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（1）、地板总成结构设计：1）、地板总成：前地板、前地板加强板、地板内纵梁、地板外纵梁、座椅横梁、中地板、安全带加强板、后地板、备胎板、地板加强横梁、油箱安装支架等组成。2）、边界条件：密封结构，车身和底盘附件安装硬点等。3）、设计过程：第一步：熟悉效果图，领会造型师设计意图和造型风格。分析各部分安装结构及实现的可能性。如结构不能实现或有疑问，则立即反馈给造型师，让造型师修改造型或作出解释。第二步：熟悉油泥模型、熟悉参考样车零件，注意其安装形式、壁厚以及与边界搭接关系。第三步：确定结构分块及固定方式、确定主断面、硬点。 硬点：主断面、造型面；传动轴和消音器（间隙一般取10-15MM）、油箱、后悬架、后备胎等底盘系统的安装空间和安装位置；座椅总成、安全带安装点等车身附件的安装空间及人机工程。 固定方式：焊接第四步：确定材料、料厚、成型方式、拔模方向。 材料一般为钢板，厚度有0.8、1.0、1.2、1.5、2.0（mm）第五步：结构设计：A. 安装面原则上根据附件安装要求设计安装结构及其周边结构。B. 内饰安装结构原则上随白车身走，设计期间应相互协调沟通，优化结构。C. 电器元件结构原则上随白车身走，设计期间应相互协调沟通，优化结构。D. 内外板之间应形成空腔，以增大整车的结构刚度。E. 纵梁与地板之间形成空腔，以增大正面碰撞能力。F. 地板加强板设计：加强板处在内外板之间，对地板总成薄弱区起到加强作用，在设计时应考虑仅在加强区域和搭接边处焊接，其它区域应留一定空挡，尽量避免面与面大面接触，一方面增大加强功能，另一方面减少冲压制造误差带来的焊接困难。G. 地板支架设计：在保证强度和冲压工艺的前提下考虑安装的设计空间。第六步：检查断面检查、硬点检查、工艺检查，并填写数模检验单、断面检查表、硬点检查表。检查修改完善后提交专家审查。4）结构设计参数：A、任何一种车型的车身地板总成均可按三层板的设计思想去构思结构设计，即最外层是外板，最内层是内板，中间是加强板。在车身附件安装处一般应考虑设计加强板。一般外板材料是08F，0.8mm厚，拉延级别是Z，外表面质量级别是I。内板材料是08F，1.01.5mm厚，拉延级别由成型难度而定，外表面处理级别是II。加强板材料是08F，1.02.0mm厚，拉延级别由成型难度而定，外表面处理级别是II。附注：板金表面质量有I，II两级，I级质量最好，适用于外板；II级次之，适用于内板。板金冲压拉延等级有S，P，Z三级：S：最差，适用于拉延深度浅的零件；P：较好，适用于拉延深度一般的零件；Z：最好，适用于拉延深度深的零件。常用的车身零件焊接用标准件有凸焊螺母，凸焊螺栓，承面凸焊螺栓以及熔焊卡条等等。在选用凸焊螺栓和承面的凸焊螺栓时，应优先选用承面凸焊螺栓，其焊接定位准确度高。表3.4.1各种标准件所需配合孔规格：凸焊螺母底孔规定螺母规格M4M5M6M8M10716M12M14配合孔567912131416过孔6781013141517凸焊螺栓底孔规定凸焊螺栓规格M4M5M6M8M10M12M14配合孔4.55.56.58.510.512.514.5B、由于地板面积较大，比较平整，且地板内部就是乘员乘坐的空间。为了避免在车辆行驶过程中因外界的冲击而产生的相互振动，通常在地板外表面会涂一层35mm左右的减震隔热胶，以增强其刚性而不容易变形，同时也减少了车厢内部和外部的热量交换，提高了乘坐舒适性。在地板结构设计过程中还要考虑整车车厢的密封性。前、中、后地板搭边处、地板与前围、地板与侧围搭边处，以及各件转角处所留最大空隙应能使焊接粘贴胶密封住，以保证水不会通过任何缝隙渗入车厢内部。