2021年3月23日-24日，由蓋世汽車主辦的“2021年中國車身大會”隆重召開。本次大會重點(diǎn)圍繞整車輕量化、汽車安全法規(guī)、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、車身先進(jìn)材料、仿真技術(shù)、模塊化架構(gòu)車身等行業(yè)焦點(diǎn)話題展開探討，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展出謀劃策。會議期間，江淮汽車技術(shù)中心車體設(shè)計(jì)部技術(shù)總監(jiān) 魯后國發(fā)表了精彩演講，內(nèi)容如下。

江淮汽車 技術(shù)中心車體設(shè)計(jì)部技術(shù)總監(jiān) 魯后國

各位行業(yè)同仁，大家上午好。今天我講的車身設(shè)計(jì)，前面很多朋友已經(jīng)講過，今天我可能會從更細(xì)一點(diǎn)的方面來講，希望與大家一起做交流，不足之處請大家批評指正。

分四個(gè)內(nèi)容：1、車身設(shè)計(jì)概述；2、車身性能目標(biāo)設(shè)計(jì)；3、車身結(jié)構(gòu)性能一體化概念設(shè)計(jì)；4、總結(jié)。

一、車身設(shè)計(jì)概述

車身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，現(xiàn)在我們經(jīng)常會講到一體化車身，其實(shí)在未來相當(dāng)一段長時(shí)間內(nèi)，車身還是這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，它是有400多個(gè)部件，600-8000各類焊點(diǎn)，200米左右各類膠體集成的復(fù)雜構(gòu)體，在這樣一個(gè)情況下，它的設(shè)計(jì)還是比較具有挑戰(zhàn)性的。這樣一個(gè)復(fù)雜的車身它更需要我們研究，更需要我們?nèi)ネ诰?，?yīng)該說現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)還是一個(gè)比較前沿的設(shè)計(jì)技術(shù)。

這是目前在市面上主流的車身結(jié)構(gòu)形式，鋼制車身、鋼鋁混合、全鋁和多材料復(fù)合材料車身。這四種車身在市場上面都是存在的，都是批量存在的。

我們主機(jī)廠做幾個(gè)東西，一個(gè)是車身，一個(gè)是發(fā)動機(jī)。車身是核心的東西，因?yàn)樗枰獙?shí)現(xiàn)的功能特別多。內(nèi)外飾部件也好，底盤部件也好，動力總成也好都是裝在這個(gè)車身上。另外車身需要有足夠的強(qiáng)度和剛度幾滿足碰撞性能要求，同時(shí)還要關(guān)注它的工藝性，同時(shí)考慮模塊化和通用化。輕量化方面，這樣400多公斤的車身怎么實(shí)現(xiàn)輕量化？如果降10%，就有40公斤的收益，所以講輕量化是車身重要的功能需求，最后落腳到成本上面，成本是我們需要重點(diǎn)關(guān)注的。

二、車身性能目標(biāo)設(shè)計(jì)

性能目標(biāo)主要分為幾大方面，小的方面加起來有幾百項(xiàng)，這里列了幾個(gè)主要的性能指標(biāo)。1、輕量化，包括車體重量，輕量化系數(shù)，面密度。2、安全性，包括C-NCAP，C-IASI。3、NVH，其中一階扭轉(zhuǎn)，一階彎曲是我們需要重點(diǎn)關(guān)注的。我們希望白車身一階扭轉(zhuǎn)大于40赫茲，一階彎曲達(dá)到50赫茲，扭轉(zhuǎn)剛度，彎曲剛度，我們希望達(dá)到1.8萬以上。4、可靠性。5、防腐。6、氣密性。7、成本。

在這里面其他的指標(biāo)設(shè)定過程一般比較簡單，輕量化和成本在設(shè)計(jì)過程相對來說還是比較復(fù)雜，這里我會簡單介紹一下輕量化的設(shè)計(jì)過程和成本前期目標(biāo)的設(shè)定過程。

這是目前我們做得輕量化目標(biāo)設(shè)定方法，車身開發(fā)怎么樣設(shè)定它的重量目標(biāo)呢？我們是設(shè)定400公斤，還是405公斤，還是395公斤，到底怎么設(shè)定的？結(jié)合我個(gè)人做這么多年車身設(shè)計(jì)中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，大體采用這樣一個(gè)設(shè)定過程。一個(gè)是等尺寸換算過程，中間有一系列的重量修正，安全也好，扭轉(zhuǎn)剛度也好，技術(shù)發(fā)展趨勢，進(jìn)而設(shè)定初步重量，對輕量化系數(shù)，面密度進(jìn)行初定，接下來對目標(biāo)進(jìn)行校核，看到底適不適合行業(yè)趨勢或者企業(yè)開發(fā)給你設(shè)定的上級目標(biāo)。

