。在设计过程中考虑平台化地板最大化通用,例如短轴距车型可在长轴距车型地板的基础上增加切边工艺后沿用;车身性能方面按照性能最高要求设计,平台化地板性能可满足平台化车型性能要求;设计考虑车身轻量化要求,通过减少地板加强梁可降低重量,但短轴距车型性能因为轴距减小并未明显降低。
以最大化原则考虑系列动力总成布置,考虑多种轮胎选择,合理布置前/后纵梁以满足平台化的前/后轮距可调,同时满足可搭载多种动力总成(要求发动机模块的位置是统一不变的,发动机安装倾角也是相同的,亦即发动机悬置位置是固定的,规格是系列化的);
根据平台化车型需要,进行调整前/后悬长度;
根据平台化不同级别车型的要求,下车体平台可搭载不同的悬架;
在下车体平台化开发的基础上,通过重新开发上车体实现多种车型演变。
此外,车身的设计还考虑了支持多种动力传动系统,使同一车身构造可以搭载包括内燃机、混合动力、插电式混合动力及纯电动在内的多种动力传动系统。 从图1可以看出,下车体平台化是通过三个区域来实现的,因此对下车体实行分块,分为前机舱总成、前地板总成和后地板总成,图2所示。下面分别对前机舱总成、前地板总成和后地板总成的平台化进行阐述。
图2 某轿车车型下车体
1.前机舱平台化
前机舱总成平台化开发主要考虑满足不同动力及底盘系统配置变化,以及车身碰撞安全性能要求。
动力总成兼顾多种系列发动机,匹配多种变速器总成如WDCT/DDCT、CVT、RMT、MT等,同时考虑纯电/混合动力的机舱布置,底盘方面满足麦弗逊悬架和双叉臂悬架的配置要求。
前轮胎包络应当考虑最大包络以满足所有配置的共用,机舱纵梁宽度满足平台车型下多种不同大小轮胎包络布置要求,同时可通过调整轮距大小满足大轮胎布置要求;考虑发动机悬置、转向机构和副车架在车身安装点保证一致,安装点结构强度可通过重新开发部分零件来满足要求,满足机舱最大化通用要求,机舱内蓄电池等较大的零部件布置及基本的线束和管路走向也应考虑使其尽可能一致。
机舱平台化设计可根据不同车长要求调整前悬长度,通过调整前纵梁前段长度或前防撞梁吸能盒来实现前悬长度的演变。根据不同车型重量变化和前悬长度变化要求,在减短吸能盒的过程中重新设计吸能筋以满足碰撞要求,而机舱纵梁可满足长度调整后平台化共用,如下图3所示。
图3 A级平台前悬长度变化示例
前机舱结构形式不变,通过前地板、后地板的调整,实现SUV、MPV、两厢车型、旅行版车型、运动版等车型的拓展。
2.前地板总成平台化
前地板平台化设计需要考虑不同车型轴距变化、两驱/四驱车底盘及动力零件的布置空间要求。设定合理的前防火墙到前轮心距离,基于平台考虑,前排座椅横梁位置基本不变,因此前地板平台化设计基于模块化进行设计。
前地板总成的平台开发主要考虑平台车型中零件通用化。一般将前地板设计成分体式,即前地板总成由左右地板和中通道总成焊接而成,如图4所示,这样可以通过切换中通道总成满足不同的底盘配置,例如双驱与四驱切换,图5所示;通过更改中通道截面尺寸实现平台车型轮距的调整。
图4 前地板总成分块模式
图5 两驱车型及四驱车型中通道型式
在保证前轮轴心位置不变,前机舱整体位置不变,通过调整前地板后部和中通道后部长度,还可实现轴距的变化,如下图6所示。
图6 下车体平台轴距演变示例
3.后地板总成平台化
后地板总成平台化设计需要考虑多种因素,是车身平台化技术中较为复杂和多变的部分。平台化技术中不同的底盘悬架配置、不同的轴距、轮距和车型变化都会影响到后地板总成的设计。
针对不同的底盘配置、轴距和轮距,后地板总成平台化策略是尽可能通过改变局部安装结构来实现切换,保持后纵梁和后地板等零部件通用,降低开发和生产成本。标准化接口设计,确保后地板部分对多连杆悬架和扭力梁悬架的兼容性,如图7所示。