C、另外还要注意前纵梁的设计：车身正面碰撞能否通过，前纵梁的正确设计很重要：1）有CAE分析得出前纵梁的最大横节面；2）前纵梁的方向尽量水平，在X、Y、Z向上不要有大变化。以下是典型断面为后地板与侧围轮包及后悬防撞块处断面：设计时注意与侧围的搭边关系以及防撞块的安装位置。后悬架安装位置处断面：设计时注意悬架安装孔位的精度，悬架与地板零件的配合，以及地板零件本身的焊接关系，避免出现四层焊。 图3.4.35后地板与侧围轮包及后悬防撞块处断面 图3.4.36 后悬架支座处断面 图3.4.37变速操纵结构安装位置处断面 图3.4.38地板总成数模如图为变速操纵结构安装位置处断面：设计时注意前地板、前地板加强板、侧围的搭边关系；注意保证变速操纵机构、排气隔热板等底盘零件的安装位置。(2)、地板设计注意事项：1） 、前后地板的筋的设计：A. 地板上一个很重要的结构特征就是筋。有的筋是为了结构需要，实现如座椅等附件的功能；B. 但多数筋的结构是为了增加刚度。地板上筋的深度一般在5-10mm之间，象这样的筋结构它有刚度相当于6mm10mm厚的钢板，可以最大限度的增加车身刚度，降低车身重量。C. 设计地板（尤其是前地板），有时会采用前后贯通的筋，这样可以提高地板的刚度，但同时在前后地板搭边处也会产生间隙，造成密封困难。这一点在设计时应该综合考虑；D. 地板型面一般较规整，在做筋时可以考虑使用pocket命令，方便快捷的做出加强筋；2） 与悬架（尤其是与后悬）的配合问题：A、 有时候悬架按照实体建模，有些杆臂并没有转到位，这样就容易造成设计后期检查时的干涉问题；因此在设计初期应注意与底盘部门的沟通；B、 在有悬架托架时应特别注意悬架托架和悬架的同轴性；3） 地板纵梁和纵梁内加强板之间在设计时应该预留间隙（通常两边各为0.30.5mm），因为纵梁及其内加强板材料厚、刚度大、尺寸长，预留间隙可以包容一定的变形量，这样在将来零件装配时较容易实现。4） 后地板备胎包的翻边：因车型不同，该处翻边型式很多，但应注意在向下翻边时，不要与离去角干涉；5） 地板左右对称件的处理：地板上左右对称、小尺寸的零件较多，在条件允许的情况下尽量做成其本身是关于中心线对称的，以便左右可以共用一个零件；6） 非对称的注意事项：由于底盘零件布置的变化，有些零件大体上是关于x-z平面对称的，但有些小的特征，如凸台、孔的尺寸、位置并不是关于x-z平面对称的，在利用左右对称copy功能做零件时应该特别注意，不要错误的copy非对称的特征；7） 地毯、地板隔热垫的设计：地毯在布置设计时应考虑压缩量，一般为3mm；8） 倒角的问题：A、 在设计建模初期就应该考虑到倒角的状态，比如：所留的焊接边在倒角以后的宽度尺寸至少应大于10mm；所定的孔位在倒角以后应该不会位于倒角的圆弧面上；零件的边界在倒角后不应与倒角面干涉。B、 对于有配合关系的两个零件来说，更要注意倒角的大小关系，一般来说，被包容的零件的倒角应当大一些，以免干涉。C、 在倒角困难的情况下，有时候会通过修改型面以实现倒角要求，在这种情况下应注意与之配合的配合面、配合零件的相应修改。图3.4.39 地板设计与建模9、发动机舱结构设计发动机舱（包括前围板）和侧围的焊接关系都要考虑，确定分界线。结构设计完以后，样车是两种样车的概念，一种是试验样车，一种是检验型的样车（检验设计的样车）。试验样车就是说能做碰撞试验，做一些整个性能实验，这个车型就和以后生产的车性能等同的。可以说检验设计型的样车可用简单方法，比如用简易模具拉延，然后用手工整形切边，因为是检验一下设计结果，检验设计方案, 指导和检验整个设计过程，这是检验样车。比如说同济同捷开发的某一车型做了两轮，做第一轮时做一个螺钉车，主要零件60个要做简易模具也要花几百万，少说也要200500万元人民币。