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基于基本性能的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2020-10-26 10:49:50·  來源：汽車NVH充電寶  
　
我們已經(jīng)走得太遠(yuǎn)，以至于忘記了為什么而出發(fā)。最近跟我項(xiàng)目開發(fā)的車身團(tuán)隊(duì)成員聊天，在趕項(xiàng)目進(jìn)度的重要節(jié)點(diǎn)，談到了他們科室缺人的現(xiàn)狀，他們處于因薪資水平?jīng)]
“我們已經(jīng)走得太遠(yuǎn)，以至于忘記了為什么而出發(fā)。
 
最近跟我項(xiàng)目開發(fā)的車身團(tuán)隊(duì)成員聊天，在趕項(xiàng)目進(jìn)度的重要節(jié)點(diǎn)，談到了他們科室缺人的現(xiàn)狀，他們處于因薪資水平?jīng)]有競爭力招不進(jìn)人，因未來看不到前景留不住人的兩難境地；確實(shí)作為傳統(tǒng)專業(yè)，面對汽車未來電動化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的沖擊，很多有想法的工程師都趨之若鶩的轉(zhuǎn)向新興的方向。
 
隨著造車互聯(lián)網(wǎng)造車新勢力隊(duì)伍的逐步壯大，在資本的帶動下，拉高了人工智能、大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)方向人員需求和工程師的薪資溢價(jià)能力，畢竟視金錢為糞土、有信仰的鉆研技術(shù)的工程師還是少數(shù)，拿錢多難道不香嗎？
 
但造車不是一件簡單的事，沒有捷徑可走。對汽車來說，車身、底盤是基礎(chǔ)，軟件、智能化服務(wù)將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要內(nèi)容。不過，這并不代表基礎(chǔ)不重要，相反，基礎(chǔ)變得更為重要，如果一輛汽車連最基本的駕駛性能、安全性、舒適度等都無法保證的話，其他的智能化功能即使再好也沒有意義。我們現(xiàn)在不把這些基本性能做好，花大力氣去做智能化方面的技術(shù)投入，個(gè)人認(rèn)為是舍本逐末，就好比忘了自己為什么出發(fā)。
 
我們的領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)常跟我們講，汽車所表現(xiàn)出來的性能是設(shè)計(jì)出來，舒適性、靜音性、操控等等；這里面的基礎(chǔ)就是數(shù)學(xué)和動力學(xué)，而車身性能的實(shí)現(xiàn)更是設(shè)計(jì)出來的，抗彎、抗扭剛度、局部剛度、以及靜剛度、動剛度等等，這里面的基礎(chǔ)是材料力學(xué)，比如梁的截面設(shè)計(jì)、平板和曲面板的拓?fù)湓O(shè)計(jì)都是根據(jù)其基本性能要求確定下來的。
 
下面就從三個(gè)方面來介紹下車身性能的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1、性能對車身的需求是什么
2、車身結(jié)構(gòu)組成的基本元素劃分
3、結(jié)構(gòu)的基本性能設(shè)計(jì)
  • 1、性能對車身的需求是什么
車身材料大部分是鋼材組成，還有鋁合金、鎂合金、碳纖維或者鋼鋁混合，塑料件等等，那么材料的基本屬性要求就決定了車身的基本要求。關(guān)于車身結(jié)構(gòu)的組成材料可以查看視頻Audi A8 Body ASF technology那一期的介紹。
  • 剛度要求：在外部負(fù)載的作用下，車身抵抗變形的能力，這階段處于線性段，結(jié)構(gòu)的變形是非常微小的。比如懸架附接點(diǎn)處的車身剛度、大平板結(jié)構(gòu)的剛度就決定了車輛的振動和噪聲水平；車輛在側(cè)向力的作用下，重心的彈性變形就決定了操控性能。
  • 強(qiáng)度要求：在外部負(fù)載的作用下，車身結(jié)構(gòu)抵抗破壞的能力。這階段處于非線性段，車身結(jié)構(gòu)發(fā)生了永久變形而繼續(xù)保持其功能的能力，這就決定了疲勞和耐久的基本性能。
  • 吸能要求：在車身結(jié)構(gòu)發(fā)生大的永久變形下，能夠吸收能量保護(hù)駕駛艙乘員生命的能力，這就決定了汽車的安全性能。
 
