前地板设计指南修订

..个奇瑞汽车股份前底板设计指南部门技术委员会乘用车工程研究一院车身部目录1概论31.1该指南的主要目的31.2该指南的相关容31.3该指南的适用围32前底板总成相关法规介绍32.1正面碰撞32.2侧面碰撞52.3后面碰撞62.4平安带固定点63前底板总成主要功能73.1承载功能73.2联接功能103.3隔音、密封、NVH103.4涂装防腐要求124前底板总成设计过程124.1前底板总成设计过程概述124.2模块划分134.3前底板总成骨架构造选择154.4前底板总成构造设计174.5前底板总成主要零部件材料选择254.6前底板总成重大历史问题分析255前底板总成设计校核255.1法规校核255.2工艺校核265.3构造强度校核265.4前底板总成易出现的失效模式265.5平台化校核261概论前底板总成主要包括前底板本体、左右前底板纵梁、道总成、前后座椅横梁总成、左右门槛总成。前底板总成是白车身下部总成的重要组成局部，前底板总成的设计直接与整车平安、NVH、人机工程等密不可分。1.1该指南的主要目的本指南的主要目的是让白车身工程师理清前底板总成的设计思路，了解前底板总成的设计方法，防止犯一些常见的设计失误。1.2该指南的相关容本指南的主要围绕前底板的主要功能和要求来阐述，容主要包括：前底板总成相关法规介绍〔正碰、侧碰、后碰〕前底板总成主要功能介绍，从功能需求入手，说明相关构造的要求。前底板总成设计过程，从设计初期就开场考虑优选构造，相关设计要点。总结前底板总成设计过程中遇到的问题，介绍常见的校核规。1.3该指南的适用围本指南主要适用于奇瑞汽车M1类车型，其它车型也可以作为参考。2前底板总成相关法规介绍涉及到前底板设计时需要注意的相关法规如下文所述。2.1正面碰撞前底板总成正面碰撞的相关法规见下表2-1：表2-1前底板正面碰撞相关法规由上表可以看出，各国法规对碰撞要求各不一样，设计时，前底板总成可以考虑设计为差异件，满足各国市场需求，但不管进入那个国家市场，前底板设计均需要保证乘员仓有足够的刚度和强度，保证乘员不受伤害。2.2侧面碰撞前底板总成侧面碰撞的相关法规见下表2-2：表2-2前底板侧面碰撞相关法规对于侧面碰撞，前底板总成主要考虑的是门槛处构造，其中中心柱碰需要注意碰撞中心局部构造，侧面可变形移动壁障需要考虑门槛整体构造，对此下文将详细说明。2.3后面碰撞前底板总成后部碰撞的相关法规见下表2-3：表2-3前底板后面碰撞相关法规对于后部碰撞，国标和美标主要侧重考虑油箱的布置以及下部车身骨架强度；欧标相对较松，主要考虑车身骨架整体构造强度。相对正碰和侧碰，后部碰撞对前底板总成设计要求并不严格。2.4平安带固定点前底板总成平安带固定点相关法规见下表2-4：标准工程国标GB14167-2006欧标ECER14美标Fmvss571_210差异比拟加载角度水平线成10±5°无加载载荷13500N±200N13345N～13347N中欧比美标高下固定点位置M1类车辆的a1〔非带扣侧〕应在30°～80°座椅的a1和a2应在30°～75°围满足美标可满足中欧表2-4前底板平安带固定点相关法规关于前底板总成上的平安带固定点，一般只设置一个，多布置在门槛总成上，其位置可以同时兼顾中欧美。