图7 后悬切换示意图
针对不同的车型,一般后地板和后地板纵梁需要加长或减短,除了底盘系统安装区域需要对应调整,还需要考虑更改后的结构形式对后面碰撞等性能方面的影响。
在平台化设计中一般根据平台规划,尽可能包容所有车型的结构需求,无法包容的区域需要预留优化设计的空间。
4.柔性化共线生产
平台化车型需要满足共线生产。通常策略是根据工艺输入共线约束条件,在平台化设计中共用RPS系统,由于不同的车型尺寸和轴距轮距差异等因素引起的定位点差异可以通过增加支架等方式实现柔性化共线生产。图8是某轿车车型与SUV车型共线生产对应方案示例。
图8 某轿车与SUV车型共线生产方案
(二)GAC几何吸能控制技术--平台化车身安全性控制技术
汽车的碰撞安全性能是整车性能主要关注点之一,车身是构建整车安全性能的基石。因此,车身安全性能是平台化车身设计必须考虑的要素之一。
当前C-NCAP试验是国内检测轿车碰撞安全性能的影响力最大、评判要求最严格的测试,本文以C-NCAP正面碰撞、侧面碰撞试验性能为基础设计汽车的整车碰撞安全性能,兼顾后面碰撞防护、车顶压溃防护性能等项目。同时,本着"以人为本"的理念,将行人保护性能作为轿车碰撞安全性能的开发目标。
研究通过整车碰撞时车身结构传力路径与吸能结构,根据整车碰撞要求完成车身在结构设计时的设计控制方法,从而形成车身安全性开发技术。
在碰撞吸能方面,研究形成了特有的车辆碰撞吸能控制技术,即"GAC几何吸能控制技术":与目前其他常规结构相比,有着碰撞吸能水平优越、碰撞受力变形模式合理、能够更好地保护乘员舱的安全性、实现发动机舱轻量化、发动机舱和乘员舱有更大的布置空间等技术优点。如图9所示:
图9 "GAC几何吸能控制技术"示意图
通过碰撞能量路径优化设计、车身碰撞性能目标分解、车身断面控制技术、车身接头刚度控制技术、车身材料应用技术等五大手段进行全面的车身碰撞安全性结构设计,如图10和11所示。
图10 正面碰撞的力传导路径
图11 车身典型截面位置示意图
秉承以人为本的理念,针对汽车前部车身开展行人保护技术研究,如图12所示,通过优秀的发动机舱布置、人性化的造型设计以及可吸收伤害的车身结构设计等方法进行全方位的车身行人保护设计。
图12 车身行人保护设计
借助于先进的CAE手段(全面的车身碰撞分析体系、优秀的建模能力以及高度逼真仿真结果),不仅可以有效指导车身安全性结构的设计优化,而且可以大量节省开发时间和成本,如图13、图14所示。 图13 碰撞有限元模型建立
图14 前端变形以及左右B柱下方加速度曲线试验与仿真对比
三、车身平台化技术应用
根据上述平台化设计开发技术,本文成功的在某三厢车基础上开发出平台SUV车型。SUV车型主要平台化设计要点如下:
(一)研用三厢车平台GAC结构形式,即弯梁式前纵梁的机舱结构(高桥式弯梁机舱结构),在满足SUV车型大轮胎配置的要求下,对高桥拱式弯梁结构进行了匹配和优化,实现了C-NCAP五星碰撞安全性能,在C-NCAP评价中,三厢车车型获得了48.8的高分,而SUV车型更是获得了49.1的高分,实现了平台车型的优良传承,如图15所示:
图15 某三厢车与SUV高桥式弯梁机舱结构对比
2)SUV前机舱总成101个零件,沿用三厢车车型37个,沿用率37%,前地板总成34个零件,沿用7个,沿用率21%,后地板全新开发,如图16所示:
图16 UV前机舱地板沿用三厢车分布图
3)通过平台化设计,SUV与三厢车实现共线生产(共用托盘、定位夹具等),提高生产效率的同时,有效降低成本。图17是B平台三厢车与SUV车型共线生产对应方案示例:
