车身正向开发关键工具：主断面设计概述

王聪

摘 要：文章通过结合车身正向开发过程，将硬点断面、主断面、典型断面进行了详细的概念定义及区分，各个阶段断面设计的侧重点与数量位置都存在差异，但又都承前启后。还通过举例A柱主断面设计，介绍了主断面设计过程：设计目标定义，设计基准、输入，设计步骤，设计要点及要求等，读者能够体验‘会当一览众山小的系统性整体视角，也能真切领悟‘身缘只在此山中的细节实践。

关键词：正向开发 关键工具 主断面设计

1 什么是主断面？

与造型表面（外饰与内饰表面）相关的、整车结构的重要部位的断面，基本上能体现出整个车身的重要结构特性和车身的主要性能参数（如车身的弯曲刚度、扭转刚度、结构的耐碰撞性等性能）及零部件的配接关系，是控制车身设计边界及性能参数、校核造型可行及概念设计、质量的重要工具，是车身工程可行性分析的重要手段和指导车身结构设计的重要依据[1]。

1.1 很多汽车企业及工程师将所有断面统称为主断面是有失偏颇的、断面是车身设计常用的一种表达形式及设计校核工具，一般根据正向开发流程进展：人机布置—局部布置- 详细设计（Package –Layout- Detail Design）三个设计阶段，因此对应的正向开发流程一般依次展开硬点断面、主断面、典型断面设计，下面介绍各个断面的详细定义及概念。

1.2 硬点断面 ：一般是用于早期的车身总布置、人机工程、造型可行性分析。硬点断面一般体现一系列物理特性用来建立造型与人机布置、尺寸硬点等关系、也用来校核整车布置及系统可行性，确保各系统（含动力、底盘等）跨功能达成一致，硬点断面贯通人机控制点，体现整车轮廓尺寸，数量一般为10个左右，譬如过第一排H点X向硬点断面。此阶段主要关注人机空间及整体空间布局，对车身内部详细的结构及配接关系将在主断面阶段进行细化。

1.3 主断面：主断面用于布置硬点锁定后，前期的概念设计及造型选择及工程方案选择分析，也用于造型边界输入反馈。一般体现整车结构的重要部位设计概念、生产制造、搭接关系、安装结构、密封间隙等。数量一般为20-40个，作为造型可行性分析主要手段、也伴随着局部区域关键零部件、附件等位置布置，如安全带卷收器、铰链、气撑杆等。

1.4 典型断面：主要用于一个造型确定后进行详细的设计上的断面，主要用来输入后期詳细结构设计作为指导，同步与其他零部件设计边界确定。典型断面是确认匹配到车身零部件的布置，主要体现各系统零部件间的关系以及匹配构造，检验组装性等的工程概念。数量较主断面会有所增加且各要求尺寸进行详细标注，用来体现零部件的3D数据制作中需求。

2 主断面设计方法及流程：

2.1 主断面位置选择及数量定义：

车身断面位置选择建议下列基本原则：

2.1.1 主断面一定要定义在车身重要结构特征的位置与区域，汽车纵向对称中心平面（Y0）为车身的必剖断面；

2.1.2 应将位于剖切区域内的所有零件按装配状态剖切，安装密封件的剖切断面的方向为法向，其他剖切部位的断面应平行于坐标轴方向；

2.1.3 断面尽可能多的反映该处的特征信息，反映密封件的安装方式及配合关系；外饰关键主断面数量20-40个，一般优先制作。

2.2 车身断面位置选择建议按照下图所示（明确在整车三视图的相应位置上的标注）执行，不同车型（如三厢车与SUV）断面数量及位置根据项目需求适当进行调整，在断面制作前进行发布。

3 车身主断面的设计要求

3.1 制作一般要求：

3.1.1 密封件的装配状态为非压缩变形状态，密封条应安装到位；

3.1.2 对于开闭件应绘制闭合和开启两种极限状态

3.1.3 对于左右对称件只需绘制左侧断面图

3.1.4 在车身结构方案冻结前完成所有外饰车身主断面制作，在内饰结构方案冻结前完成所有内饰车身主断面制作。

3.2 体现的基本要素

断面是对整车结构的重要部位用断面的表示，里面包含商品性概念，设计概念及生产概念。基础断面，配合概念（ Gap， Offset）， Mounting Concept等。所以断面定义了零件之间的结构断面形式、钣金件的材料、厚度和焊接关系、重要附件的装配、开闭件的密封、涂胶结构、工具可操作性（焊枪、安装工具等）等关系。包含以下基本要素：