3前底板总成主要功能前底板总成的主要功能主要分为以下四个方面：3.1承载功能座椅固定前排座椅横梁总成的主要构造形式可分为如下四种，见图3-1B-后固定点座椅安装盒式D-座椅横梁总成式C-后内固定点中通道式A-前后座椅横梁式B-后固定点座椅安装盒式D-座椅横梁总成式C-后内固定点中通道式A-前后座椅横梁式图3-1前排座椅横梁总成的主要构造形式对于各构造形式的特点，见表3-1构造形式构造简介构造特点相关车型备注A前后座椅横梁各一根，其中前座椅横梁可以沿Y向贯穿前底板，后座椅横梁可以拆分或整体式由于具有后座椅横梁，可以提高底板总成刚度和碰撞性能S12BMWX5B11常见构造B后座椅横梁简化为座椅安装盒简化后座椅横梁后，有利于减重M11S11标致206常见构造C后座椅侧安装点设计在道总成上简化后座椅侧安装盒，进一步减重RV4凯美瑞T11多见于日系车D座椅横梁总成分横梁总成和纵梁总成可以提高整车弯曲刚度，以及正碰性能TIGUANGOLFS16多见于德系车表3-1座椅横梁总成构造形式的特点另外，座椅横梁与座椅骨架、电机包络面之间留有至少10mm的间隙。手刹、换挡固定点此类固定点一般设计在道上，需要满足刚度、强度要求，同时也压满足装配精度要求。一般在道上设计加强板，凸焊M8的螺母或螺栓固定。控制器、传感器固定此类控制器、传感器包括SDM控制器、YAW传感器、TPMS传感器，侧重考虑安装精度。仪表横梁下固定点对固定点强度、刚度、精度均有要求，同时需要考虑局部模态。副仪表板固定侧重考虑固定点精度。脚部风道空调通风管道一般为L型，通过前排座椅脚步空间穿过前排座椅前横梁，其固定方式有三种，一般为在风道拐角处及对面偏后的位置采用植焊螺柱〔QR2020614〕紧固；也可以在座椅横梁上采用自攻螺钉〔ST4.2或4.5〕固定，还可在座椅横梁焊接螺母〔N0111931〕，用螺栓固定。各种线束、拉线固定前底板线线束一般沿门槛、前座椅横梁布置，常用卡扣固定，固定点间距一般为250mm左右，车身需要设计卡扣固定点，见图3-2。沿门槛和座椅横梁的固定点可开孔〔6X12〕，用卡扣固定，线束在底板上假设需增加固定点，可用QR2020614植焊螺柱紧固，因底板有密封要求且其上已有很多植焊螺柱，应尽量防止在底板安置固定点。线束搭铁螺柱多凸焊在座椅横梁上，为防止烧车，要求相邻搭铁间距不得小于300mm。图3-2前底板线束固定拉线主要包括加油口盖拉线和后盖拉线。一般有两种布置形式，一种布置在驾驶舱侧的门槛总成上，驾驶员方便开启的地方，此种形式开启手柄护框可以和门槛护框做成一体，有利于保证装饰件的外观间隙见图3-3，另一种方式是布置在前地板本体上面，此种形式开启手柄支架过大，开启手柄护框多为单独零件，装饰件外观间隙不易控制。拉线固定在底板和门槛本体上平顺过渡到后面，折弯角度不得小于135°，固定点一般采用卡扣〔车身开孔φ6mm〕或者M6自攻螺钉固定，图3-3拉线固定示意图沥青板固定前底板处一般使用热熔型沥青板，对铺贴的型面没要求，主要起到减震、消音的作用，要求使用总厚度为3mm,圆角R20；位置一般布置在前底板刚度较弱的区域，常见位置为脚步空间处，大小依据CAE分析结果。参见图3-4图3-4沥青板PDM图排气管、隔热板固定排气管吊钩需根据排气管自由模态约束模态分析结果设置固定点，吊钩自身的模态频率要保持在350HZ以上，排气管吊钩使用冷镦工艺，材料一般为Q235，直径为10mm，如图3-5。排气管吊钩的焊接方式一般有两种，一种是和排气管吊钩安装支架用CO2保护焊焊接到一起，再和车身点焊到一起，此种形式吊钩和安装板配合面大，焊接强度高，可防止开裂，缺点是会降低自身模态且增加了整车重量；另一种方式是吊钩直接和车身用CO2保护焊焊接，可以提高吊钩模态、减轻车身重量，但由于和车身是刚性连接，以及两种材料溶剂的相容性，导致此处强度不高，路试极易开裂。设计中多采用第一种形式。图3-5排气管吊钩墩头尺寸因为排气管是发动机排放出来的高温废气，所以它与车身的距离有要求，以免过高的温度对车身部构成不平安的因素。