如果是这样的话，在国内情况，除了60个大件及外板件，其他几百个小件可以采用什么方法呢？采用第一种样车叫检验设计的螺钉车方法，就手工做。由钣金工用简单的胎膜（手工或数控）工具，制作完零件采用三坐标校验，按照设计，把样品做出来，要加工焊装卡具，然后做拼装。第一台可以拼装成螺钉车，这是什么概念呢？用螺丝钉直接连起来，用5mm的螺钉，在两块板中连接处打孔连起来。为什么不焊死呢? 因为如果某个件设计不合理，还要重新改一下这个件，要换一个新件，再重新检验一下，看两者装配间隙，看装配位置对不对，然后最后定了以后，再把它拆下来。为什么要拆下来，还可进行反测量，这个结构可能在做中才发现的，设计时没考虑这个结构，这个结构不错，现在结构可以用了，再在三坐标测量仪上把这个件测出来，光顺它的面，把这零件的CAD数模做来，然后出二维图纸。相当于反求，部分反求。不能这样设计，冲出来就要有结构，有筋，加筋就可以增加刚度，决不可以留一块很大的面积不加筋。记住，车身设计，如果是一个很小的面积，不管是哪一个面，只要其面积超过一定的面积，比如说宽度超过50mm，长度超过50mm，这么大一块面积，不允许这上面什么筋也没有，孔也没有，刚度会很弱，面积越大，刚度越弱。这是众所周知的。所以在车身设计中，实际上就是玩筋哪，到处加筋，到处加孔，加翻边。给你一块板，安装结构是要得以满足，零件里面的结构是到处加筋，加结构，密密麻麻，到处都是筋和孔，凸台，这个零件设计就是对的。这个零件设计的水平就高了，然后再做有限元分析和校核，就不会出错了。肯定刚度是够的。按中国的国情是改不起的，所以我们的目标是在我们设计的同时，进行大量的成熟车型的BENCHMARK研究，样件就放在设计人员一个办公室里，然后装配上，把所有的样件都装配上去。实际国外也离不开BENCHMARK和设计检验过程，并与先进设计软件紧密的结合好。 图3.4.40 发动机舱设计3.4.5内饰、外饰设计内饰、外饰设计就根据造型最后方案，进行测量，包括车门内板的测量，车门内板做好模型以后，上三坐标或激光扫描仪进行测量，仪表板做三坐标测量，所有的COPY件（沿用件）做三坐标测量。把测量的点云进行光顺，然后做结构设计，CAD建模，建模以后，再做样件PROTOTYPE，建议在做模具之前要做一次简易模具成型或快速原形件。比如说仪表板，一个仪表板的模具，开模具费用，国内价格约100300万，快速原形一般一套件约为510万元。国外模具价格至少150万美金，如果没把握要开这么几百万的模具，最好确认一下，为什么不做一个样件看看，已经有了1：1模型了，根据模型数据扫描获得点云。两种方法，一个是上数控铣，铣一个仪表板的塑料件（1：1）。也可数控加工一个塑料模型抛光以后，用玻璃钢直接在上面糊，糊10mm厚，作为模具。玻璃钢的模具也是玻璃钢，玻璃钢的模具后面加木头或金属骨架，直接在上面糊玻璃钢仪表板，VCD等都装上去，把所有的仪表和零件都装上去，看看有没有什么问题，甚至装到车上看看有没有什么问题，你可以喷漆，表面打光，打上腻子喷漆，效果跟实物效果一样。提供给设计确认方确认, 然后把这个数模冻结，所以数模和样件实物要一致性，是非常非常重要的，要做一致性检查。这里说是很多样件，包括车内板，也可以用玻璃钢件，因为玻璃钢手糊的，模具费很便宜，模具费有几万元就够了，一个仪表板的模具，甚至手工给你做模具都可以，当然也可以用快速原型件。拿验证并修改后的数模再去开模具。这是内饰的设计。外饰呢？外面的一些护板，从广义上前后保险杠，也都属于外饰设计。那么内饰外饰设计，常用的材料，仪表板PVC，聚胺脂, ABS塑料比较多，表皮用一种表皮，比如真皮做表皮，也可用一种树脂材料做表皮，注塑的时候，把塑料在表皮上，纹理全靠表皮生成，这是轿车普遍采用的一种方法。也有硬注塑的，微型车都是硬注塑的，都是用硬注塑，在模具上做出来，不做贴皮的，贴皮的价格贵。