图17 B平台三厢车与SUV共线生产方案
四、总结
本文通过对国内外先进平台技术的分析和总结,形成了自有的车身平台开发技术,并且开发了基于几何吸能控制原理的车身平台化安全控制技术。基于此技术,成功应用于某系列车型开发,总结如下:
(一)本文技术应用于某轿车及SUV,成功实现了B级由三厢轿车向SUV车型的拓展。在此B级车上成功开发出混动、纯电动车型,目前正在试运行。同时成功应用于A级车,实现了A级由三厢轿车向SUV、掀背门车型的拓展,目前正在拓展MPV等车型。
(二)本技术的应用,使某SUV车型的开发周期(28个月)比某轿车的(33个月)缩短了5个月,不但缩短了开发时间,同时也大大节约了开发成本。
(三)本技术的应用,构建了五星安全家族,系列车型全取的C-NCAP五星评价。
(四)通过采用"目"字形车身封闭结构,有效提高了车身的弯扭刚度,为传祺的NVH舒适性以及底盘操控稳定性打下良好的基础。
(五)突出的轻量化车身。
(六)衍生性强,不同级别车型可共线生产,有效降低制造成本,并提高生产效率。
参考文献
[1] 鞠晓峰.车身平台化开发策略研究[J].汽车技术,2012,(2):7-10.
[2] 沈建东,王镝.车身平台平台架构集成开发应用研究[J].汽车技术,2013,(1):34-37.
[3] 马钧,任云.整车企业产品开发战略发展趋势-基于平台的模块化发展战略 [J].上海汽车,2010,(1):36-40.
[4] 杜淮林.浅谈车型架构的规划方法 [J].上海汽车,2008,(5):28-31.
【关键词】 车身;平台化;安全控制技术
随着汽车开发流程不断成熟,各大汽车厂商推出新车型的速度也不断加快,而传统方式下,一款新车型开发需要48个月。而通过汽车平台化、模块化开发的运用可大大缩短了汽车开发周期,在平台基础上开发新车型一般只需要18~24个月,甚至更短。同时面对近年来汽车市场竞争的激烈,同时消费者对汽车品质的要求越来越高,汽车车身平台化、模块化开发的运用,不但可以大幅缩短开发周期、降低开发成本,而且可以有效降低技术风险、提高产品可靠性。
平台化设计在国外发展已日趋成熟[1],近几年来,自主品牌汽车厂商也开始开展汽车模块化、平台化方面的相关研究[2-4]。本文针对自主品牌轿车开发,对前机舱平台化、前后地板总成平台化、柔性共线生产以及平台化车身安全控制技术进行了相关研究,通过系列车型的实际验证,证明了此技术的正确性,同时也为后续车型模块化、平台化开发奠定了理论基础。
一、构建思路
本文研究的第一步是通过对国内外先进主机厂及竞争车型的研究分析,形成车身开发技术的研究方向;第二步是通过设计、仿真、试验相结合的方式进行研究及应用,掌握车身开发关键技术;第三步在车身开发关键技术的基础上,采用设计与仿真分析(CAE)相结合的方式进行深入及全面的研究应用,最终形成车身平台化及模块化技术。
车身平台化的目标是满足平台产品(整车)要求,尽可能提升通用件、降低成本及缩短开发周期,同时达成零件共用化及产品个性化最优平衡点。
车身的设计开发及研究是在整车开发框架内进行的,通过在开发前期系列化多车型(产品群)应用考虑,所开发的平台化车身系统可满足多种不同类型车的应用需求,规避 "先开发后整合"的高耗模式,从而缩短汽车开发周期,减少开发成本,降低开发风险。
车身平台化的设计思想有着很大的灵活性,可以大大满足用户个性化的需求,一个平台可以生产出适应不同市场的产品。因此,在开发轿车(三厢)时已就做好产品群的企划,从技术上考虑了SUV、MPV、旅行车以等主流乘用车车型拓展和车型配置变化的可行性,同时也在技术上为新能源汽车共用平台预留了空间。