一般来说，排气管与车身钣金的距离至少保证35mm以上，且需要增加隔热板以防止热量导入底板，隔热板位于前底板下方，用植焊螺柱〔QR2020614〕固定，每个固定点间距一般为200-500mm地毯、隔音衰减材料固定地毯总成一般需在仪表板、副仪表板、前排座椅、后排座椅固定点处预留装配缺口，装配完附件后，依靠对应附件压紧，地毯下外表与减震垫之间的间隙为0，与钣金侧边的间隙为3mm隔音衰减材料包括EVA、吸音棉、海绵垫。一般在副仪表板下方布置吸音棉、EVA，依靠副仪表板压紧；在前底板上方布置海绵垫，依靠地毯压紧。参见图3-6图3-63.3隔音、密封、NVH点焊密封胶与后底板以及与前舱、门槛搭接处焊接边必须涂点焊密封胶。见图3-.6图3-6前底板焊装涂胶图PVC与后底板以及与前舱、门槛搭接处焊接边必须涂PVC密封。见图3-7图3-7前底板PVC位置图孔洞、接头、缺口、缝隙密封与车身外部相通的开孔，假设用卡子安装，需选用带有密封性能的卡扣，假设用螺栓固定，需在螺纹联接处喷涂螺纹密封胶；前舱、后底板等三角缺口，缺口尺寸不超过5mm；在钣金搭接处防止孔洞存在，钣金搭接处间隙建议不能大于5mm。堵件堵件需根据公司设计规选择，本公司规详见车技委下发文件"关于规车身堵件的通知"最新版本。前底板模态对于前底板构造设计，增加纵梁和横梁的数量可以有效提高前底板局部刚度和模态值；各阶模态和频率分布散开，防止出现整体模态和局部模态的耦合，降低外界鼓励源发生共振的可能性降低。3.4涂装防腐要求漏液孔开孔大小需根据精简堵件相匹配，数量，位置布置须根据加强筋布置以及涂装工艺，使电泳液体能够完全排净，车身出电泳槽时最低点必须布置足够面积的漏液孔。前底板的定位孔和漏液孔的直径要统一，方便装堵件，一般情况下漏液孔大小为φ30mm，数量为10个。排气孔在局部空腔，车身进入电泳槽角度，在该空腔最高点须布置足够面积的排气孔，防止局部电泳缺乏。排液槽〔筋〕在横梁、道以及门槛处，设置一定数量的排液槽，在底板本体上加强筋布置，必须能保证涂装液体顺畅流通，顺利流向漏液孔，保证顺利排出车身。见图3-8图3.8排液槽示意图排液间隙大小要求钣金贴合处间隙大于6mm，假设达不到6mm要求，可采取增加排气槽。4前底板总成设计过程4.1前底板总成设计过程概述首先对参考车进展BM分析，重点分析纵梁、横梁的布置形式，零部件之间的搭接关系，特别是接头处的构造设计；其次是对重要安装点的构造进展研究，关注其构造强度、装配工艺；另外需要关注密封、防腐、平台化通用。根据工程制定市场目标结合根底车型试验结果和CAE分析，确定设计目标和改良方向。在保证整车性能的前提下，精简零部件数量和重量，实现最大化沿用、通用。根据初版CAS、BR-line、密封截面、座椅、排气管绘制初版典型截面，并确定前底板、后底板、侧围前舱焊接装配关系。对前底板截面刚度比照，以及人机工程、附件间隙平度要求，碰撞法规校核制定最终典型截面。根据典型截面、BR-line、其它附件布置详细数据做工程设计。校核数据〔运动、工具、工艺等〕，冻结数据，发放。4.2模块划分模块化方向关于前底板总成模块化，公司车身构造分块方向如下列图4-1：图4-1关于前底板总成车身分块图4-1关于前底板总成车身分块上述分块的主要思路如下：中横梁焊接在前底板上，目的是增加前底板的刚性，适宜装配；为保证座椅安装点的精度，座椅横梁最后一序焊接；前地板纵向分成三块，不同区域选用相应的材料，最大限度的减轻重量，在车型变化时可沿用道总成和前底板纵梁；前地板和道采用滑动搭接，可吸收冲压件误差，保证整车宽度；前地板总成与前舱总成、后地板总成采用滑动搭接，吸收焊接误差，保证整车长度；门槛在主线焊接，保证与前舱总成和后底板总成搭接处焊接强度，保证车身性能。