轿车可用塑料骨架，加表皮发泡软包。厚度一般都是2.5mm，一般设计2.53.5mm之间厚度。内饰、外饰设计还有一个仪表板的布置和安装，就仪表板的布置，在做模型之前，CAD里要做布置工作。CAD根据造型效果图把VCD这些零件都做CAD建模，COPY件建模，然后把COPY件装配起来，然后用它来指导做油泥模型或直接做三维造型设计数模。测量后做表面的骨架，支撑，仪表板内有筋，支撑件，支撑件参照同类产品BENCHMARK结构进行设计。还有支撑架，仪表板支撑横粱。当然也可以做一些粗线条的控制线的设计，那么车门内板的设计，在模型上进行测量，测量后做出来样件来装配，再装配检验的数模来修改数模，包括那些小零件，包括内饰板，还有紧固件，内板一般都是扣上去的。内饰板比如B柱内饰板，A柱内饰板，后风窗框的内饰板，这都是塑料件，这些塑料件根据内模型，也可以把它测量下来，进行结构设计。也可以先设计，再做内模型或样件。还有侧围板，顶盖内饰板，空调系统布置，风道设计，尺寸空间布置要利用它现有的数模。把这些附件建模，根据空间布置把风道数模建起来。然后再安装，装得下，这风道包括空调出风口，进风口，风道，这是很复杂的风道，它们都是塑料件，都要开模具，尽可能设计准确。当然座椅的设计，仪表的选择，仪表总成的选择，许多的结构可以根据成熟车型BENCHMARK结果获得。图3.4.41 内饰设计-A柱设计、B柱设计及C柱设计图3.4.42 仪表板设计图 3.4.43 内饰各个零部件的设计3.4.6 第五类概念车-试验样车Prototype的试制比如说一个车身，有些外覆盖件是冲压成型的，有些件用手工做代冲压模具。但是前纵粱碰撞时候是主要承力件和吸能件，几十个主要的骨架件，这些件是一定要冲压成型的。为什么呢，经冲压拉伸成型的件，其刚度结构强度较好，所以能真正反映出碰撞的实际情况，能达到碰撞法规要求，外板，外覆盖件一般也采用冲压拉延结构。为了做样车的质量好些，外覆盖件也可以用简易模。简易模，全世界就只有那么几种，都这么做，比如锡铂合金，低熔点，温度到100-200就融化了，低熔点材料铸铁铸造以后再少量加工。还有铸铁，铸造完了再去数控加工，然后冲压成型，一般大侧围采用铸铁模具。还有一种是塑料做模具模型，铸铁做模具骨架，然后模具型面用CIBA(气巴)材料，这材料是很贵的，非常贵的，目前一般来说比铸铁还贵，如果时间允许用铸铁做还比较省钱。锡铂材料就模具型面是用20mm锡铂材料，灌进去成型，象铸造一样成型，但要加工一个数控主模型控制面放上去，总之有这几种材料做简易模具的。 简易模具一般批量生产不用的，就做几十台，几百台，当然这种模具也可以做几千台，但一般生产不用。它保证不了质量，第二件不如第一件，第三件不如第二件，质量越来越差，模具磨损比较严重。批产模具一般来讲，都用钢模，钢模是一种铸造的模具钢，铸造以后再数控加工，但它的材料是一种模具合金钢，也称为模具合金铸铁，也是铸铁模具。铸铁有两种，一种是灰口铸铁，模具铸铁是一种高硬度的合金钢，合金钢做铸造后，时效后再去数控加工，那就是真正的冲压模具，几十万件都不会磨损，寿命很长，那就是生产模具。一般产品试制时，只做碰撞实验，试制时不需要这么好的模具，只要简易模具就够了，而且只做拉延工序模具。因为批量生产的模具，国内的价格按模具的重量，2万10万元/吨，国外的价格可能就是3万5万美金/吨，基本是按这个价折算的，不会有太大的差距，也就是说，简易模具，可能便宜点，大约0.6-1万元/吨左右，按模具重量算。外覆盖件是冲压件，但车内无关紧要的件可以用胎模做，胎模，比如某处有一个槽，用这个槽可以搭出来，也可以用数控铣出一个来，比如说横粱，我可以用角铁焊成这个形状，然后拿一块钢板敲，敲成型，这个叫胎模，用胎模手工做，当然做一个简易胎具，用钢板在上面敲，做出一个零件来，这就是手工制作。