二、车身平台化和关键技术研究
随着市场竞争越来越激烈以及消费者需求日益多元化, 世界上主要的乘用车生产企业均已采用平台战略,构建自己产品系列。近年,丰田、大众、通用等企业陆续公布了新的平台发展规划,相关车型将陆续上市。如何进一步提高产品开发效率,缩短开发周期以满足市场需求的变化,将更多的资金用于新能源汽车等新技术新产品的开发,这已经成为各个企业面对的共同课题。
平台战略是产品群开发模式,平台开发之初就考虑同一平台所有车型的规划,谋求平台通用化与单个车型独特性的平衡,即以平台通用化来削减成本,满足消费者物美价廉的追求,以总成/零部件专用化实现单个车型个性化,满足消费者多元化需求。其核心是提高零部件的通用化,尽最大可能实现零部件共享,以实现更大规模的生产,摊销不断增多的车型数量和不断缩短的产品生命周期而导致的高昂开发成本。
平台化车身最大的难点是如何实现高的互换性,既满足两厢和三厢等传统轿车,同时适用于高H 点的SUV、MPV等车型的要求。本文通过对世界主流公司不同的平台开发模式的研究,最终确定了符合自身特点的"模块化车身平台构架"的车身平台化开发模式。
模块化车身平台构架必须满足车型拓展和车型配置变化要求及性能、系统间协同要求,包括:
1.车身性能(刚度、强度、碰撞安全、NVH、密封、防腐、重量等)目标;
2.系列车型零件的通用性;
3.可匹配不同的外造型(上车体);
4.可匹配不同的发动机及变速器;
5.可匹配不同的悬挂;
6.设计容纳总成的空间及安装点;
7.主要零部件之间的标准化接口。
车身平台化/模块化涵盖白车身、开闭件及其附件、车身内饰系统、车身外饰及附件系统。
(一)白车身平台化技术-模块化车身平台构架
白车身平台化主要体现在下车体结构。下车体平台化设计按照最大化要求进行设计,如图1所示:
图1 下车体车型拓展示意图
设定合理的前防火墙到前轮心距离(设定发动机模块的位置是统一不变,故油门踏板距离前轮中心的距离是固定),以保证平台化中的各种车型都能得到优秀的乘员舱空间。
通过调节前地板长度实现轴距长短变化,同时对第二排乘员位置进行微调。在设计过程中考虑平台化地板最大化通用,例如短轴距车型可在长轴距车型地板的基础上增加切边工艺后沿用;车身性能方面按照性能最高要求设计,平台化地板性能可满足平台化车型性能要求;设计考虑车身轻量化要求,通过减少地板加强梁可降低重量,但短轴距车型性能因为轴距减小并未明显降低。
以最大化原则考虑系列动力总成布置,考虑多种轮胎选择,合理布置前/后纵梁以满足平台化的前/后轮距可调,同时满足可搭载多种动力总成(要求发动机模块的位置是统一不变的,发动机安装倾角也是相同的,亦即发动机悬置位置是固定的,规格是系列化的);
根据平台化车型需要,进行调整前/后悬长度;
根据平台化不同级别车型的要求,下车体平台可搭载不同的悬架;
在下车体平台化开发的基础上,通过重新开发上车体实现多种车型演变。
此外,车身的设计还考虑了支持多种动力传动系统,使同一车身构造可以搭载包括内燃机、混合动力、插电式混合动力及纯电动在内的多种动力传动系统。 从图1可以看出,下车体平台化是通过三个区域来实现的,因此对下车体实行分块,分为前机舱总成、前地板总成和后地板总成,图2所示。下面分别对前机舱总成、前地板总成和后地板总成的平台化进行阐述。
图2 某轿车车型下车体
1.前机舱平台化
前机舱总成平台化开发主要考虑满足不同动力及底盘系统配置变化,以及车身碰撞安全性能要求。
动力总成兼顾多种系列发动机,匹配多种变速器总成如WDCT/DDCT、CVT、RMT、MT等,同时考虑纯电/混合动力的机舱布置,底盘方面满足麦弗逊悬架和双叉臂悬架的配置要求。
