1、汽车设计汽车前地板总成设计规范模板汽车设计-汽车前地板总成设计规范模板汽车前地板总成设计规范83范围本规范规定了前地板总成的定义、构成与分类、设计流程、详细设计、设计评审及验证。本规范适用于公司轿车、SUV等前置前驱车型的设计。84规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是不注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修订）适用于本文件。85前地板总成定义、构成与分类3.1 前地板总成定义 下车体钣金结构中处于前舱总成与后地板总成之间用于承载驾驶员、前排乘员，安装座椅、副仪表台、换挡操纵机构、手刹操纵机构等功能零件的钣金结构总成。3
2、.1.1 前地板总成构成 前地板总成通常分为：门槛内板总成、地板分总成、座椅横梁总成、中通道总成，如图1 所示。门槛内板总成通常由门槛内板、门槛加强板、安全带安装加强板等零部件构成。 地板分总成通常由地板、地板上纵梁等零件构成。 座椅横梁总成通常由前后座椅横梁、前座椅安装加强板等零件构成。 中通道总成通常由中通道加强板，手刹、换挡安装加强板等构成。 图1前地板总成构成3.2 前地板总成分类 按照前地板面板的分块形式前地板总成可分为分块式前地板和整体式前地板。如图2。 分块式前地板 整体式前地板图 23.3 前地板总成设计要求 前地板总成主要由地板分总成、中通道加强板总成、前后座椅横梁总成、门槛
3、内板总成等部分焊接形成整体构件，作为下车体的主要构成部分，前地板总成需要安装前座椅、副仪表台、换挡器、手刹等零件，同时连接前舱和后地板总成，在碰撞中对前排乘员起到保护作用，同时为车身提供足够的弯扭刚度。主断面是反映整车性能、结构、配合、法规等方面要求的截面。主要规定了白车身主要部位的结构形式、搭接关系、间隙设定、主要控制尺寸及公差、装配、人机工程、法规等各方面信息，是车身设计工程可行性分析的重要手段和车身结构设计的重要依据。3.3.1 前地板总成通用要求 a）满足人机要求：前后踵点以及后排乘员脚步空间人机要求； b）满足内饰、底盘、动力、电器等相关零件的安装要求； c）满足车身性能要求其中包括
4、座椅安全带安装点的强度要求，以及碰撞，模态，水、气密性试验等性能要求； d）满足四大工艺要求，具有较好的工艺可行性； e）满足轻量化前地板总成的分解目标。3.3.1.1 满足相关法规 前地板总成是构成乘员舱的主要构件，应具有较大的抗弯和抗扭刚性，在碰撞时对乘员起到保护作用。针对不同的市场，需满足的法规标准如表1。表 1 法规标准序号编号名称备注1GB 20071汽车侧面碰撞的乘员保护国标2GB 15083汽车座椅、座椅固定钉装置及头枕强度要求和试验方法国标3GB 14167汽车安全带固定点国标4ECE R95关于车辆侧面碰撞乘员保护认证的统一规定欧标5FMVSS 214侧碰乘员保护美标6C-N
5、CAP中国新车评价规程中国市场7E-NCAP欧洲新车评价规程欧洲市场8IIHS美国公路安全保险协会侧碰规则美国市场3.3.2 前地板总成功能要求a）满足人机空间要求；b）满足座椅安装要求；c）满足碰撞要求；d）满足模态要求；e）满足安全带安装点强度要求；f）满足副仪表台安装要求；g）满足仪表台骨架安装要求；h）满足换挡器安装要求；i）满足手刹安装要求；j）满足电器元件及线速安装要求；k）满足排气系统安装要求；l）满足其它附件的安装要求；m）满足冲压要求；n）满足焊接要求；o）满足涂装要求；p）满足密封要求；q）满足防腐要求；r）满足公差定位要求；s）满足低成本要求；t）满足轻量化要求；3.4