扭轉(zhuǎn)剛度的設(shè)定從這樣幾個(gè)方面考慮，前兩個(gè)是我們開發(fā)平臺車型的尺寸和平臺相關(guān)的。第二是操控性和NVH性能。大家知道底盤系統(tǒng)操控對剛度是有一定要求的。年增長率主要是要符合行業(yè)的趨勢，包括“十四五”的規(guī)劃，節(jié)能汽車技術(shù)路線圖里面其實(shí)是有明確要求的。

我們知道底盤前后懸架對車身剛度是有要求的，我們希望在設(shè)計(jì)過程中，我們開發(fā)的是純剛性車身，那就不會對底盤懸掛系統(tǒng)產(chǎn)生影響，但是實(shí)際上是做不到，因?yàn)檐嚿聿⒉皇且粋€(gè)剛性體。我們希望車身盡量對懸架系統(tǒng)剛性產(chǎn)生比較小的影響，據(jù)統(tǒng)計(jì)我們可能需要10-15倍剛性。從這個(gè)角度來說，底盤系統(tǒng)或者整車操穩(wěn)系統(tǒng)，扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)定在1.5萬是合適的。從NVH性能角度考慮，通過大量數(shù)據(jù)測試，一般一個(gè)車在1.6萬-1.8萬扭轉(zhuǎn)剛度基礎(chǔ)上，行駛過程對噪聲和震動就不會產(chǎn)生大的影響。結(jié)合這樣的操控性，NVH性能要求，我們設(shè)定這樣一個(gè)性能目標(biāo)。

最后是年增長率，路線圖里有明確提出來，希望中國車身扭轉(zhuǎn)剛度在“十四五”之內(nèi)有25%左右的提升，這樣分解下來，每年有5%的提升要求。假如現(xiàn)在設(shè)定一個(gè)目標(biāo)，2025年出來可能就要比現(xiàn)在多5%乘以3次方的結(jié)果。

重量的設(shè)定，首先我們根據(jù)尺寸預(yù)估得到初步重量，然后進(jìn)行修補(bǔ)，扭轉(zhuǎn)剛度的提升是需要重量產(chǎn)生的，我們通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每增加1000扭轉(zhuǎn)剛度可能需要6.4kg，隨著設(shè)計(jì)技術(shù)提升這個(gè)重量會往下走。還有碰撞補(bǔ)償，原來基礎(chǔ)可能達(dá)不到新的法規(guī)要求，對車身可能更主要的是正面MPDB的碰撞，就是兼容性的碰撞，這個(gè)兼容性碰撞必然需要增加第三條傳力路徑，這樣的話重量是需要增加的。

基于這個(gè)重量補(bǔ)償和前面重量的預(yù)估以及重量的降低，結(jié)合“十四五”輕量化技術(shù)路線圖，設(shè)定年降重率為2.5%。在這個(gè)基礎(chǔ)上我們再進(jìn)行校核，看它在什么樣的水平上面。紅點(diǎn)就是前面設(shè)定的基礎(chǔ)，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行校核。

輕量化講完再講一下車身成本目標(biāo)的設(shè)定，大家知道成本是比較復(fù)雜的，這里更多講的是設(shè)計(jì)成本，因?yàn)榘总嚿沓杀?000-8000元的水平，設(shè)計(jì)成本可能達(dá)到70%左右，也就是設(shè)計(jì)成本直接決定了最終白車身的成本。設(shè)計(jì)成本可以分解成幾塊，除了重量，這里還想講一些細(xì)節(jié)的東西。首先是車身用鋼，里面具體每一個(gè)等級用鋼的比例。每個(gè)鋼材的基價(jià)或者成本是不一樣的，每個(gè)鋼廠也好，每個(gè)公司采購也好，最經(jīng)濟(jì)的鋼材的價(jià)格位置是在哪個(gè)位置，是有具體的統(tǒng)計(jì)的。這個(gè)設(shè)定是基于前面講的碰撞也好，剛度也好，這個(gè)必須在概念初期就規(guī)劃好各種鋼材的用量。如果不規(guī)劃好，到后期無論是成本的控制，還是設(shè)計(jì)的難度都是沒法進(jìn)行控制的。還有鍍鋅板的重量占比。另外是材料利用率，每增加1個(gè)百分點(diǎn)材料利用，車身成本可以降低1.66%水平。結(jié)構(gòu)膠，最后是焊點(diǎn)，我們車上有很多的焊點(diǎn)，焊點(diǎn)數(shù)量也決定了最終的成本。焊點(diǎn)以0.1元人民幣來計(jì)算，一個(gè)車上有6000個(gè)焊點(diǎn)就是600元左右。6000個(gè)焊點(diǎn)如何分布的更好，這需要詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