前轮胎包络应当考虑最大包络以满足所有配置的共用,机舱纵梁宽度满足平台车型下多种不同大小轮胎包络布置要求,同时可通过调整轮距大小满足大轮胎布置要求;考虑发动机悬置、转向机构和副车架在车身安装点保证一致,安装点结构强度可通过重新开发部分零件来满足要求,满足机舱最大化通用要求,机舱内蓄电池等较大的零部件布置及基本的线束和管路走向也应考虑使其尽可能一致。
机舱平台化设计可根据不同车长要求调整前悬长度,通过调整前纵梁前段长度或前防撞梁吸能盒来实现前悬长度的演变。根据不同车型重量变化和前悬长度变化要求,在减短吸能盒的过程中重新设计吸能筋以满足碰撞要求,而机舱纵梁可满足长度调整后平台化共用,如下图3所示。
图3 A级平台前悬长度变化示例
前机舱结构形式不变,通过前地板、后地板的调整,实现SUV、MPV、两厢车型、旅行版车型、运动版等车型的拓展。
2.前地板总成平台化
前地板平台化设计需要考虑不同车型轴距变化、两驱/四驱车底盘及动力零件的布置空间要求。设定合理的前防火墙到前轮心距离,基于平台考虑,前排座椅横梁位置基本不变,因此前地板平台化设计基于模块化进行设计。
前地板总成的平台开发主要考虑平台车型中零件通用化。一般将前地板设计成分体式,即前地板总成由左右地板和中通道总成焊接而成,如图4所示,这样可以通过切换中通道总成满足不同的底盘配置,例如双驱与四驱切换,图5所示;通过更改中通道截面尺寸实现平台车型轮距的调整。
图4 前地板总成分块模式
图5 两驱车型及四驱车型中通道型式
在保证前轮轴心位置不变,前机舱整体位置不变,通过调整前地板后部和中通道后部长度,还可实现轴距的变化,如下图6所示。
图6 下车体平台轴距演变示例
3.后地板总成平台化
后地板总成平台化设计需要考虑多种因素,是车身平台化技术中较为复杂和多变的部分。平台化技术中不同的底盘悬架配置、不同的轴距、轮距和车型变化都会影响到后地板总成的设计。
针对不同的底盘配置、轴距和轮距,后地板总成平台化策略是尽可能通过改变局部安装结构来实现切换,保持后纵梁和后地板等零部件通用,降低开发和生产成本。标准化接口设计,确保后地板部分对多连杆悬架和扭力梁悬架的兼容性,如图7所示。
图7 后悬切换示意图
针对不同的车型,一般后地板和后地板纵梁需要加长或减短,除了底盘系统安装区域需要对应调整,还需要考虑更改后的结构形式对后面碰撞等性能方面的影响。
在平台化设计中一般根据平台规划,尽可能包容所有车型的结构需求,无法包容的区域需要预留优化设计的空间。
4.柔性化共线生产
平台化车型需要满足共线生产。通常策略是根据工艺输入共线约束条件,在平台化设计中共用RPS系统,由于不同的车型尺寸和轴距轮距差异等因素引起的定位点差异可以通过增加支架等方式实现柔性化共线生产。图8是某轿车车型与SUV车型共线生产对应方案示例。
图8 某轿车与SUV车型共线生产方案
(二)GAC几何吸能控制技术--平台化车身安全性控制技术
汽车的碰撞安全性能是整车性能主要关注点之一,车身是构建整车安全性能的基石。因此,车身安全性能是平台化车身设计必须考虑的要素之一。
当前C-NCAP试验是国内检测轿车碰撞安全性能的影响力最大、评判要求最严格的测试,本文以C-NCAP正面碰撞、侧面碰撞试验性能为基础设计汽车的整车碰撞安全性能,兼顾后面碰撞防护、车顶压溃防护性能等项目。同时,本着"以人为本"的理念,将行人保护性能作为轿车碰撞安全性能的开发目标。
研究通过整车碰撞时车身结构传力路径与吸能结构,根据整车碰撞要求完成车身在结构设计时的设计控制方法,从而形成车身安全性开发技术。