6、前地板总成典型结构、工艺及材料介绍3.4.1 典型结构 常见的前地板总成典型结构如图3： 按照前地板的分块方式可以分为整体式前地板结构和分块式前地板结构，众泰车型（A01/A02/T22/B12等）前地板总成以分块式为主，E01因为电动车的特殊性，前地板总成采用的是整体式。 分块式前地板 整体式前地板 图 33.4.2 典型工艺 前地板总成设计过程中，在满足功能零件的安装和车身性能的前提下，应充分考虑各零件的工艺可行性，尽量在低制造成本的基础下完成前地板总成的设计工作。以下按前地板总成的冲压工艺、焊接工艺、涂装工艺、总装工艺来说明前地板总成的制造工艺。3.4.2.1 冲压工艺 前地板零件多采用
7、冷冲压方式成型，各零件在设计时应保证材料消耗少，工序少，模具结构简单，使用寿命高，产品质量稳定。在一般情况下，对钣金件工艺性影响最大的是材料的性能、零件的几何形状、尺寸和精度要求。 在设计地板面板这类拉延件时，应注意在使用条件允许的情况下，拉延件形状应尽量简单、对称，在工件的平面部分，尤其是在距离边缘较近的位置上，应尽量避免有凸起和凹坑现象，即使产品上要求其局部有凸起及凹坑，则高度也不能过大，拉延件各部分尺寸比例要适当。拉延件的圆角半径要合适，圆角半径尽量取大些（推荐值3mm200mm），以利于成型。3.4.2.2 焊接工艺 前地板总成及零件焊接工艺应满足焊接工艺输入文件中对焊接空间、焊接板厚
8、、焊接搭接宽度、焊点间距、焊接定位孔、过孔等的工艺尺寸要求。 前地板总成采用的焊接工艺主要有点焊、凸焊、CO2 保护焊、塞焊。通常采用最多的是点焊，在结构需要焊接而点焊无法实现的地方采用CO2 保护焊和塞焊，但要尽量少采用CO2 保护焊和塞焊。 前地板焊接输出物主要由两部分组成：前地板焊接结构树（如图4 所示）、前地板焊接涂胶说明文件，前地板焊接结构树、前地板焊接涂胶说明文件需结合焊接工艺、生产部门的意见制定最优的焊接分级方案，要求层级清晰简练。 图 4 焊装涂胶包括焊接密封胶、指压胶、膨胀胶以及结构胶等四种。焊接密封胶、膨胀胶、结构胶等涂装参数和要求一般由工艺输入。指压胶一般用在钣金接头间隙
9、大于3mm时采用，但最好不要超过5mm，否则密封效果及可靠性差，在设计中应该尽量减少指压胶的用量。 前地板总成和前舱总成，后地板总成搭接处的涂胶需要特别注意，设计此区域的结构时要考虑到水、气的密封问题。 前地板焊接涂胶说明文件应包含以下信息：a)涂胶位置，涂胶涉及的零件号或总成零件号，并给出断面表达；b)涂胶类型、涂胶宽度长度。3.4.2.3 涂装工艺 与前地板总成有关的涂装工艺主要有电泳、涂胶、注蜡、PVC 抗石击材料喷涂等。a) 电泳工艺 前地板总成在设计中要考虑到电泳过程中能充分与电泳液接触，且在电泳过程中不存在积液等现象，如座椅横梁、门槛内板等封闭区域要有足够工艺孔保证电泳液的顺利进入
10、和排出，地板上不能设置深度过大的筋防止积液发生，通常设计的深度在10mm，为保证地板的整体刚度，筋的设计应保持贯通。b) 涂胶工艺 涂装涂胶工序在白车身电泳之前实施，详细的涂胶特征要求由工艺输入。在设计过程中尽量保持涂胶缝隙的平顺性，同时要注意校核白车身状态涂胶的可操作性和易操作性。 前地板涂装涂胶的位置主要是前地板与门槛搭接，前地板总成与前舱、后地板总成等与车外可能存在缝隙的搭接处，涂胶能起到防水、防锈等作用。前地板主要涂装涂胶部位如图5所示。图5c) 空腔注蜡工艺 前地板门槛腔体存在进水风险，为了更好的保证门槛腔体钣金结构不被腐蚀，通常会在门槛腔体内喷注防锈蜡在钣金结构表面形成50m的蜡膜