三、車身結(jié)構(gòu)性能一體化概念設(shè)計(jì)

在概念設(shè)計(jì)初期就涉及到選擇車身類型，到底選擇什么樣的車身結(jié)構(gòu)，我覺得基于以下幾點(diǎn)。你的平臺要求，產(chǎn)品要求，動力總成的要求，我們必須要去選擇這樣一個(gè)合適車身結(jié)構(gòu)形式，車身結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有任何好壞，只有合適與不合適之分。這個(gè)圖上面列了各個(gè)點(diǎn)，這里就不做細(xì)講。

之后我們要進(jìn)行詳細(xì)的概念設(shè)計(jì)，當(dāng)前車身設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢上，應(yīng)該更多的關(guān)注前期概念設(shè)計(jì)。我們知道現(xiàn)在車身設(shè)計(jì)最重要的點(diǎn)就是快，快速開發(fā)也好，迭代開發(fā)過程也好。第二是性能要求越來越高，必須在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到更高的性能要求。

圖上黑色線是之前的設(shè)計(jì)，藍(lán)色線是我們希望達(dá)到的前期概念設(shè)計(jì)一體化，這樣兩條線有明顯的區(qū)別，一個(gè)是波動幅度，一個(gè)是波動次數(shù)。以輕量化為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)、材料、性能一體化車身設(shè)計(jì)，加上結(jié)構(gòu)性能達(dá)標(biāo)的概念設(shè)計(jì)+詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能一體化設(shè)計(jì)，通過這樣的方法提升概念設(shè)計(jì)的水平。

從目標(biāo)設(shè)計(jì)也好，斷面概念設(shè)計(jì)，剛度車身設(shè)計(jì)，基于碰撞的車身設(shè)計(jì)，有這么幾大過程。這里是流程，在框架設(shè)計(jì)階段和斷面設(shè)計(jì)階段，包括剛度設(shè)計(jì)以及碰撞設(shè)計(jì)和焊點(diǎn)設(shè)計(jì)，我后面會稍微講一下。

這張圖展示的是細(xì)節(jié)部分，講的是前期總布置階段，規(guī)劃階段，一些細(xì)節(jié)點(diǎn)必須把握住，不把握住，后面材料和結(jié)構(gòu)用的再好，性能達(dá)標(biāo)也是比較困難的。

斷面設(shè)計(jì)，我們可以把車身上四五十個(gè)斷面劃分兩大類，一個(gè)是跟剛度強(qiáng)相關(guān)，一個(gè)跟碰撞強(qiáng)相關(guān)的。

簡單舉兩個(gè)例子，剛度斷面設(shè)計(jì)，主要關(guān)注它的抗彎性能。我們經(jīng)常喜歡在梁上加加強(qiáng)筋，如果設(shè)計(jì)錯(cuò)了對剛性其實(shí)是沒有提升的。右圖是典型使用的場景，可以看到車身梁的上面，特別是剛度相關(guān)梁，后縱梁有雙層梁結(jié)構(gòu)，單層梁結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)筋也好，其實(shí)這都是設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn)。

這是碰撞斷面設(shè)計(jì)，左圖是經(jīng)典的理論，大家都認(rèn)為這樣一個(gè)碰撞角越多吸能效果越好，實(shí)際上我們做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候沒法做這么多角，八個(gè)角可能是最好或者傾向于圓的角度最好，實(shí)際上是做不到的。因此我們希望壓潰縱梁可以采用加強(qiáng)筋或者凸起，這樣提升壓潰的能力。

