汽车车身性能设计校核标准.docx

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汽车车身性能设计校核标准

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1概述

车身性能控制涵盖安全、结构、疲劳、NVH、成形、涂装、焊装等诸多技术，各技术相互关联与制约。

对性能进行早期控制，后期改善会对开发成本与周期有较大影响。

2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（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB11551-2003乘用车正面碰撞的乘员保护

GB14167-2006汽车安全带安装固定点

GB15083-2006汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法

GB15086-2006汽车门锁及车门保持件的性能要求和试验方法

GB15743-1995轿车侧门强度

GB17354-1998汽车前、后端保护装置

GB20071-2006汽车侧面碰撞的乘员保护

GB20072-2006乘用车后碰撞燃油系统安全要求

GB/T20913-2007乘用车正面偏置碰撞的乘员保护

GB26134-2010乘用车顶部抗压强度（20120101实施）

3常规试验项目描述

碰撞试验（包括前碰、侧碰、后碰等）：

按GB11551-2003乘用车正面碰撞的乘员保护、GB/T20913-2007乘用车正面偏置碰撞的乘员保护，GB20071-2006汽车侧面碰撞的乘员保护，GB20072-2006乘用车后碰撞燃油系统安全要求的试验标准进行；

车顶抗压试验：

按GB26134-2010乘用车顶部抗压强度试验标准进行；

安全带固定点试验：

按14167-2006汽车安全带安装固定点试验标准进行；

侧车门强度试验：

按GB15743-1995轿车侧门强度试验标准进行；

行李箱冲击试验：

按GB15083-2006汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法进行；

低速碰撞试验：

按GB17354-1998汽车前、后端保护装置试验标准进行；

门锁及铰链强度试验：

按GB15086-2006汽车门锁及车门保持件的性能要求和试验方法标准进行；

白车身刚度、模态试验

门下垂试验

淋雨试验

防腐试验

儿童座椅试验

4车身性能设计

4.1碰撞安全性能

4.1.1100%正面碰撞

正面碰撞传力路径主要有三条：

能量传递路径1：

能量传递路径2：

能量传递路径3：

图1100%正面碰撞能量传递路径图图2100%正面碰撞吸能空间：

D1+D2

设计要求：

50km/h正面100%重叠刚性壁障碰撞（CNCAP）：

整车满足B柱下部加速度最高低于35g，第一阶段平均加速度为20g，第二阶段平均加速度30g，碰撞持续时间（从碰撞发生到整车速度第一次为0的时间间隔）不少于80ms，可有效降低乘员伤害。