主流车型模块划分其它车型常见分块方式见表4-1序号图例简介工艺性构造性能代表车型备注1前底板纵梁与后纵梁贯穿，先焊骨架后上前底板总成，最后焊左右门槛前底板总成刚度差，主线长，工艺性差刚度及碰撞性能最优M11BMWX52前底板纵梁与后纵梁断开，道处增加梁式构造，门槛在主线焊接，并与后纵梁焊接前底板压后底板，主线增加门槛工位，工艺性一般刚度较上面构造差，碰撞性能接近A4A6迈腾速腾兼顾性能和工艺，德系风格3下部车身模块主要分为三段，前舱、前底板、后底板，依次上主线焊接焊接工艺性最正确，模块划分简洁前后底板接头处刚度差，碰撞性能也不如上述两种构造凯美瑞卡罗拉优先考虑工艺日系、系风格4前底板纵梁与后纵梁断开，道处增加梁式构造，下部车身模块主要分为三段，前舱、前底板、后底板，依次上主线焊接模块划分简洁明了，工艺性好前后底板接头处刚度差，碰撞性能优B16兼顾性能和工艺，B平台车开展趋势表4-1常见车型前底板模块划分4.3前底板总成骨架构造选前底板总成常见的骨架构造如图4-3所示：A3BMWX5TIGUAN卡罗拉图4-3前底板骨架常见构造上述四款车型除A3是国标5星，其余都满足欧标5星，其骨架构造都是欧系、日系经典构造。其中A3和BMWX5前后纵梁是贯穿；除A3外其余车型道处都设计了梁或梁式构造。贯穿式的前后纵梁并与前门槛连接可以有效提高整车刚度，而对碰撞性能影响需根据纵梁和门槛的布置来分析。表4-2是某同平台车型的刚度比照，图4-4那么是两种构造的试验比照，图4-5主要说明前纵梁走向对碰撞的影响。车型纵梁接头重量弯曲刚度扭转刚度备注S1A前后不贯穿242.018127.36440.7同一平台两款车型S1B前后贯穿205.2111374.57574表4-2同平台车型的刚度比照卡罗拉车身的加载点坐标为1100mm，通常最大变形点应该在加载点附近，实际测得的结果是最大变形点在车身上的X坐标为卡罗拉车身的加载点坐标为1100mm，通常最大变形点应该在加载点附近，实际测得的结果是最大变形点在车身上的X坐标为1590mm，此处是前底板上，靠近中底板的地方，考虑到卡罗拉底板下部只有中通道的梁，因此抗弯能力较差。M11车型纵梁处最大位移变形点在加载点附近，说明M11前后底板接头构造优于卡罗拉。M11车型纵梁处最大位移变形点在加载点附近，说明M11前后底板接头构造优于卡罗拉。图4-4是两种车型构造的试验比照FFFF中通道附近变形超过材料区分应力，建议增加纵梁构造，增加传力途径，改善碰撞性能。此处前底板纵梁弧度应平滑过渡，越直越有利于正碰FFFF中通道附近变形超过材料区分应力，建议增加纵梁构造，增加传力途径，改善碰撞性能。此处前底板纵梁弧度应平滑过渡，越直越有利于正碰图4-5某车型40％偏置碰上述车型中有四款车型多采用了多梁的构造设计，即除前底板纵梁外，还在道处增加梁或梁式构造，这样有利于增加正碰时的传力途径，同时也可以提高其底板总成局部刚度和模态值。同时，类似该构造设计的车型还有威驰、迈腾、速腾、奥迪A4、奥迪A6。4.4前底板总成构造设计前底板前底板构造形式前底板构造形式有整体式和分体式两种，其区别就是前底板是否分为左右2块，见表4-3构造形式图例优点缺点是否推荐整体式〔前底板为一整体〕1、密封好2、模具本钱低3、节省工装、工位、人力和物力1、前底板反弹，尺寸控制困难2、重量高不推荐分体式〔左右前底板两块〕1、有利减重2、有利于平台化3、有利于尺寸控制1、密封性能不如整体式2、增加模具费，工位、人力、物力推荐表4-3前底板形式比照前底板搭接形式上文模块划分已经说过，前底板总成在主线焊接时，推荐搭在前舱总成和后底板总成上方，其搭接边均为水平搭接。