摘要： 本文介绍了汽车车身三维设计开发的过程及其中的质量关注点。
Abstract: This article introduces three-dimensionl design and development process of the auto body and reference point of quality．
关键词： 白车身；各部位设计和开发的过程；质量关注点
Key words: white body；design and development process of varieus spots；reference point of quality
中图分类号：U462文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）２2-0038-02
0引言
白车身结构设计分成八大片，如前后围，两个侧围，地板，顶盖，发动机舱前横梁及前灯架，驾驶室前围板，驾驶室后挡板（挡后货箱的板），及行李箱后围板，这8块板是8个总成，比如侧围总成所有的侧围件焊成一个总成，这8大块拼起来。在拼焊时，冲压件，机器人焊或手工焊，各总成焊完后，还有一个总焊，把它夹紧后，机器人和人工一起焊，工艺上能实现流水作业。所有的零件都按照八大块去分块，结果接哪一块就归类到哪一块，对相应的工装要考虑，把零件要焊在相应总成上去，这是车身结构分块，这8大块总成是车身设计要考虑的。所以说车身复杂，分成大块，每一块里面就不复杂了，放在一起很复杂，到处是弯曲的，但是每一块拿来看，每一块都很简单，每一块都要落实到每个冲压件上去[1]。
1白车身设计
1．1 侧围设计A柱零件由内外两块板，一些汽车A柱还有内加强板或外加强板，当然B柱也有内外板，也可以两个零件焊完后再合到侧围上去，每一个零件都是分开制造的，门槛粱，门槛粱内外板，拼起来最后门槛粱和A柱B柱再焊起来，都是一段一段的，而且每段都有一个内板，一个外板，形成箱形结构，发动机罩，格栅等，都是这样的结构。对于整体式侧围，外板是整体的，内板一般也是分块的结构焊接成整体，侧围总成设计见图1。
1．2 顶盖设计顶盖的设计，顶盖横粱的设计，前和后各有一根横粱，中间还有一根横粱，横粱靠胶粘，一种弹性胶，这种胶很硬，它可以传递力，冲压出的横粱不能和外板紧密结合在一起，冲压件的精度不是数控加工出来的，拿一块厚的钢板在五轴铣出来的，不可能准确的，即使是都用冲压模具，也做不到。由于回弹变形等原因，0.1~2mm的误差是有的，严格的配合在一起就出现顶盖内外板形状干涉产生的变形。怎么支撑呢？用特种胶涂进横梁存胶处以后变硬，固化以后胶本身有硬度，有弹性，当顶盖变形能把力传递到横粱上，所以设计横粱离顶盖差3-5mm，顶盖横粱有一个翻边。把靠顶盖横粱上顶上翻边上要做一个凹进去的区域。就是说有两个翻边的地方，要做一个肋，肋里面放胶用的。横粱的刚度就靠这个断面，因横粱要有刚度，如果没有下凹这个断面，横粱没刚度一样要变形，所以基本上都是靠胶的，当然横粱前风档板的地方，和顶盖外板是配合尺寸焊上去的，以增加刚度，但正面一定要这样，因制造有偏差（见图2）。
1．3地板设计地板的设计，一般分为几段，因地板做大模具，也冲压不出来，设计一段焊接起来。一般轿车分为前，中及后地板三个零件。设计了好多筋，有的筋是为了结构需要，为了管线布置等，多数筋的结构是为了增加刚度，这样的筋结构它有刚度相当于6mm-10mm厚的钢板，比如说用1mm的钢板做的地板，做成这样筋的话，比10mm厚的钢做筋的刚度来得大。但重量轻近10倍，因为筋是平板拉延出来的，拉出来后比1mm更薄，厚原来是1mm，一拉伸以后，就拉伸成型，这里很薄，并不是1mm，拉出来后就小于1mm。作孔时，不是在上面打一个孔就行了，翻一个2mm的边，孔的刚度就不一样，不能随便开一个边孔，车身件所有的孔几乎都是有凹台的即沉孔。车身孔的一般设计成如下情况，这种孔，下底面，留5mm左右的一个边，沉孔的深度根据工艺来定（一般3~5mm），这个零件的刚度马上就上去了。当然对地板来说，一般不加孔，因为地板还要密封。因为地板要求和外界封闭，防水，防灰尘等（见图3）。
1．4 发动机舱结构设计发动机舱（包括前围板）和侧围的焊接关系都要考虑，确定界线。第一轮的设计，要配有一定的手工制件的检验，我们的螺钉车，手工做，成本很低，几万元钱人工费就做出来了，当然零件要和数模一致。设计时（在数模上），一块大钢板冲压成截面为几十毫米的梁，冲出来要有结构，有筋，加筋就可以增加刚度，车身设计，不管是哪一个面，只要其面积超过一定的面积，比如说宽度超过60mm，长度超过60mm，这么大一块面积，不允许这上面什么筋也没有，孔也没有，刚度会很弱，面积越大，刚度越弱，这是众所周知的。所以在车身设计中，到处加筋，到处加孔，加翻边。然后再做有限元分析和校核，就不会出错了，肯定刚度是够的。
2碰撞与结构分析及结构优化设计
车身有限元分析是很重要的一块，ＣＡＤ内容要掌握好，要把几百个车身零件拼合起来，然后焊点要模拟（因为焊点要传递力）用节点把它们连接起来，然后所有的零件都连接成一个整体，做整个结构刚度，扭转刚度计算，还有加上载荷以后的应力，看看应力是不是很大，一个车轮相空，看看这时的应力怎样，变形很大的地方，应力很大，变形以后就断了或裂开了，这时候就要计算，还要计算一下模态，看看模态分布合不合理，刚度整体分配是不是均匀，有些地方过强，有些地方过弱，就要调整设计，这里的整个过程就是结构优化设计。初步设计方案是根据以前经验和结果设计的，然后再结构优化，修改三维数模，这个过程是在三维数模结束的时候，或者试制样车结束前，要提前介入，提前建模，提前进行分析，当然还有碰撞分析，等这个结果出来以后，碰撞分析，要把发动机，前悬架都装进去，把发动机质量也进行模拟，把这些质量支撑点都要模拟，它们也有惯性力和支撑力的，把这些全放进去，包括发动机的刚度（发动机有一个反撑刚度），包括发动机弹性支撑座，全要考虑进去，这时候模拟碰撞过程，看看碰撞负荷，是否达到车身碰撞法规要求，如果不能达到，修改结构设计。然后做模态分析，模态分析也就是说时域振型，不同的频率，不同点的变形量，不同模态对应不同频率，发现某一点变形量比较大，某一边变形量比较小，某一块设计太强了，就要把它变薄弱一点，钢板改薄，或筋少打一点，或者某些地方加一些筋等等，形成结构优化，使它模态分布，变形都比较均匀。
3结束语
汽车车身三维设计开发和结构强度模拟分析，可以大大节省开发周期和开发费用。进行样车试制、道路试验后，再根据道路试验数据进行模拟分析，可减少产品结构修改和道路试验的次数。同时三维数模的建立和车身各部位尺寸公差的匹配确定，为后续各制造工序提供了良好的数据支持，也可以提高制造精度和周期。为提高车身开发质量和节省开发周期，提供有力的保证。
参考文献：
[１]高和生．汽车工程手册．北京：人民交通出版社，2001.6．