0 引言

模块化开发就是通过标准化、通用化、系列化、模块化、平台化达到通用目的, 实现零部件*大化的通用、实现规模化“量”, 从而缩短开发周期, 降低成本, 能够快速满足市场需求。从架构的角度来说, 就是将产品的架构从整体架构转换为组合架构。在经济全球化的大背景之下, 中国的汽车产业迅速发展, 汽车市场的需求量快速增长, 国外汽车企业通过模块化来应对市场快速、迅猛的需求。目前国外汽车主机厂已经广泛采用平台化战略, 其中以大众*为典型也*成功。模块化的核心要素是提高零部件的通用率, 尽可能实现零部件共享, 实现通用零部件更大规模的生产, 从而降低因为车型增多和产品周期缩短导致新增的研发成本。为了满足市场对汽车产品日益多样化的需求, 整车厂不断缩短新产品开发周期, 加快推出新产品的步伐。

1 前地板系统

汽车前地板系统是白车身重要的组成部分, 前地板前面连接防火墙, 后面搭接后地板, 左右连接侧围, 前地板的设计对整车的碰撞、刚度、扭转以及安全等有重要影响。按发动机的布置位置可以分为发动机前置和发动机中置两种地板, 本文作者研究的前地板为发动机前置地板, 也是一种主流乘用车地板。主要研究的某汽车平台前地板模块如何应用在CAR、MPV、SUV 3种不同车型以及前地板对3种车型的刚度、模态、碰撞扭转性能的影响。

2 某平台前地板的模块化设计

2.1 某平台前地板设计初始条件

所研究的汽车平台包括CAR、MPV及SUV 3种车型, 并且搭载1.2 L、0.8T和1.5 L 3款动力。各车型与发动机的匹配关系如表1所示。

表1 某平台匹配的动力总成 导出到EXCEL

该平台搭载的3种动力总成的位置均相同, 并且符合大众MQB的原则:前轴到发动机后隔板的距离相同。前轴到发动机后隔板距离详见图1。

前地板布局形式如图2所示。为了提升研发效率, 降低整车成本, 该平台所有车型前地板本体为共用件。

图1 大众模块化图解   下载原图

图2 前地板布局形式   下载原图

2.2 前地板模块化设计方法

2.2.1 某平台前地板长度的模块化设计方法

该平台所有车型发动机位置保证一致, 并且防火墙位置一致, 这样就能保证前地板的前止点一致。前地板长度模块化有两种方案: (1) 通过模具增加镶块实现前地板的加长满足轴距调整的需要; (2) 通过调整前地板后横梁的长度来保证前地板后止点位置相同。文中选用的是方案二, 相对于方案一该方案能实现前地板完全借用, 但是该方案的局限性在于平台跨距过大即轴距相差过大, 一般超过200 mm。

2.2.2 某平台前地板宽度的模块化设计方法

前地板宽度的模块化设计的关键在于保证前地板本体宽度相同, 通过更改前地板门槛Y向宽度来实现不同车型之间的车宽需求以及侧面碰撞性能。具体设计要点见图3。

图3 前地板门槛宽度   下载原图

2.2.3 某平台前地板中通道的模块化设计方法

前地板中间通道的大小取决于前消声器筒体的布置位置, 在保证前消声器筒体离地高度的同时, 保证前地板距离前消声器筒体不小于45 mm, 如图4所示。该平台前地板中通道高度及宽度设计综合考虑了3种动力配置的前消声器筒体的大小及布局。

图4 前地板中通道模块化设计   下载原图

某平台前地板零部件的共用情况如表2与图5所示。图5中深灰色表示共用, 浅灰色表示更改。

表2 某平台前地板零部件的共用情况 导出到EXCEL

图5 前地板零部件平台化状态   下载原图

2.3 某平台前地板性能分析

2.3.1 某平台车型刚度性能分析

该汽车平台前地板系统属于传统的乘用车结构设计, 前地板是白车身的重要组成部分, 白车身的刚度对整车的操控性能、耐久性影响比较大, 静态刚度对整车装配精度有影响。所以文中对某平台车型3款车 (Car、MPV、SUV) 整车弯曲刚度、整车扭转刚度、前风窗翘曲度、尾门框对角线位移量变化进行了模拟分析, 以此满足设计要求, 如表3所示。

表3 平台车型刚度分析 导出到EXCEL

2.3.2 某平台车型模态分析

白车身模态频率是衡量整车NVH性能的一项重要指标, 车身模态对整车的弯曲、扭转、噪声、振动等性能产生重要影响。一阶模态下根据白车身的变形分为扭转模态和弯曲模态。 在某平台车型的模态分析中加入尾门框菱形变形这一项, 尾门框菱形变形是影响整车扭转的重要因素, 对整车的NVH性能以及振动都有很大的影响。由表4可知该平台车型整车模态均满足要求。

表4 某平台车型模态分析 导出到EXCEL

Hz

2.3.3 某平台车型碰撞分析

侧面碰撞是汽车安全性能的一个重要考核指标, 侧面撞击时, 由于没有车头、车尾那么长的碰撞缓冲区域, 乘人舱门槛、B柱侧壁直接与对方车辆碰撞, 因此正面碰撞、追尾并非*严重, 侧面碰撞才致命, 也*难满足国家法规。通常考虑B柱、门槛内板采用高强钢, 增大门槛截面腔体以及增加门槛腔体中侧面吸能材料来降低B柱的侵入速度, 减少对乘员的伤害。由表5可知该平台车型碰撞分析均满足要求。

表5 某平台车型侧面碰撞分析 导出到EXCEL

2.3.4 某平台前地板耐久性能实车验证

对该汽车平台前地板系统均进行了台架验证以及4万千米坏路耐久性试验和10万千米乘用车常规耐久性试验, 发现前地板区域均未断裂及出现明显的焊点开裂、生锈或者异响, 各项性能指标均满足要求。

3 结论

该汽车平台上前地板的模块化设计方法是切实可行的, 并且提升了前地板零部件共用率, 且满足前地板各项性能。该平台的前地板块化设计满足差异化多种车型要求, 降低研发周期, 减少模具、检具、夹具的资金投入, 实现通用零部件更大规模的生产, 并且降低了整车成本, 实现快速迭代, 增强产品竞争力。