这里重点说明的是前底板与门槛处的搭接形式，主要形式可以分为3种：上翻、下翻、水平。见表4-4搭接形式示意图优点缺点备注上翻〔前底板翻边向上〕密封性能好焊接容错不好；座椅横梁处焊接困难下翻〔前底板翻边向下〕焊接工艺性好，可以实现座椅横梁处焊点容错差；密封差，与前舱、后底板搭接的四角易出现孔洞水平〔前底板翻边倾斜〕焊接工艺性好，容错性好密封差，与前舱、后底板搭接的四角易出现孔洞表4-4前底板搭接形式以上三种搭接方式，可优先选用上翻和水平方式，下翻式不推荐采用。前底板筋的布置底板是一个大平面，而钣金件需要防止很大的平面，因为大平面不管是强度还是刚度都比拟差，对整车的性能有直接影响。比方底板存在大平面的话，其刚度就不好，这样车子在高速行驶的时候就"嗡嗡〞响，NVH就不好。那么筋的布置对其非常重要，根据钣金特性，只有在钣金经过充分的塑性变形后，钣金件的刚度和强度以及质量才能到达最好状态，而在底板上布置筋就是使钣金在冲压的时候充分塑性变形，从而解决上述问题。根据碰撞要求，从前底板受力方向及车辆行使时的气流方向考虑，前底板前部的筋以纵向为主，后部以横向为主，深度以7~10mm为佳。图4.6为某车型前底板两种筋的布置，CAE刚度分析的结果。考虑到涂装漏液，筋的方向尽量为Z+向，由于地板上面布置空调通风风管道，Z+向筋会影响布置，布置需要可以增加Z-向筋，但要保证漏液孔在底板凹筋部，总之，筋的方向没有特别严格的要求，只需保证不积液即可。图4-6前底板筋的布置前底板空间布置踏板对前底板布置的影响踏板机构人体工程学：踏板机构涉及到人体工程学，既要满足操纵性能的要求，又要满足人体运动学原理，给人以操纵的方便性和舒适性，这就要求许多相关尺寸有相应围规定，力求适合于绝大多数人对操纵性的需求。图4-7为踏板布置要求4-7为踏板布置图相关的尺寸及规定：1,离合器踏板左侧边缘至H点的距离C=>>1002,制动踏板右侧边缘至H点的距离D=>>100\3,制动踏板右侧至油门踏板左侧距离E=>>604,离合踏板左侧边缘至踏板垫右侧G=>>60制动踏板右侧边缘至通道距离H=>>137油门踏板右侧至通道的距离K=>>155,制动踏板宽度(机械变速/自动变速)L=>>50/1006,离合器踏板宽度M=>>50踏板垫宽度N=>>607,制动踏板下边缘至地毯上边缘的高度Q=145+88,油门踏板下边缘至地毯上边缘的高度O=>>110+109,离合器踏板下边缘至地毯上边缘的高度S=>>145+810,制动踏板,离合器踏板在最大行程时11至油门踏板参考点A的距离X=13512,制动踏板至方向盘的下边缘L13=MIN59013，离合器踏板至制动踏板0-1014,油门踏板至制动踏板的高度差L52=大约50该尺寸的规定也并非能够满足所有人的操纵运动需求,因此,与操纵运动相关的零部件也设计成可调节的，在设计踏板机构时，首先必须确定出相关的尺寸围，在这个围，合理地确定尺寸，尽可能的使性能优化，符合人体工程学原理H点对前底板布置的影响表4-5H点布置要求表4-5为H点对前底板的一些布置要求，包括推荐值。主要考虑的是坐姿、上下车方便性。其它1,底板离地间隙H156，最小值为130mm，推荐值150mm；2,总之，底板的最小离地间隙要小于油箱的最小离地间隙。门槛门槛高度乘员保护侧碰要求GB20072和ECE95碰撞器要求为300±5mm～500±5mmFMVSS214碰撞器要求为330.2mm～533.4mm星级评价侧碰要求CAP和EUNCAP碰撞器要求为300±5mm～500±5mmIIHS碰撞器要求为380±5mmUSLINCAP碰撞器要求为330.2mm～533.4mm不同车型针对的市场不同，可根据实际市场需求设计门槛高度，一般设计时，只需要满足门槛与碰撞器重合区域大于1/3即可。