若做十台样车，做完后就全部扔掉了，不可能先大量做模具，所以做样车时，样件多数是用胎模手工做，甚至有的零件，对碰撞无关紧要的，就是为了要减少开销，试制样车要大量投钱做模具，样车做好后，这模具都要废掉，这钱就浪费了。国外也是一样，不能浪费这钱，没必要浪费，也仅仅做拉延工序零件模具。有的就是用胎膜，用工具来敲。做第一轮样车时，要有一些结构要在实践中修改，所以绝对不可能第一轮样车模具就做到一次到位，不是强度件，手工做也没问题，只要和数模一致，所以外表面要保证质量，可以做几个简易模，冲压成型，手工可能质量不太好，但是和碰撞实验无关的件 ，可以手工做，手工做就是批的腻子多一点，又不批量生产车。一旦生产，要做生产钢模，效率就高，一年要生产几万台。人类刚刚进入三维技术时代，很长一段时候，基本上都是用二维图干的，模型都手工做，这很正常。到了95年以后，开始三维技术上来了，并不是说有了三维，全部或大部分采用数控化加工将是主要趋势。样车一般只用拉延成型，就一道工序，因为生产模具是五六道工序，包括下料，翻边，整形，冲孔，拉延等好多道工序，就要第一道工序，下料都用手工下料，然后拉延成型，下料的裁边，剪边都手工做，国外也不这么做，国外设计样车也是拉延工序，不是所有都做，它用激光切割，用数控切割机切割，都不需要做切边模具，做模具太贵，不马上生产，用不着做那么多的模具，最重要的是有一批好的师傅，有好的师傅那对结构设计是太方便了。说第一台样车呢，还不是这样的，应该是螺钉车，所有的零部件的焊点都是用螺钉连接起来的，拆得开的，这种螺钉车，德国大众，美国等全都100%在用，谁也摆脱不了这个，全在用螺钉车的概念，这是做样车。90年前三维软件刚刚推出，价钱很贵，而且在国内外也没有几家有，所以基本上是用二维AUTO CAD设计，设计完以后，当时是做1：1模型，1：5油泥模型，后来又做了一个样车，后置后驱动的，按图纸，把断面给他，那是一些没成形的图纸，给一些设计断面，用手工敲出来. 所以土有土的做法，这是最土的做法，最便宜的做法，样车就这样做出来了。但现在有三维技术，绝大部分设计可以正向，所以正向，逆向要结合起来，要有这种概念，但采用BENCHMARK比对基础上，纯正向设计也是完全可以的。这种设计不落后，全世界都这么设计，到目前为止，还没有一家汽车厂（比如通用，福特，大众等）敢说我现在摆脱模型不做了（至少数控验证模型必须要有），全在计算机里跑来跑去的，或者说样件也不做了，直接用数模开工业生产模具，没有一个厂家敢，因为在这个设计过程中不可能不存在问题，尽管有好多样件参考，因为结构变了，情况都在变，安装选的内饰板，包括雨刷，电机都在变，结构可能还要出问题的，都要手工来试制来检验。试制过程我们认为分两次，第一次设计就是边设计边做一个螺钉车。 其他零件可以用成熟批产件改制、塑料件可以用快速原形或简易模具制造，样车装配没问题后，可正式试制接近批产工艺和质量产品，以便经得起试验的考验。图3.4.44 白车身试制3.4.7 碰撞与结构分析及结构优化设计整车性能计算是属于总布置内容，平顺性，操作稳定性，进行校核，做整车动力学匹配，一般都是由整车设计做，在此不详述了。车身设计，如果底盘不改，而且车身也无大的变化，轴重变化也不大情况下，一般不用校核。比如车身有限元分析是很重要的一项工作。三维内容要掌握好，要把几百个车身零件焊接起来，然后焊点要模拟（因为焊点要传递力）用节点把它们连接起来，然后所有的零件都连接成一个整体，做整个结构刚度，扭转刚度计算。还有加上载荷以后的应力，看看应力是不是很大，一个车轮悬空，看看这时的应力怎样，变形很大的地方，应力很大。