11、，空腔注蜡的孔的位置和大小与涂装工艺讨论决定。d) PVC 抗石击材料 前地板距地面距离小,易受飞石等外物撞击，如无保护措施石击会引起钣金表面防腐漆脱落成钣金腐蚀，降低车身可靠性和使用寿命，为减小飞石撞击造成的腐蚀风险，通常在前地板暴露在车外且容易造成石击的区域喷涂PVC抗石击材料，喷涂厚度通常要求3mm左右。前地板具体区域如图6。图63.4.2.4 总装工艺 前地板总成上的安装零件较多，主要分为电子电器元件、动力总成零件、底盘零件、内饰件等。 a）前地板总成的电子电器安装零件主要有：副仪表台、变速箱控制器（TCU）、电子控制单元（ECU）、线束等，零件的具体安装位置和安装方式可结合总布置及各
12、专业讨论决定； b) 底盘零件在前地板总成的安装零件主要有：前副车架、换挡器、手刹、排气管等零件，换挡和手刹的安装方式通常采用螺接，地板总成对应需焊接螺母。制动油管通常采用管夹的方式固定在前地板上。图 7c) 动力总成在前地板的安装零件主要有：排气管、隔热罩、燃油管等零件（图7）；d) 内饰零件在前地板总成安装零件有：前座椅、副仪表台，仪表台骨架、地毯等，前座椅的安装点主要在座椅横梁上，通常采用螺栓联接。座椅的安装方式需结合总装工艺和座椅骨架的布置情况与内饰工程师、总装工艺工程师讨论决定，副仪表台在前地板的安装点通常在中通道上一般是螺栓连接，一般在中通道的中部和后部会有布置安装点； 仪表台骨架
13、的安装通常在中通道前端由于仪表台总成有模态要求通常需要为仪表台骨架安装设计加强结构，需要注意的是安装方式的Y向公差控制，具体安装方式可与内饰工程师、工艺工程师讨论决定。地毯的安装主要是通过卡扣与地板总成零件连接，地毯的具体安装位置与内饰工程师讨论决定。3.4.3 材料选择 前地板总成中的中通道、纵梁、门槛内板、座椅横梁等重要零件在碰撞是重要力传递通道同时也是车身弯扭刚度的主要贡献零件，所以上述零件所采用高强钢板，对于前地板、门槛内板等和车外有接触的零件多采用镀锌钢板提高其抗腐蚀性。前地板各主要零件常用的普通高强度钢板牌号见表2所示，材料的力学性能参见宝钢标准。表 2 推荐材料零件推荐牌号推荐料
14、厚mm执行标准前地板DC040.71Q/BQB 403门槛内板B340/590DP1.21.8Q/BQB 418中央通道B250/440DP0.71.2Q/BQB 418前后座椅横梁B250/440DP1.21.8Q/BQB 418前地板加强梁B340/590DP1.02.0Q/BQB 418前地板加强梁加强板SAPH4002.02.5Q/BQB 310 表2中推荐材料仅供参考，各零件的材料选择还与车型的具体结构以及零件形式等有密切的关系，在选择材料的过程中需要结合仿真分析的计算结果以及工艺可行性等择优选择。4 前地板总成设计流程 前地板总成设计作为整车设计开发的一部分，根据整车项目开发进程可
15、分为以下五个阶段：1) 前期研究阶段；2) 概念设计阶段；3) 详细设计阶段；4) 设计验证阶段；5) 认证&生产准备阶段。4.1 前地板总成设计过程介绍4.1.1 前期研究阶段此阶段的主要开展工作包括：1) 对标车分析： a) 竞争车型对比数据分析，记录各个零件的料厚以及与上、下两端的搭接方式，并注意其他安装件的安装方式； b) 竞争车型的法律法规分析，重点了解对标车通过的碰撞法规；2) 编写设计可行性研究报告； a) 开展技术调研，初步确定前地板总成的技术方案； b) 初步确定性能、质量目标和需要满足的法规； c) 初步确定BOM。4.1.2 概念设计阶段此设计阶段的主要开展工作包括：1)