在碰撞吸能方面,研究形成了特有的车辆碰撞吸能控制技术,即"GAC几何吸能控制技术":与目前其他常规结构相比,有着碰撞吸能水平优越、碰撞受力变形模式合理、能够更好地保护乘员舱的安全性、实现发动机舱轻量化、发动机舱和乘员舱有更大的布置空间等技术优点。如图9所示:
图9 "GAC几何吸能控制技术"示意图
通过碰撞能量路径优化设计、车身碰撞性能目标分解、车身断面控制技术、车身接头刚度控制技术、车身材料应用技术等五大手段进行全面的车身碰撞安全性结构设计,如图10和11所示。
图10 正面碰撞的力传导路径
图11 车身典型截面位置示意图
秉承以人为本的理念,针对汽车前部车身开展行人保护技术研究,如图12所示,通过优秀的发动机舱布置、人性化的造型设计以及可吸收伤害的车身结构设计等方法进行全方位的车身行人保护设计。
图12 车身行人保护设计
借助于先进的CAE手段(全面的车身碰撞分析体系、优秀的建模能力以及高度逼真仿真结果),不仅可以有效指导车身安全性结构的设计优化,而且可以大量节省开发时间和成本,如图13、图14所示。 图13 碰撞有限元模型建立
图14 前端变形以及左右B柱下方加速度曲线试验与仿真对比
三、车身平台化技术应用
根据上述平台化设计开发技术,本文成功的在某三厢车基础上开发出平台SUV车型。SUV车型主要平台化设计要点如下:
(一)研用三厢车平台GAC结构形式,即弯梁式前纵梁的机舱结构(高桥式弯梁机舱结构),在满足SUV车型大轮胎配置的要求下,对高桥拱式弯梁结构进行了匹配和优化,实现了C-NCAP五星碰撞安全性能,在C-NCAP评价中,三厢车车型获得了48.8的高分,而SUV车型更是获得了49.1的高分,实现了平台车型的优良传承,如图15所示:
图15 某三厢车与SUV高桥式弯梁机舱结构对比
2)SUV前机舱总成101个零件,沿用三厢车车型37个,沿用率37%,前地板总成34个零件,沿用7个,沿用率21%,后地板全新开发,如图16所示:
图16 UV前机舱地板沿用三厢车分布图
3)通过平台化设计,SUV与三厢车实现共线生产(共用托盘、定位夹具等),提高生产效率的同时,有效降低成本。图17是B平台三厢车与SUV车型共线生产对应方案示例:
图17 B平台三厢车与SUV共线生产方案
四、总结
本文通过对国内外先进平台技术的分析和总结,形成了自有的车身平台开发技术,并且开发了基于几何吸能控制原理的车身平台化安全控制技术。基于此技术,成功应用于某系列车型开发,总结如下:
(一)本文技术应用于某轿车及SUV,成功实现了B级由三厢轿车向SUV车型的拓展。在此B级车上成功开发出混动、纯电动车型,目前正在试运行。同时成功应用于A级车,实现了A级由三厢轿车向SUV、掀背门车型的拓展,目前正在拓展MPV等车型。
(二)本技术的应用,使某SUV车型的开发周期(28个月)比某轿车的(33个月)缩短了5个月,不但缩短了开发时间,同时也大大节约了开发成本。
(三)本技术的应用,构建了五星安全家族,系列车型全取的C-NCAP五星评价。
(四)通过采用"目"字形车身封闭结构,有效提高了车身的弯扭刚度,为传祺的NVH舒适性以及底盘操控稳定性打下良好的基础。
(五)突出的轻量化车身。
(六)衍生性强,不同级别车型可共线生产,有效降低制造成本,并提高生产效率。
参考文献
[1] 鞠晓峰.车身平台化开发策略研究[J].汽车技术,2012,(2):7-10.
[2] 沈建东,王镝.车身平台平台架构集成开发应用研究[J].汽车技术,2013,(1):34-37.
[3] 马钧,任云.整车企业产品开发战略发展趋势-基于平台的模块化发展战略 [J].上海汽车,2010,(1):36-40.
[4] 杜淮林.浅谈车型架构的规划方法 [J].上海汽车,2008,(5):28-31.