全球百事通！面向新能源的車身設(shè)計(jì)思考與實(shí)踐

2023年4月18日-19日，在2023第三屆車身及內(nèi)外飾大會上，安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司車身設(shè)計(jì)研究院院長助理魯后國表示，新能源汽車對車身設(shè)計(jì)提出了新要求，就車身性能來看，主要包括三個(gè)方面：第一，對電池的安全性要求；第二對車身的輕量化要求；第三對剛性的要求。

而從車身結(jié)構(gòu)來看，隨著競爭加劇，汽車開發(fā)周期進(jìn)一步縮短；同時(shí)電池包的平臺化反向推動(dòng)車身進(jìn)一步向模塊化平臺方向發(fā)展；同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步以及中高端新能源汽車對低成本策略的追求，車身集成化進(jìn)一步發(fā)展。而車身材料來看，呈現(xiàn)出多材的要求。

(資料圖片)

基于上述要求，江汽集團(tuán)從性能目標(biāo)設(shè)計(jì)、框架形象設(shè)計(jì)、傳力路徑設(shè)計(jì)、材質(zhì)料厚設(shè)計(jì)、斷面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)環(huán)設(shè)計(jì)、接頭設(shè)計(jì)、關(guān)鍵件設(shè)計(jì)、局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、連接設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)，面向新能源車車身進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)踐。

魯后國 | 安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司車身設(shè)計(jì)研究院院長助理

以下為演講內(nèi)容整理：

在新能源汽車火熱發(fā)展的趨勢下，新能源車身應(yīng)該怎樣做？我們對此進(jìn)行了思考，接下來將分享江淮關(guān)于新能源車身的相關(guān)設(shè)計(jì)。

新能源背景下的車身發(fā)展趨勢

目前新能源汽確實(shí)是比較火熱的話題。從去年整年來看，新能源的銷量創(chuàng)造新高。今年1-3月的銷量達(dá)到了160萬臺，比去年同期又有了大幅提升。新能源汽車發(fā)展呈現(xiàn)出勢不可擋的趨勢。在此基礎(chǔ)上，對車身的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素也提出了更高要求。

首先是車身性能要求。毫無疑問，新能源汽車對車身的安全性要求越來越高。

從電池角度來看，動(dòng)力電池技術(shù)的不斷發(fā)展，動(dòng)力電池的安全性問題成為了行業(yè)熱點(diǎn)。另外，整車裝載了這么大一塊電池，大約在500-600公斤，對安全、能耗、操控、耐久等不利，對車身的輕量化要求更高。大家都在講車身電池一體化，包括CTP、CTC、CTB。從這個(gè)角度來看，新能源車身在未來CTC、CTB的電池基礎(chǔ)上，對車身的整體剛度提出了更高的要求，必須有更高的車身剛度保護(hù)電池在使用過程中不會產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形和巨大的沖擊力。

其次是車身結(jié)構(gòu)要求 。隨著競爭的加劇，汽車開發(fā)周期進(jìn)一步縮短；同時(shí)電池包的平臺化反向推動(dòng)車身進(jìn)一步向模塊化平臺方向發(fā)展，對車身結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。因此需要開展上下車體的分體式研發(fā)，保證車身具備高度模塊化、可拓展性，以及標(biāo)準(zhǔn)的上下車身及車身與底盤設(shè)計(jì)界面，以更快的提升車身研發(fā)的速度。

另一個(gè)大家討論較多的是集成化，像一體式壓鑄、熱成型門環(huán)都體現(xiàn)了高度的集成化。高度的集成化是新能源汽車車身發(fā)展的典型趨勢，用于降低設(shè)計(jì)過程、制造過程中的成本與周期。

最后是車身材料要求。材料目前在新能源車身呈現(xiàn)出多材料的設(shè)計(jì)趨勢，更多呈現(xiàn)出全鋁車身和鋼鋁鎂混合車身，隨著時(shí)間的推移，鋼鋁鎂混合車身逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。原因在于性能、成本、設(shè)計(jì)周期以及制造難度等一系列平衡性要求，加速了鋼鋁鎂混合車身的發(fā)展。

總之，車身設(shè)計(jì)最主要的就是結(jié)構(gòu)、材料與性能三方面的要求?；诖?，我們在結(jié)構(gòu)上講集成化、平臺化、模塊化以及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，在材料上講多材料的混合，在性能上講安全性、剛度性能以及輕量化的設(shè)計(jì)。

圖源：江淮汽車

面向新能源汽車車身設(shè)計(jì)實(shí)踐

下圖展示的就是車身設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和要素，包括性能目標(biāo)設(shè)計(jì)、框架設(shè)計(jì)、傳力路徑設(shè)計(jì)、材質(zhì)料厚設(shè)計(jì)、斷面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)環(huán)、接頭以及關(guān)鍵件部件等。這些設(shè)計(jì)最終將反映整車結(jié)構(gòu)和性能，在這種流程中結(jié)合上述三大塊要求，我們進(jìn)行了思考與實(shí)踐。