3.2.1 CAS/A 面，DTS等；

3.2.2 人体模型及总布置硬点、人机要求（视野、空间要求等），法规校核等；

3.2.3 车身结构方案及制造工艺体现（如包边工艺及激光钎焊断面要求等）；

3.2.4 焊装件及装配件的安装方式及配合关系等；

3.2.5 运动件的运动包络及运动间隙等（如轮胎包络、玻璃升降运动间隙）；

3.2.6 属性部门与各系统的系统需求等；

3.3 如何具体操作，没有进行详细的说明，本章就以A柱断面为列进行详细的步骤及流程说明，及如何在项目中进行实操。希望对大家有所帮助，有任何问题也欢迎大家探讨。

3.4 目标：系统最优的A柱断面

3.5 约束：人机布置、视野、造型CAS、属性要求、系统选型及匹配关系、制造可行性等

3.6 流程：每个主机厂有不同的开发步骤及流程，但总体差异不大，如下图5所示：

接下来就是以A柱断面为列，如何绘制出最优的断面。

此处断面位置是A柱上部、关于此断面设计要素详情如下：

3.7 设计基准：

3.7.1 侧围CAS面

3.7.2 前门车窗及风挡玻璃面

3.7.3 门洞止口面、边线及密封限制面

3.8 设计步骤：

3.8.1 根据外表面、侧围外板的两条分缝线及密封止口面、前门玻璃中心面的基准面等及密封间隙要求来确定侧围外板的结构，具体结构参考ME建议及对标；

3.8.2 根据侧围的分缝线、玻璃面、密封系统选型及定义，车门钣金结构系统选型等确定车门门框及密封条结构；

3.8.3 根据侧围外板及止口的结构来确定加强件的结构；

3.8.4 根据侧围外板、A柱加强板的结构确定A柱内板及水管、安全气囊、线束等结构；

3.8.5 根据侧围外板、玻璃面的基准面为基准确定前风窗玻璃的边界、涂胶位置、黑边区域及挡胶条的位置；

3.8.6 根据风窗玻璃结构（包括黑边边界）、侧围结构、门洞密封条、天窗滴水管及线束的空间要求、内造型要求来确定A柱上护板的结构及与内板的安装结构；

3.8.7 根据各设计要求及要素对断面进行校核、分析，关键尺寸达成一致进行标注与约束。

3.9 设计要点：

3.9.1 A柱在碰撞过程中及顶压过程中轴向抗弯非常关键、因此需要在设计时候根据属性截面力分布及安全要求，尽量保证截面面积及惯性矩，确保结构效率。

3.9.2 A柱障礙角的校核及目标设定，国标要求＜6°，但有竞争力的车型一般要求≤3.5°，此要求与第一条需要平衡，所以增加截面面积应尽量在不影响障碍角前提下如下图所示。

3.9.3 根据车门选型及密封条间隙要求确认门洞密封结构、钣金结构形式，确保密封、降噪等要求

3.9.4 侧围冲压可行性分析校核，侧围外板冲压要求考虑侧围模具斜契进出要求，一般要求≥40mm。箭头所示方向冲孔需要考虑公差要求。前风挡处台阶深度一般不超过30mm，门洞出台阶深度一般不超过65mm。

3.9.5 A柱内部及加强板假如Y向装配，需要考虑上件是否干涉现象。

3.9.6 根据外部凸出物法规-EXTERNAL PROJECTION：（ECE26.01，79/488/EEC）要求外部圆角Target ： Radious"A" ≥Min 2.5R

3.9.7 A柱断面为车身关键断面，在SFE前期及分析显示，车身扭转及弯曲刚度与A柱断面主惯性轴的方向相关度较高。

4 总结

总之，A柱主断面设计需要从对标、整体目标分解等设定主断面目标（性能/空间/成本/重量等），依据设计基准（CAS、玻璃面、止口等），达成从整体目标传递到系统或零部件目标（例如从安全小偏置碰要求A柱承载力≥80KN，分解到材料选型、料厚、截面惯性矩等），且根据标杆样车的碰撞CAE结果来指导新车型的车身主断面和结构设计[2]，也需要考虑到主断面本身设计匹配关系、制造、装配等硬约束。主断面设计就是在各方面尽量优化平衡，达成系统最优的过程。同时需要组织各相关部门评审、讨论，会签最终确定完整的A柱主断面。

参考文献：

[1]乐玉汉. 轿车车身设计[M]. 北京：高等教育出版社，2000年.

[2]钟志华等著.汽车碰撞安装技术[M]. 北京：机械工业出版社，2003年.