浅谈轿车前地板结构设计

2016-12-01张治北京长安汽车工程技术研究有限责任公司北京102209

中国科技纵横 2016年10期

张治（北京长安汽车工程技术研究有限责任公司，北京　102209）

浅谈轿车前地板结构设计

张治
（北京长安汽车工程技术研究有限责任公司，北京102209）

【摘要】本文主要论述作为汽车最重要的承载结构前地板总成的特点，详细介绍前地板总成在车身中的重要性，并总结在车身设计研发阶段，前地板总成研发设计所需要的设计输入和边界条件，及总成的设计要点，从空间布置、性能要求、定位方式、工艺要求、及结构设计思路和优化措施等方面进行详细阐述，为汽车车身类似总成设计提供一定的参考。

【关键词】前地板总成横梁纵梁设计方法等

1　前地板综述

地板总成在驾驶室受力最大，受力情况也最复杂。它不仅要承受本身各总成的重量、驾驶员和乘员的重量，还要承受轿车运动中由底盘传来的各种力、力矩。它的工作条件最苛刻，破坏最严重。因此，要求它有足够的强度和疲劳寿命。

2　前地板设计要点

2.1空间布置要求

一般情况下，前地板是整车基准面，它的高度直接影响整车的高度，也是车身坐标优先选择的基准面。根据离地间隙要求，座椅R点、前排踵点和后排踵点的位置确定出前地板的基本面。

2.2性能要求

（1）碰撞要求。地板上方是乘员区，原则为在碰撞过程中不能有丝毫变形，保护乘员安全。正面碰撞的安全分析以前壁板的侵入量为指标项，主要针对纵梁力的传递进行优化考虑。侧面碰撞的安全分析以车门的侵入量为重点，主要针对地板横梁框架进行优化提升。

（2）刚强度要求。主要关注强度耐久领域，地板总成主要针对车身接附点动刚度分析，如前副车架连接点，前排座椅安装点等，要求最大应力小于材料的屈服极限。

（3） NVH要求。考虑地板面积较大，为避免与车身产生共振，一般在地板上表面粘贴地板阻尼胶，起到隔热、减振的作用。

2.3定位合理性

前地板定位的准确度，直接决定了整个白车身总成的焊接精度，保证地板上所有部件装配位置精度。前地板总成尺寸较大，一般设定4个定位孔，孔之间的距离应达到零件最大尺寸2/3以上。原则上要控制Y向，与侧围的焊接位置精度，直接决定车身焊接精度误差。

2.4工艺限制条件

（1）车体结构。规范车体裙边结构，前地板设计规范化，工艺孔达到工厂共用滑撬为前提。车体裙边宽度基于基础车型进行等差变化，可以等宽（作为传输定位用）。

（2）焊接工艺。凸焊螺柱型号尽量保持一致，减少螺柱焊枪的型号，避免换枪影响工位节拍。前地板夹具定位孔选用涂装流水孔，定位孔下沉台阶，为涂密封胶预留空间。

（3）涂装工艺。地板设计要考虑同一生产线上生产车型具有相同位置的工艺支撑，以保证设备共用性。

2.5结构设计及优化

（1）前地板本体分块。前地板本体一般采用强度、刚度相对较弱的钢板制造而成。根据动力总成及驱动形式的布置，前地板分块形式分为整体式、分体式。前置前驱车型，中央通道高度方向尺寸较小，通常设计为整体形式，结构如同 “几”字型。前置后驱车型，中央通道高度方向尺寸较大，通常设计成三个部分，左前地板、右前地板和中央通道。

（2）前地板本体设计。

地板的特点及用途决定了材料选用原则：

整体式：外型尺寸大、形状复杂、成型难，零件表面质量要求普通，对冲压精度要求高，有较小承载和受力要求，一般选用C级冲压用薄钢板，考虑防腐要求，多为镀锌钢板；

分体式：左、右前地板单体外型尺寸较小，形状简单、成型易，零件表面质量要求普通，对冲压精度要求不高，一般选用C级冲压用薄钢板；中央通道罩材质根据性能分析确定。

地板中部曲面高度一般12mm-15mm，曲面弧度半径一般R3000-5000mm。在地板上冲加强筋，充分利用板料拉延后冷作硬化来加强刚度，是避免共振行之有效的方法。

（3）梁架结构设计。地板横梁、纵梁及边梁，起支撑车体、平衡车身和传递力的作用。对于承载式车身，相当于非承载式车身车架横梁和纵梁，有较大承载受力要求，对车身碰撞性能、整车弯曲扭转刚度、车门固定、发动机固定等功能起决定作用，是车身设计核心所在。

横梁，按照前座椅安装点确定座椅横梁位置，既可以固定座椅又可以提高地板强度和刚度。断面的宽高比值越接近1越好。由于横梁强度对整个车身强度和刚度及侧碰性能影响很大，其材料和料厚选择很重要，一般为高强度钢板。

纵梁，为提高正碰性能，下部设计有纵梁，在结构上与机舱纵梁相连接，截面尺寸与机舱纵梁一致，不要有截面形状突变，保持力的有效传递。很多车型为提高正碰性能，下部设计双纵梁结构。

边梁，座椅安全带固定点一般布置在边梁上，边梁强度对正碰和侧碰性能影响很大，应选择高强度钢板。边梁内可增加补强板和加强板，加强板可将受到的外部横向载荷传递到强度较高的座椅横梁上。补强板可使边梁在承受横向载荷时减小变形，避免沿折弯处向车内发生翻转变形。

2.6其它

（1）工艺方面。考虑零件冲压工艺性、总成焊接性、涂漆工艺性及RPS系统设定等。定位孔设计要具有连续性和系统性，以提高总成焊接精度。对于中通道易回弹件，要在两侧设计相应压筋贯通倒角区域防止回弹。由于地板漏液孔较多，考虑涉水漏水风险，选用热熔型堵盖进行密封。

（2）人机方面。脚后跟运动空间分析，从脚后跟X向向后150mm区域内不能出现断差，脚垫上无法实现，必须取消地板上凹凸结构。