接下來是基于剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)環(huán)，接頭，關(guān)鍵件，局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)，無非從這五大方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)環(huán)稍微講一下，車上那么多結(jié)構(gòu)環(huán)，每個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)貢獻(xiàn)度是不一樣的。我們可以把車身看作盒狀結(jié)構(gòu)，這些剛度面相當(dāng)于是彈簧串聯(lián)在一起，什么意思呢？剛度最差的面往往決定了整個(gè)車身的剛度，所以我們需要查漏補(bǔ)缺。剛度最差的幾個(gè)面是什么？側(cè)圍，因?yàn)橛袔讉€(gè)門洞，但是沒有好辦法去提升它。另外是尾門洞（D和C環(huán)），但是它是可以做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，重點(diǎn)對C環(huán)，D環(huán)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。前擋風(fēng)玻璃有一個(gè)洞為什么不需要設(shè)計(jì)呢？因?yàn)檎嚦鰜硎菐эL(fēng)擋玻璃的，轎車設(shè)計(jì)和SUV設(shè)計(jì)是不一樣的。

C環(huán)設(shè)計(jì)很簡單，就是幾個(gè)方面，一個(gè)是橫梁，一個(gè)是角度，橫梁20毫米是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的，斜70度其實(shí)是最好的，但是往往很難做到，只能做到45度角。從這幾點(diǎn)基本可以提升或者達(dá)到C環(huán)的設(shè)計(jì)要求。從這個(gè)角度來說，C環(huán)設(shè)計(jì)就是這幾點(diǎn)，其他的可能都是浪費(fèi)的，大家把握好這幾點(diǎn)應(yīng)該不會有特別大的問題。

D環(huán)是典型的口字型結(jié)構(gòu)，這里有一個(gè)公式，在這種情況下S變化直接影響剛度，我們的設(shè)計(jì)過程是什么呢？設(shè)計(jì)重點(diǎn)就是不讓它進(jìn)行變形，怎么不讓它變形？A和B梁是沒辦法解決的，加的再強(qiáng)也會變形，所以我們只能在接頭部位進(jìn)行設(shè)計(jì)。

接下來講一下接頭，我們車上有A柱接頭和B柱接頭，一個(gè)是自身剛度，一個(gè)是面外剛度和面內(nèi)剛度。落實(shí)到真正設(shè)計(jì)上可以采用大尺寸搭接或者內(nèi)外接頭錯(cuò)開的設(shè)計(jì)，增加內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來提升整個(gè)接頭剛度。特別講一下C柱下接頭剛度，增加這樣一個(gè)支撐加強(qiáng)板，它對碰撞有作用，但最大作用是提升它的剛度，大家有機(jī)會的話可以嘗試一下。

為什么這樣說呢？我們之前做過一些設(shè)計(jì)和分析，這里增加一個(gè)加強(qiáng)板，留1-2毫米間隙，在路上可能會產(chǎn)生扭曲異響，為什么響？就是因?yàn)樽冃危冃问且驗(yàn)檫@個(gè)地方受到的力大或者這個(gè)地方結(jié)構(gòu)剛性在車子里面是敏感點(diǎn)，對敏感點(diǎn)提升可以間接提升整體的剛度。

對于關(guān)鍵件設(shè)計(jì)，車上有兩個(gè)部件很重要，一個(gè)是B柱，一個(gè)是后縱梁。B柱上可能很多車上設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋，最主要的作用是提升面的臨界應(yīng)力，這樣就可以提升在碰撞彎曲過程中屈服力，一般是通過加強(qiáng)筋形式，從物理層面降低B值的大小。

后縱梁它是重點(diǎn)，主體料厚是1.6毫米以上，設(shè)計(jì)高度在90毫米，這個(gè)設(shè)計(jì)在日本車?yán)锩娼?jīng)常會體現(xiàn)出來，原因就是因?yàn)橄旅婵臻g布置局限，導(dǎo)致整個(gè)縱梁深度達(dá)不到這樣一個(gè)要求，我們在行李箱里面會看到凸起的縱梁解決這個(gè)剛度問題，大家設(shè)計(jì)的時(shí)候建議可以參考一下。加強(qiáng)筋的部分，它可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求決定它的走向。

結(jié)構(gòu)膠在車身上50毫米是最經(jīng)濟(jì)和實(shí)惠的，50毫米以下可能影響特別大，50毫米以上呢？我們看到有些車有100米的，確實(shí)它有幾個(gè)方面的考慮，一個(gè)是剛度，一個(gè)是有別的方面考慮，但是總體而言我認(rèn)為50毫米是最合適最經(jīng)濟(jì)的。布置位置是C、D環(huán)，后地板，前圍和門檻等關(guān)鍵區(qū)域。只有這些地方在車身是比較薄弱的點(diǎn)，而且是可以提升的點(diǎn)。你要在側(cè)圍上加很多結(jié)構(gòu)膠其實(shí)效率是比較低的。