圖源：江淮汽車

首先是性能目標(biāo)設(shè)計(jì)。在新能源汽車上更多關(guān)注上下分體式性能目標(biāo)的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，如何滿足快速的、模塊化的設(shè)計(jì)要求？我們對下車體進(jìn)行了性能目標(biāo)設(shè)定，重點(diǎn)關(guān)注下車體的扭轉(zhuǎn)度，包括電池包扭轉(zhuǎn)度，CTP和CTC中間框架的變形量以及下車體的扭轉(zhuǎn)模態(tài)和局部剛度?；谀K化的下車體開發(fā)出的一系列車型都能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。另外是碰撞要求，我們同樣設(shè)計(jì)了下車體能量分配比例，包括副車架和關(guān)鍵的路徑載荷比例，以及總的碰撞能量。

第二，框架設(shè)計(jì)。無論是新能源汽還是傳統(tǒng)燃油車，上車體的整體框架是沒有區(qū)別的，主要區(qū)別點(diǎn)在中央通道，目前有帶中央通道和不帶中央通道兩種，可以在前期的概念設(shè)計(jì)階段，通過快速的參數(shù)模型分析來確定帶不帶中央通道。

基于框架形式，如何滿足滑板底盤的概念要求，我們做了一些嘗試。在車身側(cè)面、前部和后部定義了標(biāo)準(zhǔn)的界面以及標(biāo)準(zhǔn)尺寸，可以保證不同的軸距、不同前后懸以及不同的車身寬度要求的上車體都可以使用下車體平臺。同時(shí)應(yīng)用下車體的獨(dú)立性能設(shè)計(jì)，保證不同系列的上車身都能滿足整車的設(shè)計(jì)性能要求。

第三，傳力路徑設(shè)計(jì)。針對下車體平臺上的傳力路徑設(shè)計(jì)，因?yàn)槲覀兩倭俗笥业匕蹇v粱，無法直接通過車身底部的縱粱向車后傳遞能量。通過前縱粱的碰撞能量和前圍下部實(shí)現(xiàn)左右的能量傳遞，從中央通道傳遞到兩根地板橫梁，側(cè)面通過扭矩盒子傳遞到門檻粱上。傳力路徑設(shè)計(jì)需要關(guān)注一些關(guān)鍵的尺寸，如前縱梁后部高度100毫米左右，能夠保證整個(gè)力在碰撞過程中不產(chǎn)生彎折，同時(shí)在這個(gè)部位把更多的力導(dǎo)向后部車身。

第四，材質(zhì)料厚設(shè)計(jì)。目前對于鋼鋁混合的車身典型材料的設(shè)設(shè)計(jì)，我們希望前部可以采用大量的高強(qiáng)鋼，保證正碰、側(cè)碰的能量吸收與傳遞。同時(shí)在門檻部位采用大尺寸的擠壓鋁，保證碰撞過程中能量的吸收。

第五，斷面設(shè)計(jì)。上車身與傳統(tǒng)的斷面并無太大區(qū)別，區(qū)別更多是具體的材質(zhì)料厚，以及關(guān)鍵部位的搭接。但下車體的三個(gè)部位尤其重要，前部是為了保證碰撞過程中能夠抵抗前部碰撞力，保證成員艙內(nèi)不產(chǎn)生大的變形，具體作用原理可參照下圖。

圖源：江淮汽車

再來簡單講一下關(guān)鍵件設(shè)計(jì)。典型的部件為后地板一體式壓鑄部件，其目前主要采用免熱處理材料。目前主要的免熱處理材料無論是屈服強(qiáng)度還是抗拉強(qiáng)度，包括延伸率、鑄造的性能基本差別不大，但是屈服強(qiáng)度相對較低。從車身的設(shè)計(jì)應(yīng)力水平來看，如果要使應(yīng)力達(dá)到100兆帕以下，其實(shí)對設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)難度是非常高的。如下圖所示，在結(jié)構(gòu)上，對縱梁部位進(jìn)行特殊料厚設(shè)計(jì)，采用5-6毫米的壁厚進(jìn)行設(shè)計(jì)，既可以保證對扭轉(zhuǎn)剛度的要求，又可以保證底盤承載的要求，其他幾個(gè)部位基本在2.5-3.0的水平，主要是從輕量的角度來思考。

最后是連接設(shè)計(jì)，鋼鋁車身從連接的角度來看，有SPR、FDS、激光焊等。今天要講的并不是這種連接，而是關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)搭接，A柱下連接，我們希望A柱與A柱上內(nèi)板進(jìn)行充分多層級的連接和多面搭接，保證這個(gè)地方的連接強(qiáng)度以確保力的順暢傳遞，同時(shí)滿足碰撞過程中對電池的保護(hù)。后縱梁同樣希望多面的搭接，實(shí)現(xiàn)更高的扭轉(zhuǎn)剛度要求，在側(cè)面平順的連接，實(shí)現(xiàn)碰撞力從左到右的傳遞。

在新能源時(shí)代下，我們希望對車身設(shè)計(jì)進(jìn)行更深層的思考，針對結(jié)構(gòu)、材料和性能進(jìn)行關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)，以保證新能源車身具有更好的質(zhì)量。

（以上內(nèi)容來自安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司車身設(shè)計(jì)研究院院長助理魯后國于2023年4月18日-19日在2023第三屆車身及內(nèi)外飾大會發(fā)表的《面向新能源的車身設(shè)計(jì)思考與實(shí)踐》主題演講。）