16、 完成技术方案分析和确认: a) 确认质量目标并完成目标分解； b) 校核总布置图：硬点检查，主要部件位置校核； c) 确定沿用件 /新增件清单。2) 典型断面设计；3) 3D数据设计；4) 零部件之间装配关系分析与处理；5) 开展CAE分析，根据CAE计算结果优化数据： a) 截面特性分析计算； b) 接头刚度计算； c) 重要安装点的动刚度、强度优化(安全带安装点、座椅安装点、换挡器安装点、手刹安装点)； d) 概念模型模态与刚度计算； e) 概念模型碰撞模拟计算。4.1.3 详细设计阶段 此阶段主要开展工作包括：1) 进行详细的工程设计（结构、尺寸、材料、性能、外观等），发布TG1TG2
17、数据；2) 零部件技术文件确认及发布： a) 孔位描述表； b) 涂胶图； c) RPS表； d) 零件尺寸测量报告；3) DMU校核；4) 开展CAE计算，根据CAE计算结果优化数据： a) 重要安装点的刚度、强度优化(安全带安装点、座椅安装点、换挡器安装点、手刹安装点、传 动轴安装点)； b) BIW的刚度及耐久性； c) 整车刚度特性、NVH性能； d) 第一轮整车碰撞及安全性能分析。5) EBOM发布。4.1.4 设计验证阶段此阶段主要开展工作包括1) 工程样车及样件试制跟踪；2) 工程样车及样件验证试验： a) 碰撞试验 b) 安全带固定点强度试验 c) 整车耐久试验 d) 淋雨试验
18、 e) 涉水试验 f) NVH试验 g) 白车身刚度试验 h) 白车身模态试验 i) 电泳性能试验 j) 整车综合耐久试验3) 根据工程样车试制试验的反馈，完成产品数据的设计修改，并最终发布生产准备数据、图纸；5 前地板总成详细设计5.1 选型和布置设计 根据对标车型的结构特点结合整车布置方案、制造工艺，定义前地板总成的结构形式。5.1.1 前地板总成VTS文件 VTS文件即零部件的设计概念描述文件，一般包括零部件的设计方向、设计校核表、设计概念纲要三部分内容。其中，设计方向中是零部件设计的目标、功能要求的概述，设计校核表中包括各类法规、总布置、生产工艺及前期产品出现的一些问题的校核项，设计概
19、念纲要包括结构与材料、典型断面、接头设计、安装及生产要求的纲要内容。5.2 典型断面设计 与前地板总成有关的断面有：前地板总成与前舱总成的搭接断面、门槛断面、座椅横梁断面、座椅横梁与中通道搭接断面、地板纵梁断面、前地板总成与后地板总成搭接断面，如图9 所示。图91）截面：前地板总成与前舱搭接断面（图10） 截面主要体现出以下内容： a) 前地板与前舱总成搭接处的加强结构形式； b) 各搭接零件的搭接关系，搭接边参考长度；图 102）截面：门槛前端断面（图11） 截面主要体现出以下内容： a) 前地板与门槛的搭接方式，门槛与侧围的搭接方式，门槛的结构形式； b) 搭接边搭接长度；图 11 此断面
20、需要关注的尺寸如图11 中圆圈所示，门槛内板在Z 向较侧围外板低1mm。3）截面：座椅横梁座椅安装点断面（图12） 截面主要体现出以下内容： a) 前地板与座椅横梁搭接方式，座椅横梁的断面结构形式； b) 前座椅安装方式； c) 前座椅横梁与前地板搭接边长度；图 124）截面：前地板纵梁结构断面（图13） 截面主要体现出以下内容： a) 前地板纵梁结构形式，纵梁与地板搭接关系； b) 纵梁与地板搭接边搭接长度；图 135）截面：前地板中通道断面（图14） 截面主要体现出以下内容： a) 中通道加强板与座椅横梁、地板、中通道加强梁的结构形式、搭接方式； b) 焊接搭边长度；图146）截面：前地板