4.1.240%偏置碰撞

40%偏置碰撞传力路径主要有三条：

能量传递路径1：

能量传递路径2：

能量传递路径3：

图340%偏置碰撞能量传递路径图

40%正面偏置碰撞结构设计要求：

吸能区车身结构变形模式合理；

保证乘员舱完整性；

A柱后移量小于100mm；

方向盘后移量小于90mm，上移量小于72mm；

踏板后移量小于100mm，上移量小于72mm。

正面碰撞设计要点：

a）溃缩区域-允许结构溃缩；

b）避免刚性部位结构错位；

c）使典型的刚性部件溃缩；

d）不要过度加强需要溃缩的结构。

4.1.3侧面碰撞

侧面碰撞传力路径主要有三条：

能量传递路径1：

能量传递路径2：

能量传递路径3：

图4侧面碰撞能量传递路径图

中国市场（CNCAP结构设计要求：

B柱最大侵入量小于150mm，侵入速度小于8mm/ms；

车门最大侵入量小于180mm，侵入速度小于9mm/ms。

4.1.4后面碰撞

图5后面碰撞示意图

中国市场（后碰法规）结构设计要求：

碰撞后燃油系统不发生泄漏。

4.1.5安全带固定点强度

图6安全带固定点强度试验示意图

中国市场（汽车安全带安装固定点法规）结构设计要求：

在载荷持续加载过程中，安全带固定点不发生脱落。

4.1.6行李位移乘客防护

图7行李位移乘客防护试验示意图

中国市场（汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法）结构设计要求：

试验靠背和/或头枕[邵尔（A）硬度大于50]部分的前轮廓不能向前方移出一横向垂面：

a）座椅的R点前方150mm处的点（对头枕部分）；

b）座椅的R点前方100mm处的点（座椅靠背部分）。

4.1.7保险杠低速碰撞

图8保险杠低速碰撞试验示意图

中国市场（汽车前、后端保护装置）结构设计要求：

照明灯和信号装置应能持续正常工作并清晰可见；

车辆的发动机罩盖、行李箱盖和车门应能正常开闭，并且汽车的侧门应在碰撞的作用下不能开启；

车辆供油和冷却系统应无泄漏，不发生油路或水路堵塞，其密封装置与油箱和水箱盖亦应能正常工作；

车辆的排气系统不应损坏和错位；

车辆的传动系统、悬架系统（包括轮胎）、转向和制动系统应保持良好的调整状态并能正常工作。

4.1.8侧门强度

图9侧门强度试验示意图

目标市场结构设计要求

中国市场（轿车侧门强度）结构设计要求：

初始耐挤压力不得低于10000N；

中间耐挤压力不得低于19450N；

最大耐挤压力不得低于相当于整车整备质量的3．5倍的力或53340N两者中较小的值。

4.1.9车顶强度

图10车顶强度试验示意图

中国市场（轿车侧门强度）结构设计要求：

向车顶前部边缘的任一侧施加载荷时，加载装置下表面的移动量不应超过127mm。

载荷的大小为车辆整备质量的1.5倍，但不应超过22240N。

车顶结构的左前部和右前部都应满足要求。

对于车身结构对称的车辆，测试一侧即可。

4.1.10行人保护

图11行人保护试验示意图

设计要求：

头部（儿童:

3.5KG成人:

4.5KG）：

HIC<1700（1/3）HIC<1000（2/3）

小腿：

加速度：

170g，弯曲角度<19˚，剪切位移<6mm

大腿：

合力<7.5KN，弯矩<510Nm

小腿保护设计要求：

图12小腿保护设计要求

车身结构设计：

a）前大灯上横梁安装螺栓处结构设计

前大灯上横梁距离发盖较近，一般为20~30mm左右。

又由于安装前大灯固定螺栓的缘故进一步减小了发盖距离前舱硬点的距离，而且该点位于行人头部碰撞区域中，将对儿童头部造成额外伤害。

建议前大灯上横梁在固定螺栓安装处往下凹陷，使其螺栓安装头表面不高于前大灯上横梁。

前大灯上横梁距离发盖较近，一般为20~30mm左右。

又由于安装前大灯固定螺栓的缘故进一步减小了发盖距离前舱硬点的距离，而且该点位于行人头部碰撞区域中，将对儿童头部造成额外伤害。

建议前大灯上横梁在固定螺栓安装处往下凹陷，使其螺栓安装头表面不高于前大灯上横梁。

b）翼子板安装点布置

翼子板安装处由于距离前轮罩上加强板较近，且位于行人头部碰撞区域中，因此需要重点考虑。

可考虑翼子板安装支架采用可溃缩式结构，削弱翼子板安装处结构的刚度。

c）下腿部与前保险杠碰撞区域结构设计

下腿部与前保险杠碰撞区域主要考察以下三项：

胫骨加速度、下肢弯曲角度和膝盖剪切位移。

为满足胫骨加速度和膝盖剪切位移要求前保横梁与前保险杠之间X向距离不小于60mm。

为减小下肢弯曲角度，可从以下两点考虑：

1）车头造型圆滑，前保险杠尽量平整，灯具或拖车钩等硬质零组件尽可能不在碰撞区域中；

2）增加前保横梁下部的刚度，避免小腿模型与前保下部碰撞时位移量过大。

4.2NVH性能

4.2.1白车身模态

4.2.1.1功能描述

白车身是一个多自由度的弹性振动系统，模态是振动系统特性的一种表征，也是车身的动态性能指标。

了解系统的模态参数可以为系统的动态设计提供依据，而且车身的低阶模态振型对整车的动力特性影响较大，高阶模态振型多为局部振型或者整体振型和局部振型的复合，通过这些振型可以分析出车身局部的刚度，为了提高整车的舒适性，就要避免外界的激励频率和这些局部模态的频率相近，否则出现局部模态的地方就会在外界激励的作用下产生共振。

