2021车身大会 | 鲁后国：基于性能驱动的江淮全新平台白车身结构设计

2021年3月23日-24日，由盖世汽车主办的“2021年中国车身大会”隆重召开。本次大会重点围绕整车轻量化、汽车安全法规、车身结构设计、车身先进材料、仿真技术、模块化架构车身等行业焦点话题展开探讨，为产业发展出谋划策。会议期间，江淮汽车技术中心车体设计部技术总监 鲁后国发表了精彩演讲，内容如下。

江淮汽车 技术中心车体设计部技术总监 鲁后国

各位行业同仁，大家上午好。今天我讲的车身设计，前面很多朋友已经讲过，今天我可能会从更细一点的方面来讲，希望与大家一起做交流，不足之处请大家批评指正。

分四个内容：1、车身设计概述；2、车身性能目标设计；3、车身结构性能一体化概念设计；4、总结。

一、车身设计概述

车身结构比较复杂，现在我们经常会讲到一体化车身，其实在未来相当一段长时间内，车身还是这样一个结构，它是有400多个部件，600-8000各类焊点，200米左右各类胶体集成的复杂构体，在这样一个情况下，它的设计还是比较具有挑战性的。这样一个复杂的车身它更需要我们研究，更需要我们去挖掘，应该说现代车身设计还是一个比较前沿的设计技术。

这是目前在市面上主流的车身结构形式，钢制车身、钢铝混合、全铝和多材料复合材料车身。这四种车身在市场上面都是存在的，都是批量存在的。

我们主机厂做几个东西，一个是车身，一个是发动机。车身是核心的东西，因为它需要实现的功能特别多。内外饰部件也好，底盘部件也好，动力总成也好都是装在这个车身上。另外车身需要有足够的强度和刚度几满足碰撞性能要求，同时还要关注它的工艺性，同时考虑模块化和通用化。轻量化方面，这样400多公斤的车身怎么实现轻量化？如果降10%，就有40公斤的收益，所以讲轻量化是车身重要的功能需求，最后落脚到成本上面，成本是我们需要重点关注的。

二、车身性能目标设计

性能目标主要分为几大方面，小的方面加起来有几百项，这里列了几个主要的性能指标。1、轻量化，包括车体重量，轻量化系数，面密度。2、安全性，包括C-NCAP，C-IASI。3、NVH，其中一阶扭转，一阶弯曲是我们需要重点关注的。我们希望白车身一阶扭转大于40赫兹，一阶弯曲达到50赫兹，扭转刚度，弯曲刚度，我们希望达到1.8万以上。4、可靠性。5、防腐。6、气密性。7、成本。

在这里面其他的指标设定过程一般比较简单，轻量化和成本在设计过程相对来说还是比较复杂，这里我会简单介绍一下轻量化的设计过程和成本前期目标的设定过程。

这是目前我们做得轻量化目标设定方法，车身开发怎么样设定它的重量目标呢？我们是设定400公斤，还是405公斤，还是395公斤，到底怎么设定的？结合我个人做这么多年车身设计中总结的经验，大体采用这样一个设定过程。一个是等尺寸换算过程，中间有一系列的重量修正，安全也好，扭转刚度也好，技术发展趋势，进而设定初步重量，对轻量化系数，面密度进行初定，接下来对目标进行校核，看到底适不适合行业趋势或者企业开发给你设定的上级目标。

扭转刚度的设定从这样几个方面考虑，前两个是我们开发平台车型的尺寸和平台相关的。第二是操控性和NVH性能。大家知道底盘系统操控对刚度是有一定要求的。年增长率主要是要符合行业的趋势，包括“十四五”的规划，节能汽车技术路线图里面其实是有明确要求的。

我们知道底盘前后悬架对车身刚度是有要求的，我们希望在设计过程中，我们开发的是纯刚性车身，那就不会对底盘悬挂系统产生影响，但是实际上是做不到，因为车身并不是一个刚性体。我们希望车身尽量对悬架系统刚性产生比较小的影响，据统计我们可能需要10-15倍刚性。从这个角度来说，底盘系统或者整车操稳系统，扭转刚度设定在1.5万是合适的。从NVH性能角度考虑，通过大量数据测试，一般一个车在1.6万-1.8万扭转刚度基础上，行驶过程对噪声和震动就不会产生大的影响。结合这样的操控性，NVH性能要求，我们设定这样一个性能目标。

最后是年增长率，路线图里有明确提出来，希望中国车身扭转刚度在“十四五”之内有25%左右的提升，这样分解下来，每年有5%的提升要求。假如现在设定一个目标，2025年出来可能就要比现在多5%乘以3次方的结果。

重量的设定，首先我们根据尺寸预估得到初步重量，然后进行修补，扭转刚度的提升是需要重量产生的，我们通过大量数据统计，每增加1000扭转刚度可能需要6.4kg，随着设计技术提升这个重量会往下走。还有碰撞补偿，原来基础可能达不到新的法规要求，对车身可能更主要的是正面MPDB的碰撞，就是兼容性的碰撞，这个兼容性碰撞必然需要增加第三条传力路径，这样的话重量是需要增加的。

