车身主断面设计方法研究

邱兴发　任佳智

摘 要：车身主断面设计是新车型开发中一个重要的流程，是车身工程可行性分析的重要手段，也是指导车身结构设计的重要依据。本文简要分析了主断面的分类方法，系统阐述了车身主断面的设计方法，并论述了车身主断面设计性能分析方法的重要性。在车身主断面设计过程中进行结构性能分析，能够有效地避免设计完成后的返工，而且通过性能分析能够找出车身主断面设计中的不足，从而优化和完善车身主断面设计。

关键词：车身 主断面 设计方法 性能分析

Research on Design Method of Main Section of Body

Qiu Xingfa，Ren Jiazhi

Abstract：The design of the main section of the body is an important process in the development of new models. It is an important means of feasibility analysis of body engineering and an important basis for guiding the design of body structure. This article briefly analyzes the classification method of the main section， systematically explains the design method of the main section of the car body， and discusses the importance of the performance analysis method of the main section of the car body. Performing structural performance analysis during the design of the main section of the car body can effectively avoid rework after the design is completed， and through performance analysis， the shortcomings in the design of the main section of the car body can be found， to optimize and perfect the design of the main section of the car body.

Key words：car body， main section， design method， performance analysis

車身主断面是指能反映出车身主要的结构设计的重要断面。主断面决定了车身主要零部件的结构形式及其装配关系，并且能反映出零件间的公差与配合以及车身法规符合性等信息。车身主断面主要包括了内外饰件、外车身覆盖件以及相关电器元件等断面。车身断面设计作为汽车设计过的重要结构设计，其贯穿模型制作到车身结构设计完成的全过程，是指导车身结构数据设计的重要依据。车身主断面实际质量更是直接影响着整车的制造质量、外观视感、用户体验等多个方面。本文简要概述了车身主断面的主要分类，重点阐述了车身主断面设计方法和车身主断面性能设计分析方法，为车辆工程人员论述了车身主断面设计的基础理论。

1 主断面主要分类方式

目前，主断面的分类依据主要体现在三个方面，即根据断面的重要程度进行分类，根据断面的基本功用进行分类，以及根据断面在整车的系统不同进行分类。

1.1 按断面的重要程度分类

根据断面的重要程度将主断面分为两类。第一类是车身结构主断面，此类主断面能够表明车身的运动关系和主要承载结构，而且可以展示出车身密封结构，例如密封结构的断面、门槛梁的结构断面以及A、B、C、D柱的结构断面等。第二类是车身结构辅助断面，能够表明车身各个零部件之间的匹配关系以及各个零部件自身结构的断面，例如地板梁结构断面、地板梁与地板间的结构段面等。

1.2 按断面的基本功用分类

主断面按照断面的基本功用可以分为三类，分别是零件结构断面、焊接结构断面以及装配结构断面。零件结构断面主要是指能够展示出零件尺寸、大小、形状的断面。根据该类断面的断面线能够完成正向设计（零件基本建模）或逆向设计（参考校核设计）。焊接结构断面是指能够阐明零部件间焊接匹配关系的断面。根据焊接结构断面能够完成各个具体零部件的理论设计硬点，从而可以明确各零件的具体边界尺寸，进而完成零件尺寸和形状设计。装配结构断面是指能够将零件间装配关系表明清楚的结构断面。该类断面主要用于运动关系、间隙尺寸和密封结构的设计。在车身设计过程中，应综合考虑三种类型的断面，使得各个零部件能够合理匹配，形成最优设计。

1.3 按断面所在系统不同分类

根据断面在整车系统的位置不同，主断面可以分为三类：一是整车密封结构断面;二是内外饰结构断面;三是车身钣金结构断面。

一般来说，根据断面的重要程度进行分类的主断面，通常称为车身主断面，主要用于车身重要位置结构形式的设计，有助于实现相关使用功能。

2 车身主断面设计方法

2.1 车身主断面设计原则

车身整体结构的设计的关键点在于车身主断面的设计，而车身主断面设计主要须遵循以下几个原则：一是参考成熟车型，通过深入分析成熟车型的主断面结构，总结设计经验，应用于新车车身主断面结构设计中;二是符合通用性原则，车身主断面设计不能完全是脱离行业进行设计，需要满足行业内一些通用的基本准则;三是遵循国家标准，车身主断面设计应按照国家标准体系进行设计;四是符合实际生产技术条件，根据所在汽车企业的制造能力和技术条件进行设计;五是满足人机工程和总布置等要求。

2.2 车身主断面设计输入条件

车身主断面设计的输入条件较多，主要包括以下几个方面：一是输入整车研发资料，包括开发方案、立项建议书、项目计划书等;二是输入样车的整体资料，包括样车的整体性能参数以及相关的结构资料;三是车身主断面的设计规范及要求;四是输入其他典型车辆的车身主断面结构、性能等数据;五是输入借用件或沿用件的相关结构数据;六是输入国家法规要求和行业内通用性原则。

