汽车车身设计质量控制-约束条件详解

车体结构在设计中受到的约束条件主要包含：国家法规、人机工程、总体布置、功能目标、性能目标、工艺要求、质量、成本等因素。

1.国家法规对于车体结构设计的约束

法规要求是任何产品在设计中需要考虑的首要条件，它决定着产品能否进入市场并最终成为商品创造商业价值，是设计质量控制中需要达到的首要因素。

车体结构设计需要考虑的部分法律法规见表5-4。

表5-4 车体结构设计需要考虑的部分法律法规

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2.人机对于车体结构设计的约束

产品生产制造出来后，是为了能够被人所用，是以满足人们在实际生活中的各种需求为目的的。人性化的人机界面、舒适的人机布局能够增强人与机器的亲密度，优化人们的操作感受，它是衡量一款产品设计水平与设计质量高低的重要参数。

部分人机需求对车体结构设计的约束见表5-5。

表5-5 部分人机需求对车体结构设计的约束

3.总体布置对于车体结构设计的约束

总体布置对于车体结构设计的约束主要来源于三个方面：法规要求（如安全带固定点位置的布置约束）、人机需求（如为了使乘客乘坐舒适，需要考虑乘员的头部空间、肘部空间、臀部空间等）和整车参数（项目规划阶段对整车相关参数的定义，如外部尺寸、货箱尺寸、前悬、后悬、轴距、前轮距、后轮距、油箱容积、整备质量、满载质量、发动机排量、座位、驱动形式等因素对于车身结构造成的约束）。

4.功能目标对于车体结构设计的约束(www.xing528.com)

汽车功能是指汽车产品在满足人们使用需求时所发挥的有利作用与效能，它是构成产品竞争力的首要因素。用户购买产品，首先是购买其功能，用来实现其所需要的某种行为的能力。随着汽车工业的发展，目前的汽车产品种类繁多，各种细分市场层出不穷，但是它们都确保了最基本的功能要求，并设计了对应的功能件，与车体结构设计相关的功能件有护手、车门、锁、玻璃、密封胶条、车灯、空调、座椅、仪表等。而满足这些功能件的安装与使用是车体结构设计需要首先考虑的设计要素。

5.性能目标对于车体结构设计的约束

产品性能是实现产品功能的程度和持久性的度量。车体结构涉及的主要性能指标有车身安全、可靠耐久及NVH三大方面。车身安全方面的性能要求对于车体结构设计中的前围、A柱、B柱的结构设计有一定的影响和约束；车身的可靠与耐久性能则对车身的强度与刚度有一定的要求，影响和约束着整个车体的结构设计；车身NVH方面的性能则对车身激励的传递路径与模态有一定的要求，也在一定程度上影响和约束着整个车体的结构设计。

6.工艺要求对于车体结构设计的约束

车体结构设计中受到四大工艺约束：冲压工艺、焊接工艺、涂装工艺和总装工艺。

冲压工艺对零件的形状、材料和厚度都有一定的要求。有些材料的延伸率较好，有利于成形，但是其屈服强度有限，抗击破坏能力弱，不利于用在应力较大的区域。有些材料的屈服强度较高，抗击破坏能力较强，但是其延伸率较差，不利于零件成形，从而对零件的形状要求较高，不适合型面变化较大和形状复杂的零件。

焊接工艺对零件的结构形式有一定的要求。如果焊接边过窄、焊接零件的层数过多、厚度过大等，都会影响焊接的工艺操作与焊接质量。此外，焊枪的大小与对操作空间的需求也对结构设计形成了一定的约束条件。

涂装工艺对车身结构设计的要求主要来源于电泳涂装工艺与密封涂装工艺。电泳涂装工艺的特点决定了在进行车体结构设计时需要考虑到涂液的流动性。因此在具体结构设计时要保证涂液流动的间隙；腔体结构应设计有进液孔、排液孔与排气孔，以便于涂液进入腔体与排出腔体。密封涂装工艺则要求对于有涂胶要求的焊缝处应留出涂胶间隙，且零件搭接处应过渡平缓，否则会使涂胶堆积。

汽车总装是将动力、底盘、电子、电气、内饰、外饰等功能件，按照设计要求安装在车身的相应位置上，组装成一辆功能完整的整车的过程。它包括了各种功能件的安装顺序、安装方法、安装节拍等内容。因此在车体设计的过程中应仔细考虑各种功能件的安装工艺。如果安装工艺不正确，则可能造成诸如各种功能件安装不牢靠、内外饰与钣金的配合不均匀等一系列的质量问题。

7.质量、成本要求对于车体结构设计的约束

随着工业经济的高速发展，环境与能源问题越来越受到世界各国的高度重视，它成为衡量世界经济是否可持续性发展的重要因素。中国在“十二五”期间更是将环境与能源问题放在了更加突出的位置。而由于环保和节能的需要，汽车轻量化已成为世界汽车发展的潮流。

汽车轻量化，就是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。据测算，轻量化达到1%，油耗就能降低0.7%，若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；汽车整备质量每减少100kg，每100km油耗可降低0.3～0.6L；车辆每减轻100kg，二氧化碳排放可减少约5～10g/km。轻量化车身的另一个好处就是同等动力输出条件下，动力表现更好。

产品制造过程的质量成本控制是企业生产总成本控制的组成部分，对于企业经济效益的最终状况有重要影响。随着钢材价格不断上涨，汽车行业整体面临降低成本的压力。钢板占汽车车身的质量在70%左右，因此，无论是从汽车轻量化还是成本控制方面而言，降低车身钣金的重量成为了更加紧迫的任务。

车体结构要实现轻量化，除了优化车体结构的整体设计外，还需要考虑新材料、新工艺在车体结构中的应用。在保证相同车体性能的前提下，经过拓扑结构优化后的结构质量会更小；在保证零件性能的前提下，经过冲裁工艺分析，考虑了材料利用率的结构设计会更节约材料成本。