基于这个重量补偿和前面重量的预估以及重量的降低，结合“十四五”轻量化技术路线图，设定年降重率为2.5%。在这个基础上我们再进行校核，看它在什么样的水平上面。红点就是前面设定的基础，在这个基础上进行校核。

轻量化讲完再讲一下车身成本目标的设定，大家知道成本是比较复杂的，这里更多讲的是设计成本，因为白车身成本6000-8000元的水平，设计成本可能达到70%左右，也就是设计成本直接决定了最终白车身的成本。设计成本可以分解成几块，除了重量，这里还想讲一些细节的东西。首先是车身用钢，里面具体每一个等级用钢的比例。每个钢材的基价或者成本是不一样的，每个钢厂也好，每个公司采购也好，最经济的钢材的价格位置是在哪个位置，是有具体的统计的。这个设定是基于前面讲的碰撞也好，刚度也好，这个必须在概念初期就规划好各种钢材的用量。如果不规划好，到后期无论是成本的控制，还是设计的难度都是没法进行控制的。还有镀锌板的重量占比。另外是材料利用率，每增加1个百分点材料利用，车身成本可以降低1.66%水平。结构胶，最后是焊点，我们车上有很多的焊点，焊点数量也决定了最终的成本。焊点以0.1元人民币来计算，一个车上有6000个焊点就是600元左右。6000个焊点如何分布的更好，这需要详细的设计。

三、车身结构性能一体化概念设计

在概念设计初期就涉及到选择车身类型，到底选择什么样的车身结构，我觉得基于以下几点。你的平台要求，产品要求，动力总成的要求，我们必须要去选择这样一个合适车身结构形式，车身结构形式没有任何好坏，只有合适与不合适之分。这个图上面列了各个点，这里就不做细讲。

之后我们要进行详细的概念设计，当前车身设计发展趋势上，应该更多的关注前期概念设计。我们知道现在车身设计最重要的点就是快，快速开发也好，迭代开发过程也好。第二是性能要求越来越高，必须在短时间内达到更高的性能要求。

图上黑色线是之前的设计，蓝色线是我们希望达到的前期概念设计一体化，这样两条线有明显的区别，一个是波动幅度，一个是波动次数。以轻量化为目标的结构、材料、性能一体化车身设计，加上结构性能达标的概念设计+详细结构性能一体化设计，通过这样的方法提升概念设计的水平。

从目标设计也好，断面概念设计，刚度车身设计，基于碰撞的车身设计，有这么几大过程。这里是流程，在框架设计阶段和断面设计阶段，包括刚度设计以及碰撞设计和焊点设计，我后面会稍微讲一下。

这张图展示的是细节部分，讲的是前期总布置阶段，规划阶段，一些细节点必须把握住，不把握住，后面材料和结构用的再好，性能达标也是比较困难的。

断面设计，我们可以把车身上四五十个断面划分两大类，一个是跟刚度强相关，一个跟碰撞强相关的。

简单举两个例子，刚度断面设计，主要关注它的抗弯性能。我们经常喜欢在梁上加加强筋，如果设计错了对刚性其实是没有提升的。右图是典型使用的场景，可以看到车身梁的上面，特别是刚度相关梁，后纵梁有双层梁结构，单层梁结构，加强筋也好，其实这都是设计理念的体现。

这是碰撞断面设计，左图是经典的理论，大家都认为这样一个碰撞角越多吸能效果越好，实际上我们做结构设计的时候没法做这么多角，八个角可能是最好或者倾向于圆的角度最好，实际上是做不到的。因此我们希望压溃纵梁可以采用加强筋或者凸起，这样提升压溃的能力。

接下来是基于刚度的结构设计，结构环，接头，关键件，局部结构设计，结构胶设计，无非从这五大方面进行设计。结构环稍微讲一下，车上那么多结构环，每个结构环贡献度是不一样的。我们可以把车身看作盒状结构，这些刚度面相当于是弹簧串联在一起，什么意思呢？刚度最差的面往往决定了整个车身的刚度，所以我们需要查漏补缺。刚度最差的几个面是什么？侧围，因为有几个门洞，但是没有好办法去提升它。另外是尾门洞（D和C环），但是它是可以做结构设计的，重点对C环，D环进行合理的设计。前挡风玻璃有一个洞为什么不需要设计呢？因为整车出来是带风挡玻璃的，轿车设计和SUV设计是不一样的。

C环设计很简单，就是几个方面，一个是横梁，一个是角度，横梁20毫米是最经济实惠的，斜70度其实是最好的，但是往往很难做到，只能做到45度角。从这几点基本可以提升或者达到C环的设计要求。从这个角度来说，C环设计就是这几点，其他的可能都是浪费的，大家把握好这几点应该不会有特别大的问题。

D环是典型的口字型结构，这里有一个公式，在这种情况下S变化直接影响刚度，我们的设计过程是什么呢？设计重点就是不让它进行变形，怎么不让它变形？A和B梁是没办法解决的，加的再强也会变形，所以我们只能在接头部位进行设计。