设计时要尽量避免在低阶时出现局部模态，同时还要结合外界的激励范围，合理分配整车的各个子系统的模态的频率范围。

4.2.1.2设计目标

图13模态试验图

a）避开发动机怠速频率

发动机怠速频率计算公式为：

f=n*M/120,n为发动机转速，M为发动机的汽缸数；

4缸发动机怠速转速在500rpm～1000rpm，其怠速频率为20～35Hz；

6缸发动机怠速转速在500rpm～1000rpm，其怠速频率为30～50Hz。

b）避开道路激励

c）一般考察第一阶扭转模态和第一阶弯曲模态。

一般A级车（不带挡风玻璃）第一阶模态>28Hz,B级车（不带挡风玻璃）第一阶模态>32Hz。

4.2.2白车身刚度

4.2.2.1功能描述

车身刚度是车身性能的一个重要指标，它直接影响整车的NVH性能。

如果车身刚度不足，会产生异响现象，影响乘坐的舒适性，严重的会出现车身的变形、钣金的局部撕裂、车身零件因为疲劳破坏而失效。

结合车身重量的目标设计要求，通过提高钣金的料厚来提高车身刚度的空间有限，提高车身刚度最有效的手段是车身结构的设计，特别是一些重要的接头、重要的受力点、安装点的局部刚度、搭接边的设计要求。

4.2.2.2设计目标

白车身刚度总类：

扭转刚度、弯曲刚度、车身前部的横向刚度、车身后部的垂直刚度。

通常情况下，白车身的静刚度指扭转刚度和弯曲刚度。

图14刚度试验图

扭转刚度定义：

将白车身理想简化为一简支梁结构，考察其在静态载荷作用下的变形。

将白车身理想简化为一简支梁结构，考察其在静态载荷作用下的变形。

约束后悬架和车身连接处的平动自由度，约束车身前保险杆，中间平面处的平动自由度，在车身前左、右悬架处加一对垂直的力偶，让车身产生纯扭转变形。

按简支梁理论，车身扭转刚度计算公式为：

其中：

Cp——扭转刚度（N·m/rad）

T——扭矩（N·m）

F——载荷（N）

L——力臂（m）

θ——扭转角度（rad）

d——测点处到中心轴线的距离（m）

一般A级车（不带挡风玻璃）扭转刚度>9000N.m/°，B级车（不带挡风玻璃）扭转刚度>12000N.m/°

弯曲刚度定义：

将白车身理想简化为一简支梁结构，考察其在静态垂直载荷作用下的变形。

即通过约束前、后悬架和车身连接处的垂直位移，让车身形成一简支梁结构，并在前、后轮轴中点处加一垂直向下的力，让车身产生纯弯曲变形。

按简支梁理论，车身弯曲刚度计算公式为：

其中：

Cw——弯曲刚度（N·m2）

F——集中载荷（N）

a——轴距（m）

x——从支点到测点的距离（m）

f——挠度（m）

考虑白车身是一变截面的复杂简支梁梁，而其变形在弹性范围内是呈线性的。

因此基于弹性变化的特点，将其视为一板簧,则白车身刚度计算公式简化为：

一般A级车弯曲刚度>12000N/mm，B级车弯曲刚度>15000N/mm。

4.2.3车身密封

4.2.3.1功能描述

a、结构上在排水部位（前舱排水槽、行李箱排水槽）避免开线束过孔，结构缺口；

b、加油口盒处满足排水要求，增开排水孔或是钣金搭接不与行李箱相通；

c、焊装点焊胶满足室内外排水集中区域、进灰严重区域焊接缝的密封效果；

d、焊装点焊胶满足室内横梁和加强梁下方遮蔽搭接缝的密封；

e、焊装折边胶满足四门、前后盖包边处的密封效果；

f、焊装涂胶满足工艺可操作性，结构上的搭接部位需要开圆形或段状胶槽；

g、涂装PVC刷胶满足室内与外界搭接缝的密封（如侧围总成与前挡板搭接处、地板与前挡板搭接处、前挡板与排水槽搭接处、门槛与地板搭接处、侧围总成与顶盖搭接处、地板与后轮罩搭接处、地板与后围板搭接处、前后地板搭接处、地板与中通道搭接处）

h、涂装PVC喷涂满足车身底部防石击（如前后轮罩减震器安装处附近、地板底部）

i、结构胶实施在未打焊点部位和结构需要增强部位，满足增强焊接强度（如侧围总成与前挡板搭接处，后轮罩与侧围外板搭接处）。

图15车身密封示意图

4.2.3.2设计目标

a、车身密封符合车身性能要求，在整车使用年限内保证室内不进水，保证室内钣金表面清洁，没有灰尘；

b、密封技术要求：

1.点焊密封胶涂胶宽度5mm，高度3mm，涂胶距离搭接边大于2mm；点焊密封胶要有膨胀率，膨胀系数在50%以内；

2.折边胶涂胶宽度3-5mm，高度2-3mm,涂胶位置位于包边根部，折边胶要有20%-50%的膨胀率；前后盖包边宽度5mm（涂胶宽度3mm），四门包边宽度8mm（涂胶宽度5mm）；