車身結(jié)構(gòu)的基本性能能夠直接影響到用戶的駕乘體驗(yàn)，比如舒適性和操控性、噪聲與振動、乘坐空間、安全性能、油耗和耐久等等。我們在前面介紹豐田TNGA架構(gòu)的時(shí)候，提到了他們的策略就是持續(xù)不斷的提升平臺的基礎(chǔ)性能，堅(jiān)實(shí)的打基本功，為用戶提供更好的汽車。在車展上，我也參觀了豐田的展臺，他們在電子智能化上并沒有太多的投入和關(guān)注，在安全性、舒適性、靜音性動態(tài)表現(xiàn)堪稱精品。那一期的內(nèi)容可以查閱鏈接干貨-你所知道和不知道的TNGA都在這里。
 
  • 2、車身結(jié)構(gòu)的基本元素劃分
車身結(jié)構(gòu)大體上是由框架結(jié)構(gòu)和面板結(jié)構(gòu)組成?？蚣苡蓹M梁、鉸接、焊接和支架組成。面板由平面載荷和垂向載荷面結(jié)構(gòu)組成。就跟人體構(gòu)造一樣，框架結(jié)構(gòu)好比就是骨骼，鉸接和和焊接就好比是關(guān)節(jié)和韌帶。骨骼和韌帶是決定一個(gè)運(yùn)動員潛力的重要指標(biāo)，所以車身結(jié)構(gòu)也是決定汽車動態(tài)表現(xiàn)的內(nèi)在因素。
 
  • 3、結(jié)構(gòu)的基本性能設(shè)計(jì)
汽車梁系結(jié)構(gòu)如A柱、B柱、C柱以及縱梁截面可以簡化為矩形開口梁模型，根據(jù)材料力學(xué)里面的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，梁的彎曲剛度跟彈性模量、慣性矩正相關(guān)，跟長度負(fù)相關(guān)，而慣性矩跟截面尺寸和板厚相關(guān)。對于平板樣件，彎曲剛度跟材料彈性模量、板厚和泊松比相關(guān)。
 
可以根據(jù)車身的這些基本性能要求設(shè)計(jì)出合理的截面尺寸，一般來說，對于梁系斷面設(shè)計(jì)，其剛度的要求高于強(qiáng)度的要求。所以對于經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，一根卷尺和游標(biāo)卡尺基本就能判斷白車身的彎曲剛度水平。
 
由此我想到了武俠里面最高的境界就是手中無劍，心中有劍。經(jīng)常聽到身邊的同事在項(xiàng)目匯報(bào)上說：“結(jié)果是基于幾何模型計(jì)算出來，僅供參考，具體以實(shí)測結(jié)果為準(zhǔn)”。我個(gè)人是對這種結(jié)論不認(rèn)同的。在沒有計(jì)算機(jī)的年代，一樣也能設(shè)計(jì)出汽車來，只有理解了根本內(nèi)涵，才能融會貫通。
 
總結(jié)：
1、汽車車身的基本性能是決定整車動態(tài)性能表現(xiàn)的內(nèi)在因素。如果一輛汽車連最基本的駕駛性能、安全性、舒適度等都無法保證的話，其他的智能化功能即使再好也沒有意義。
2、材料的基本性能映射到了車身結(jié)構(gòu)的基本性能，包含剛度要求、強(qiáng)度要求和吸能要求，分別對應(yīng)汽車的操控和舒適性、可靠耐久性和碰撞安全性。
3、一個(gè)好的工程師是能夠根據(jù)簡化模型的基本尺寸和參數(shù)判斷出車身結(jié)構(gòu)的性能表現(xiàn)。
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