接下来讲一下接头，我们车上有A柱接头和B柱接头，一个是自身刚度，一个是面外刚度和面内刚度。落实到真正设计上可以采用大尺寸搭接或者内外接头错开的设计，增加内部结构的设计来提升整个接头刚度。特别讲一下C柱下接头刚度，增加这样一个支撑加强板，它对碰撞有作用，但最大作用是提升它的刚度，大家有机会的话可以尝试一下。

为什么这样说呢？我们之前做过一些设计和分析，这里增加一个加强板，留1-2毫米间隙，在路上可能会产生扭曲异响，为什么响？就是因为变形，变形是因为这个地方受到的力大或者这个地方结构刚性在车子里面是敏感点，对敏感点提升可以间接提升整体的刚度。

对于关键件设计，车上有两个部件很重要，一个是B柱，一个是后纵梁。B柱上可能很多车上设计有加强筋，最主要的作用是提升面的临界应力，这样就可以提升在碰撞弯曲过程中屈服力，一般是通过加强筋形式，从物理层面降低B值的大小。

后纵梁它是重点，主体料厚是1.6毫米以上，设计高度在90毫米，这个设计在日本车里面经常会体现出来，原因就是因为下面空间布置局限，导致整个纵梁深度达不到这样一个要求，我们在行李箱里面会看到凸起的纵梁解决这个刚度问题，大家设计的时候建议可以参考一下。加强筋的部分，它可以根据设计需求决定它的走向。

结构胶在车身上50毫米是最经济和实惠的，50毫米以下可能影响特别大，50毫米以上呢？我们看到有些车有100米的，确实它有几个方面的考虑，一个是刚度，一个是有别的方面考虑，但是总体而言我认为50毫米是最合适最经济的。布置位置是C、D环，后地板，前围和门槛等关键区域。只有这些地方在车身是比较薄弱的点，而且是可以提升的点。你要在侧围上加很多结构胶其实效率是比较低的。

碰撞简单讲一下，原来是40%偏置碰，现在取消了，变成50%MPDB碰撞，讲究的是伤害的兼容性，在自己没事儿的基础上也不要把别人撞坏。它需要我们增加第三条传力路径，无形中对车身设计要求是降低的的但往往在很多企业里面设计这样一个部件又划归到车身里面，所以总体我们需要关注前部重点设计。中国现在推荐保险指数，25%的偏置碰对我们是最大的难点，但只要愿意花钱都能设计，对我们来说要关注一些细节，搭接也好，在碰撞过程中多角也好。

L型小支架这里讲一下，棱边强化大家有没有听说过，你增加这样一个L型小支架，在角处加强，无形之中提升了角部的强度，提升了碰撞性能。从车身冲压件角度来说增加这样的部件是最经济和最快速的。

这是B柱的设计，从技术的发展来说，B柱采用VRB热成形方式是越来越普遍，因为随着现在侧面碰撞发生变化，整个门槛在碰撞过程中起到的作用是越来越少，主要是抗弯和抗扭的过程。基本上碰撞是在绿色块的部分，这是座椅下部骨架部分作用是吸能的。从顶部来说顶部加强采用这样的形式是最合适的。

这是材料的设计，目前材料设计VRB和热成形门环是比较流行的趋势，从我个人理解，这个技术一定是要应用的，而且在未来3-5年是快速爆发式增长的。

后面简单讲一下焊点，车身上有几类焊点：30、40、50mm的距离，30在什么地方，40在什么地方，50在什么地方，它是有一致性规律的。在这个基础上我们需要梳理出TLD关键焊点，在制造控制过程中，在1000或者2000个TLD焊点中必须要求100%合格的。

前面主要是性能方面，后面稍微快速过一下，因为车身不止有碰撞和轻量化，还有气密性的要求，气密性的公式无非就是这样一个流体力学，可以改变的东西，一个是A（面积），车身是空腔结构，我们设计最简单的方法就是这样的设计。通过这样的设计，可以把气密性控制在15左右每分钟标准立方英尺的水平。

防腐性能方面，我们讲六年也好，十二年也好，最后要落实到设计过程中，从膜厚也好，结构，材料，密封，验证阶段，无非是这样几个方面。结构设计主要是排气、电泳孔布置。镀锌板的使用其实是有讲究的，国内主流是30%以上，为什么是30%以上？我们车身的外观，五年六年是不允许锈蚀的，这样的外观部件全部设计镀锌板，还有发动机舱不能看到明显的锈迹，还有尾门，这样计算下来，车身镀锌板是30%以上，如果追求更高可以达到70%，这就需要更高的镀锌板设计的识别。

密封结构设计，合理进行焊缝胶，孔塞孔贴，点焊胶，PVC及注蜡设计，实现全方位密封覆盖。防腐蜡最重要的是保护焊缝，因为焊缝没法涂装。

四、总结

1、概念设计作为设计的开端，对车体结构设计起到了打基础的作用。概念设计的好坏直接决定了车体性能的高低及结构的优劣，后续的各设计阶段只是对概念设计进行的细化、美化、配合调整及提升。

2、为了得到更优秀的车体，车体概念设计阶段在对车体结构进行设计的同时，需要对性能、成本、精度等各方面进行同步设计。

好，我就讲这么多，谢谢大家。