2.3 車身主断面设计流程

2.3.1 正向设计

车身主断面正向设计一般是按照设计经验和理论知识，以及结合车身主断面设计规范和参考模型数据，进行车身主断面有限元模型设计。对于该有限元模型，从主断面的截面面积、弹性模量、惯性矩等多方面参数进行有限元分析，之后利用分析数据对有限元模型进行优化，从而得到最优车身主断面。

2.3.2 逆向设计

车身主断面逆向设计流程具体如下：第一，选择合适的样车作为参考车型，制作油泥模型。合适的样车能够为新车车身主断面设计带来诸多便利。设计者可以针对样车进行车身主断面分析，进行逆向建模，分析样车的各种性能，对于不足之处进行设计强化，形成油泥模型。车身主断面的设计就是始于车身油泥模型的制作。第二，测试模型数据，形成初步的新车主断面。测量车身油泥模型的相关数据，借助这些数据对车身外形进行数学建模，从而形成了新车的车身主断面。第三，建立、分析和优化车身三维结构模型，形成最终的车身主断面。以初步建立的新车车身主断面作为依据进行车身三维结构建模，并对车身三维结构进行工程性分析，同时对车身的三维结构设计进行优化和完善，最终形成了新车车身三维结构设计数学模型，得到了最终的车身主断面。

3 车身主断面设计性能分析方法

3.1 车身主断面主要性能参数

车身结构属于空间板壳结构，可以利用正向设计和逆向设计方法设计出新车的车身主断面。而在车身主断面设计的全过程都伴随着性能分析，对车身主断面设计进行验证、测试、完善，以保证车身的刚度、强度等性能指标满足用户需求。在设计过程中，对车身主断面进行系统性分析和核验，可以避免在形成最终车身主断面时进行不必要的结构设计修改。对于车身主断面来说，主要的性能分析指标较多，本文对主要关键指标进行了系统的梳理，形成了车身主断面主要性能参数表，如表1所示。

3.2 车身主断面设计性能分析步骤

车身主断面设计性能分析十分重要，对于车身主断面设计完成质量的影响较大。因此，车身主断面设计工程师应注重设计过程中对断面性能的分析，把握关键因素，有条不紊地进行车身主断面设计过程。以车身主断面逆向设计方法为例，车身主断面设计性能分析主要分为以下三个步骤：第一，对所选取的标杆样车中对车身结构影响较大的主要主断面进行性能分析，如门槛、上边梁、ABC柱等部位，进而利用这些性能分析数据建立初步的模型;第二，对于初步设计的主断面进行结构性能测试，然后对性能测试数据进行系统性分析;第三，通过对比分析车身主断面设计结构性能数据，找出设计中存在的结构缺陷，并进行针对性地改进和完善，从而得到最优的车身主断面。车身主断面设计全程应伴随着结构性能的分析，利用上述性能分析步骤初步检验车身结构性能的好坏，避免后续的返工，同时发现结构设计问题能够及时地提出解决方案，优化车身主断面设计，以此提升车身主断面性能设计质量，同时能够减少车身主断面设计后续的验证分析，从而缩短整体的设计生产周期。

4 结语

车身主断面是车身结构的重要断面，其结构设计对于整车的设计至关重要。车身主断面根据断面的重要程度进行分类，用于车身重要位置结构形式的设计，有助于实现相关使用功能。车身主断面设计方法一般分为正向设计和逆向设计，主要遵循以下五个原则：一是参考成熟车型，总结设计经验;二是符合通用性原则，满足行业内通用准则;三是遵循国家标准，按照国家标准体系进行设计;四是符合实际生产技术条件;五是满足人机工程和总布置等要求。正向设计以设计规范和经验为基础，而逆向设计则是以所选样车的数据为基础。而在设计过程中，车身主断面设计性能分析方法至关重要，能够有效地提升车身主断面设计质量，主要分为以下三个步骤：第一，对所选取的标杆样车中对车身结构影响较大的主要主断面进行性能分析;第二，对初步设计的主断面进行结构性能测试;第三，通过对比分析车身主断面设计结构性能数据，进行针对性地改进和完善。

参考文献：

[1]李正华，刘小青，史金荣.浅谈车身主断面设计[J].内燃机与配件，2018，（24）：3-5.

[2]刘子建，周小龙，田海豹，吕程.基于主断面刚度优化分配的车身正向概念设计[J].中国机械工程，2015，26（06）：837-843.

[3]卢金火，赵紫剑，梁国贵. 轿车车身主断面设计方法[J].中国机械工程，2006，（09）：9-13.

[4] 周伟，崔建昆，侯海晶.车身断面设计及其在车门设计中的应用研究[J].中国机械工程，2006，（10）：20-21.