21、总成与后地板搭接处断面（图15） 截面主要体现出以下内容： a) 前地板总成与中后地板的搭接形式以及加强结构； b) 总成搭接的搭接边长度； 此断面需要注意的尺寸如图15 圆圈所示，前地板总成与后地板总成搭接属于总成搭接，搭接边宽度应适当加长。图 155.3 人机布置设计 前地板总成在设计时和人机布置有关的主要有以下两个方面： a) 脚踏板布置设计对地板中通道以及地板面的要求 图16是踏板的布置图，和前地板总成有关的H值（制动踏板和车身内护板间距）应满足GB/T 17346轿车脚踏板的侧向间距中推荐的范围，通常最小值为130mm 左右。 图 16为提高乘员脚部舒适性地板面在踵点附近应尽量与水平
22、。 b) 后排乘员脚步空间应不受座椅横梁等零件阻挡。5.4 前地板总成主要零部件详细设计流程 前地板总成主要由以下分总成组成：前地板面板分总成、门槛内板总成、中通道加强板总成、座椅横梁总、前地板纵梁总成。现详细介绍各总成重要零件的设计过程。5.4.1 地板面板总成设计介绍 地板面板作为地板总成的组要构成部分，在车身结构中主要起到以下几点作用：a) 为乘员提供合理的人机空间，满足总布置要求；b) 保证有足够的刚度和强度；c) 结构应尽量简单，满足相关零件的安装；5.4.1.1 前地板面板常见分块形式及材料选择 地板面板常见的分块形式有两种整体式和分块式如图17 所示。 整体式前地板 分块式前地板
23、 图 17 图 185.4.1.2 两种分块方式的选择和优缺点： 地板的分块方式选择主要受总布置和冲压成型性以及地板的刚强度等性能决定的。在地板刚强度等性能没有特别要求需要分块的情况下，如总布置在中通道处在Z向要求的空间较大，超出了地板材料的成型极限范围，此时需要考虑将地板分块。 a) 整体式前地板主要有以下优点：保持了前地板的整体性简化了焊接工艺，无须额外的涂胶密封有利于地板的气密性和水密性； b) 整体式前地板主要有以下缺点：由于前地板上各种功能特征较多且复杂，为模具制造和地板成形带来了风险。地板中通道存在较多的重要安装点，整体式前地板由于受成型性约束，所以地板选择材料强度等级较低，对于重
24、要硬点的安装需要额外增加中通道加强板等零件，不利于车身减重以及焊接工艺。 c) 分块式前地板主要有以下优点：分块后受成型性影响较小，材料选择的余地较大，为前地板的整体性能提升帮助较大，且利于局部修改，以适用不同平台； d) 分块式前地板主要有以下缺点：分块的同时带来了焊接和密封等系列工艺和性能问题。前地板是否分块设计需要权衡性能和工艺性两方面的优缺点，再决定前地板面板是否分块设计。5.4.1.3 地板面板的主要设计参数分析介绍 为保证乘员脚部舒适性通常是将地板在踵点位置的地板面设计为于XY平面平行的平面，因此前地板过H点的Y向断面通常有以下两种形式（如图18)。第一种地板面第二种地板面图18
25、a)前地板面的高度确定（整车坐标Z向值）如图19所示地板面的高度值确定所需要的主要参数有：总布置前后乘员踵点Z向坐标，地毯（4mm）、缓冲垫厚度(25mm)，车身阻尼胶厚度(4mm)。 由图20可推导出地板面高度值=踵点Z 坐标值+地毯、缓冲垫、车身阻尼胶厚度。图 19 b) 前地板面的宽度确定（整车坐标Y向值） 地板宽度主要是根据门槛断面来确定的前地板于门槛断面搭接如图20。前地板与门槛搭接的翻边通常有向上翻边和向下翻边两种形式。如图21。图 21 翻边向上 翻边向下 向上翻边焊接操作性要比向下翻边好，两种翻边形式对冲压工艺影响较小，具体选用形式可根据具体车型情况结合工艺意见选择。 c) 前