碰撞簡單講一下，原來是40%偏置碰，現(xiàn)在取消了，變成50%MPDB碰撞，講究的是傷害的兼容性，在自己沒事兒的基礎(chǔ)上也不要把別人撞壞。它需要我們增加第三條傳力路徑，無形中對車身設(shè)計(jì)要求是降低的的但往往在很多企業(yè)里面設(shè)計(jì)這樣一個(gè)部件又劃歸到車身里面，所以總體我們需要關(guān)注前部重點(diǎn)設(shè)計(jì)。中國現(xiàn)在推薦保險(xiǎn)指數(shù)，25%的偏置碰對我們是最大的難點(diǎn)，但只要愿意花錢都能設(shè)計(jì)，對我們來說要關(guān)注一些細(xì)節(jié)，搭接也好，在碰撞過程中多角也好。

L型小支架這里講一下，棱邊強(qiáng)化大家有沒有聽說過，你增加這樣一個(gè)L型小支架，在角處加強(qiáng)，無形之中提升了角部的強(qiáng)度，提升了碰撞性能。從車身沖壓件角度來說增加這樣的部件是最經(jīng)濟(jì)和最快速的。

這是B柱的設(shè)計(jì)，從技術(shù)的發(fā)展來說，B柱采用VRB熱成形方式是越來越普遍，因?yàn)殡S著現(xiàn)在側(cè)面碰撞發(fā)生變化，整個(gè)門檻在碰撞過程中起到的作用是越來越少，主要是抗彎和抗扭的過程?；旧吓鲎彩窃诰G色塊的部分，這是座椅下部骨架部分作用是吸能的。從頂部來說頂部加強(qiáng)采用這樣的形式是最合適的。

這是材料的設(shè)計(jì)，目前材料設(shè)計(jì)VRB和熱成形門環(huán)是比較流行的趨勢，從我個(gè)人理解，這個(gè)技術(shù)一定是要應(yīng)用的，而且在未來3-5年是快速爆發(fā)式增長的。

后面簡單講一下焊點(diǎn)，車身上有幾類焊點(diǎn)：30、40、50mm的距離，30在什么地方，40在什么地方，50在什么地方，它是有一致性規(guī)律的。在這個(gè)基礎(chǔ)上我們需要梳理出TLD關(guān)鍵焊點(diǎn)，在制造控制過程中，在1000或者2000個(gè)TLD焊點(diǎn)中必須要求100%合格的。

前面主要是性能方面，后面稍微快速過一下，因?yàn)檐嚿聿恢褂信鲎埠洼p量化，還有氣密性的要求，氣密性的公式無非就是這樣一個(gè)流體力學(xué)，可以改變的東西，一個(gè)是A（面積），車身是空腔結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計(jì)最簡單的方法就是這樣的設(shè)計(jì)。通過這樣的設(shè)計(jì)，可以把氣密性控制在15左右每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的水平。

防腐性能方面，我們講六年也好，十二年也好，最后要落實(shí)到設(shè)計(jì)過程中，從膜厚也好，結(jié)構(gòu)，材料，密封，驗(yàn)證階段，無非是這樣幾個(gè)方面。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是排氣、電泳孔布置。鍍鋅板的使用其實(shí)是有講究的，國內(nèi)主流是30%以上，為什么是30%以上？我們車身的外觀，五年六年是不允許銹蝕的，這樣的外觀部件全部設(shè)計(jì)鍍鋅板，還有發(fā)動機(jī)艙不能看到明顯的銹跡，還有尾門，這樣計(jì)算下來，車身鍍鋅板是30%以上，如果追求更高可以達(dá)到70%，這就需要更高的鍍鋅板設(shè)計(jì)的識別。

密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理進(jìn)行焊縫膠，孔塞孔貼，點(diǎn)焊膠，PVC及注蠟設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全方位密封覆蓋。防腐蠟最重要的是保護(hù)焊縫，因?yàn)楹缚p沒法涂裝。

四、總結(jié)

1、概念設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)的開端，對車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到了打基礎(chǔ)的作用。概念設(shè)計(jì)的好壞直接決定了車體性能的高低及結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，后續(xù)的各設(shè)計(jì)階段只是對概念設(shè)計(jì)進(jìn)行的細(xì)化、美化、配合調(diào)整及提升。

2、為了得到更優(yōu)秀的車體，車體概念設(shè)計(jì)階段在對車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，需要對性能、成本、精度等各方面進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。

好，我就講這么多，謝謝大家。