门槛典型截面图4-8门槛截面密封门槛处密封条密封需以侧围外板为基准，门槛和侧围外板的Z向高度差为3mm，门槛与侧围侧加强板高度差为1mm。门槛下端需预留涂胶槽，涂胶槽高度为4mm，门槛与侧围侧加强板高度差为1mm。碰撞传力1,门槛处截面尺寸大小推荐大于100mm×90mm〔高度×宽度〕，此尺寸作为参考尺寸，具体大小形状，需根据CAE分析构造确定。2,门槛尽可能保持X向平直，防止过多过深的Y向皱褶。涂装漏液1,门槛前后端需开2-Φ30mm漏液孔，2-Φ20mm定位孔；2,门槛下端需预留5个排液筋，大小满足20mm×3mm〔长度×深度〕，从密封考虑，深度不能大于3mm。漏液孔漏液孔定位孔排液筋排液筋图4-9门槛涂装漏液平安带固定点GB14167&ECER14Fmvss571图4-10平安带固定点1,平安带固定点需满足法规要求，参见图4-10。2，具体构造参见平安带固定点设计指南，满足对应市场的法规要求。道搭接形式搭接方式采用对接，公差无法吸收搭接方式采用平面搭接，有效吸收Y向公差搭接方式采用对接，公差无法吸收搭接方式采用平面搭接，有效吸收Y向公差图4-11道搭接方式道本体、道加强板、左/右前底板推荐采用平面搭接，可有效吸收Y向公差。见图4-11。两种布置形式优缺点比拟：分类优点缺点整体式节约模具费用，焊点减少，节约费用和工时增加重量，不利于车型改款分体式减重，利于车身构造模块化，提高整车碰撞平安性能浪费模具费用，焊点增加，浪费费用和工时道与地板本体搭接形式目前车型由于车身构造模块化要求更倾向于分体式构造，下面根据分体式构造在道与地板本体的搭接形式上的不同进展具体描述：滑动搭接+隐藏式纵梁对接+显式纵梁滑动搭接+显式纵梁三种搭接方式优缺点比拟：分类优点缺点滑动搭接+隐藏式纵梁可以吸收Y向公差，焊接工艺容易实现对车身刚度提高较小，侵占乘员舱的局部空间对接+显式纵梁对车身刚度提高较大无法吸收Y向公差，焊接工艺不容易实现滑动搭接+显式纵梁对车身刚度提高较大，可以吸收Y向公差，焊接工艺容易实现Y向过长，影响座椅横梁焊接道与其他系统零件的匹配道上需要安装的零件主要有仪表板横梁、换档支架、气囊ECU、手刹支架及拉线、排气管、电器线束、隔热罩等。不管是整体式地板还是分体式地板这些安装点一般都布置在道的加强构造上，具体位置由总布置定义。对于车身方面所要注意的方面主要有以下几点：安装点处的刚度、强度是否满足要求主要是手刹支架及拉线、排气管吊钩。气囊ECU的共振频率是否满足要求。保证安装螺栓与道其他零件留有2-3mm间隙。电器线束在有加强板的地方尽量开孔〔注意卡子安装空间，两层板大概10mm间隙〕，没有加强板的地方使用植焊螺柱。对于分体式车身构造，隔热罩的安装螺钉应尽量防止焊点及最低点位置。前底板纵梁主线焊接次序前底板纵梁一般有两种方式焊接，一种先焊接成下部车身骨架总成，一种焊接前底板总成，目前公司推荐采用第2种方式，具体原因及优缺点见4.2、4.3章节说明。搭接边目前，B平台车前后地板总成的搭接边包括纵梁的搭接边，都在一条直线上，这样构造简单工艺易实施，但此构造在碰撞中有开裂风险，且影响局部乃至整车刚度；假设底板纵梁的焊接边避开前底板焊接边，使前底板纵梁和后地板纵梁或者门槛焊接，会提高整车刚度及平安性，见图4-14。刚度分析局部可以参考参见图4.4试验比照。目前B平台车，前后底板搭接处几乎水平，发生侧碰时，容易从此处断开前后底板焊接边应错开，防止直线设计。特别注意前目前B平台车，前后底板搭接处几乎水平，发生侧碰时，容易从此处断开前后底