应力很大，变形以后就断了或裂开了，这时候就要计算，还要计算一下模态，看看模态分布合不合理，刚度整体分配是不是均匀，有些地方过强，有些地方过弱，就要调整设计，这里的整个过程就是结构优化设计。初步设计方案是根据以前经验和BENCHMARK研究结果基础上设计的，然后再结构优化，修改三维数模。这个过程是在三维数模结束的时候，或者第一轮螺钉车结束前，这个工作就要提前介入，提前建模，提前进行分析，当然还有碰撞分析等这些结果出来以后，碰撞分析，要把发动机，前悬架都装进去，把发动机和所有零部件质量也进行模拟，把这些质量支撑点都要模拟，它们也有惯性力和支撑力的。把这些全放进去，包括发动机的刚度（发动机有一个反撑刚度），包括发动机弹性支撑座，全要考虑进去，这时候模拟碰撞过程，看看碰撞负荷，是否达到车身碰撞法规要求，如果不能达到，修改结构设计，比如说纵粱的压缩吸能区，收缩吸能带，这个区域是否合理，这段结构不合理，就要修改，此区域碰撞后折叠，收缩后吸收能量，看一些车型，国外汽车公司车身设计的，所有的工程师，不管年龄多大，都在旁边摆放一些别的车型结构零部件并进行详细的BENCHMARK研究。比如设计MPV它们就把福特的克莱斯特，大众的MPV等参考车型买来，整车摆在那，拆开来也摆在那，把它锯开的也摆在那，所有A柱锯开的断面，甚至在锯在的断面上涂上颜料，参考一下这结构。这种结构多数是没有专利的或专利过保护期的结构，都可以相互学习和借用。多看看别家的车子，多钻几回车底。把人家的结构画成草图，甚至仔细测量，再照此设计，八九不离十，不会有太大的问题，到时算出的结果很合意的话，人家就会说你设计的结果很有经验，很有思路，可人家不知道你钻了多少次车底。这就是学习，人家都是经过了多少次验证的东西，为什么不用它呢？把人家成熟的东西整个抄过来，没关系，然后再计算，校核。然后做模态分析，模态分析也就是说时域振型，不同的频率，不同点的变形量，不同模态对应不同频率，发现某一点变形量比较大，某一边变形量比较小，某一块设计太强了，就要把它变薄弱一点，钢板改薄，或筋少打一点，或者某些地方加一些筋等等，形成结构优化，使它模态分布，变形都比较均匀。举一个最简单的例子，比如说一根筷子，一根木棍，折断它不容易，一折它就变弯了，但如果用刀在某一处割一个口子，那么一折这筷子就断了，为什么？因为它局部变弱，模态振型很大，一下就变形断掉了。如果把整根筷子都加工同样的深度，也就拆不断了。整体刚度一致，整体均匀变形，应力不会集中到某一点上，就不会断了，不会把变形集中到某一点上，这就是我们所说的模态，不过是对应不同的频率，把所有频率叠加起来，就是一个傅立叶变换。比如说一根梁，如果既然设计不合理，局部搞得很弱，其他地方强得要命，这时候往往从局部断掉，甚至这根梁其他地方加强很强。不要那根梁断掉，最好的办法不是局部再加强，而是把其它强的地方变弱，把强的地方变得和弱的地方一样弱，整体柔性。再如波音747飞机，其机翼长度几十米，在跑道上跑时，上下蹿动半米多，上下摆，如果你不要它摆的话，我们设计断面至少要增加1米多高，因为太长了，其骨架设计要1米多高，才能确保它上下振动很小。你如果不要它振动的话，要增加它很多重量，这材料算下来，不得了。但你要它均匀摆动的话，要它整体均匀摆动，如果局部要它摆动这么大，它早就断掉了，正是因为它整体均匀摆动，它整体的变形都是均匀的，刚度是均匀的，才造成它翅膀不会断掉，它尽管摆动但它不会断掉。如果不懂的话，突然把它的根部局部加强，比如在发动机里面把横粱加强，不让它摆动太大，把它局部加强，但是它将从发动机处断掉，因为它本来上下要摆动的，允许它根部摆动才不会断掉，你不让它摆了，它就要断了，跟卷铅笔一样。请详见第一章有关仿真与设计优化(CAE)章节。图3.4.45 结构优化和有限元分析
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