26、地板长度（X 向）确定 与中后地板的搭接 前地板与中地板或者后地板的分界线一般是由总布置油箱和后H点的位置决定的。图 22 如图 22 所示油箱的布置位置高于前地板，且考虑到油箱前部的加强结构以及油箱安装结构所以前地板的与中地板或者后地板的分界线一般在油箱前面。具体数值需要结合车型的总布置以及下车体加强梁结构等决定。 d) 与前舱的搭接分界 前地板与前机舱搭接分界通常的两种搭接方式如 图23。 第一种搭接方式：防火墙与前地板搭接面与整车XY平面成一角度如图24。 第二种搭接方式：防火墙与前地板搭接面与整车XY平面平行。 两种前地板与前舱的搭接方式主要受防火墙X向的分界线决定，当防火墙受冲压工艺
27、的限制不能将分界线设计为与整车坐标平行时则可选用第一种与整车XY 平面成角度的搭接方式。两种搭接方式对焊接工艺影响很小。 在前地板与后地板与和防火墙搭接边处需设计凸台设计，由于地板料厚较薄（0.7mm1.0mm）刚度较差，而前地板搭接边属于大面搭接公差保证困难，需要在搭接处有足够的刚度，所以通常会将搭接边设计成凸台面，如下图25、图26。图 25图 26 前地板与前舱总成搭接边属于总成搭接为保证总成搭接的精度总成搭接搭接边宽度应大于20mm。5.4.1.4 前地板面板加强筋的设计 按照功能可以将地板上的加强筋分为两大类：功能筋和工艺筋a)功能筋 由于受成形性等约束前地板材料屈服强度较低且前地板
28、料厚较薄（0.7mm1mm）,为满足乘员舱地板面板有足够的刚度以及足够的减震性能，所以需要在地板面板上设置提高地板面板局部刚度的功能筋如图27。图 27 在地板的加强结构件如前地板前纵梁（如图 28），前地板上纵梁、前座椅前横梁（如图29），等位置设置加强筋，提高地板局部刚度、搭接精度。图 28图 29前地板功能筋的位置和大小等可与仿真部门和工艺部门沟通按照需要设计。 b)工艺筋 在RPS 等总要功能孔处设置加强筋主要作用提高定位孔局部刚度，保证焊装精度如图30。 图 30 在地板上凸焊锥面螺栓等位置可设置凸台，提高地板局部型面的精度和刚度如图31。图31 凸台的直径一般设置在30mm，高度3
29、mm，具体数值可与焊接工艺讨论决定。5.4.1.4 前地板孔的设计 前地板上的孔主要是工艺孔定位RPS孔按照工艺输入设计，由于RPS孔较重要为避免局部刚度不足引起的形变导致孔变形，可在孔周围设计加强筋。 前地板的RPS孔一般设计在地板的周边（如图32），个数4个，半径45mm，具体尺寸由工艺部门输入。图32 如果涂装有漏液要求也可以根据实际情况设计漏液孔，孔大小和位置可以与工艺沟通。前地板上应尽量避免开孔，减少气密性和水密性问题，对于RPS 孔等工艺孔要采用堵盖封堵，对于面积较大的孔需要定义金属堵盖并涂密封胶保证封堵的可靠性。5.4.2 座椅横梁总成设计介绍 座椅前后横梁作为地板总成的组要构成
30、部分，在车身结构中主要起到以下几点作用： a) 保证前座椅安装要求； b) 为侧碰提供传力通道； c) 保证整车的扭转刚度；5.4.2.1 座椅横梁材料选择及常见形式如图33。 图 33 如图33所示座椅横梁分为前横梁和后横梁，也可根据仿真计算结果决定是否需要后横梁，如不需要可将后横梁设计为支架形式。座椅前横梁多采用B250/440DP，料厚1.2mm1.5mm，料厚、材料的选择也可根据性能、工艺要求调整。3.4.2.2 座椅横梁详细设计 座椅横梁的常见断面形式如图34： 图34 座椅横梁的断面结构形式可以参考对标车型断面结构形式，并结合座椅的安装布置方式设计断面。图35 为方便介绍如图 35 所示，将横梁断面分解为A、B、C、D四个面。A面：A面Z 向高度确定主要是根据座椅的安装面确定，结合仿真分析意见和参考车型断面设计。A面可以设计为如上图的两个面的形式也可设计为一个面，设计为两个面的形式有助于提高Z 向刚度，同时座椅的安装面可以设