3.PVC涂胶满足地板与周围件搭接处涂胶宽度30mm，涂胶高度1.5mm-2.0mm，涂胶覆盖搭接缝；四门与前后盖包边处的PVC涂胶宽度8mm，高度1.5mm，涂胶覆盖搭接缝；外观件搭接处满足涂胶3mm-10mm，高度1mm-2mm，保证外观性；

4.结构胶涂胶宽度5mm,高度3mm-5mm，涂胶距离搭接边大于2mm；结构胶不需要有膨胀率；

c、焊装涂胶采用人工操作，涂胶参数可以人性控制，人工涂胶优于机器人涂胶；

d、车身用胶高温固化前保质期3个月，满足在车身上不失效；高温固化后满足在整车使用年限内不失效（一般整车使用年限10年）；

e、焊装涂胶保证涂胶嘴截面为圆形，胶嘴直径3mm，保证涂胶宽度和高度；

f、涂装涂胶保证地板与周围件搭接处涂胶嘴宽度25mm-30mm，保证涂胶覆盖焊接缝，且满足搭接强度要求；圆嘴胶枪胶嘴宽度5mm,满足四门包边处涂胶要求。

4.2.4车身防腐

4.2.4.1功能描述

a、保证电泳液在侧围空腔、纵梁空腔、四门内外板搭接空腔、前后盖内外板搭接空腔电泳的充分性；

b、车身喷蜡防锈，主要部位为总成搭接头，包括前后纵梁端头，纵梁中间空腔，shotgun与A柱搭接处、四门内外板下边缘包边处，发盖内外板包边端头处；

c、保证车身开漏液孔满足电泳液的通过性，主要开孔件有侧围总成、前后地板、前后纵梁。

4.2.4.2设计目标

a、要求覆盖钣金的电泳漆膜厚度在20um-30um，整个白车身都需要覆盖电泳漆膜；

b、喷蜡分为空腔注蜡和开孔喷蜡，要求蜡膜厚度在30um-50um，或是保证喷蜡在端头搭接和内外板包边附近区域；

c、车身漏液孔满足规定的开孔尺寸要求，开孔大小为Φ40、Φ30、Φ25、Φ20、Φ10、腰型孔59*30mm、方型孔70*60mm；地板开孔位置位于最低点，保证漏液通过性，且不积存电泳液。

4.2.5车身隔音

4.2.5.1功能描述

a、侧围总成空腔布置隔音胶块达到隔断旁路空腔噪声，避免空腔共鸣；

b、隔音胶块装配在钣金上，满足装配牢固性，不发生晃动、旋转、折断；

c、隔音胶块发泡后，填充满空腔截面，达到隔音效果；

d、车身沥青板高温固化后达到与钣金的粘贴、隔振的效果；

e、车身地板应用热塑性沥青板，轮罩处和顶盖处用磁性和粘性沥青板。

4.2.5.2设计目标

a.车身减震隔音材料使用范围：

隔音胶块、隔音贴片、沥青板、阻尼板；

b.隔音胶块设计满足：

装配具有工艺可行性；空腔间隙满足电泳液通过性，隔音胶块边缘距离钣金在8mm左右；发泡后发泡材料填充满空腔截面；隔音胶块膨胀率在600%-800%，胶块应该有控制发泡方向的控制板；卡扣选用圆形和方形并用的结构，增加固定强度；

c.沥青板弥补局部模态和刚度不足部位，车身前地板部位沥青板应该覆盖钣金面；中通道侧面单边布置一块沥青板，提高模态；普通版的顶盖布置三块沥青板，被前中后顶横梁隔开，天窗版中顶横梁和后顶横梁布置一块沥青板；侧围靠近尾灯部位（后减震器座上方）单边布置一块沥青板；备胎安装板处布置一块沥青板；

d.沥青板形状根据模态分析而定，高度控制在2mm~3mm。

5结论

车身性能目标之间往往相互制约，在车身开发设计中，要进行综合考虑，尽量将问题在开发初期避免，以节约成本和时间。

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