面向新能源的车身设计思考与实践
2023年4月18日-19日，在2023第三届车身及内外饰大会上，安徽江淮汽车集团股份有限公司车身设计研究院院长助理鲁后国表示，新能源汽车对车身设计提出了新要求，就车身性能来看，主要包括三个方面：第一，对电池的安全性要求；第二对车身的轻量化要求；第三对刚性的要求。
【资料图】
而从车身结构来看，随着竞争加剧，汽车开发周期进一步缩短；同时电池包的平台化反向推动车身进一步向模块化平台方向发展；同时随着技术的进步以及中高端新能源汽车对低成本策略的追求，车身集成化进一步发展。而车身材料来看，呈现出多材的要求。
基于上述要求，江汽集团从性能目标设计、框架形象设计、传力路径设计、材质料厚设计、断面设计、结构环设计、接头设计、关键件设计、局部细节设计、连接设计的各环节，面向新能源车车身进行了设计实践。
鲁后国 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司车身设计研究院院长助理
以下为演讲内容整理：
在新能源汽车火热发展的趋势下，新能源车身应该怎样做？我们对此进行了思考，接下来将分享江淮关于新能源车身的相关设计。
新能源背景下的车身发展趋势
目前新能源汽确实是比较火热的话题。从去年整年来看，新能源的销量创造新高。今年1-3月的销量达到了160万台，比去年同期又有了大幅提升。新能源汽车发展呈现出势不可挡的趋势。在此基础上，对车身的关键设计要素也提出了更高要求。
首先是车身性能要求。毫无疑问，新能源汽车对车身的安全性要求越来越高。
从电池角度来看，动力电池技术的不断发展，动力电池的安全性问题成为了行业热点。另外，整车装载了这么大一块电池，大约在500-600公斤，对安全、能耗、操控、耐久等不利，对车身的轻量化要求更高。大家都在讲车身电池一体化，包括CTP、CTC、CTB。从这个角度来看，新能源车身在未来CTC、CTB的电池基础上，对车身的整体刚度提出了更高的要求，必须有更高的车身刚度保护电池在使用过程中不会产生较大的扭转变形和巨大的冲击力。
其次是车身结构要求 。随着竞争的加剧，汽车开发周期进一步缩短；同时电池包的平台化反向推动车身进一步向模块化平台方向发展，对车身结构提出了更高的要求。因此需要开展上下车体的分体式研发，保证车身具备高度模块化、可拓展性，以及标准的上下车身及车身与底盘设计界面，以更快的提升车身研发的速度。
另一个大家讨论较多的是集成化，像一体式压铸、热成型门环都体现了高度的集成化。高度的集成化是新能源汽车车身发展的典型趋势，用于降低设计过程、制造过程中的成本与周期。
最后是车身材料要求。材料目前在新能源车身呈现出多材料的设计趋势，更多呈现出全铝车身和钢铝镁混合车身，随着时间的推移，钢铝镁混合车身逐渐占据了主导地位。原因在于性能、成本、设计周期以及制造难度等一系列平衡性要求，加速了钢铝镁混合车身的发展。
总之，车身设计最主要的就是结构、材料与性能三方面的要求。基于此，我们在结构上讲集成化、平台化、模块化以及关键部件的设计，在材料上讲多材料的混合，在性能上讲安全性、刚度性能以及轻量化的设计。
图源：江淮汽车
面向新能源汽车车身设计实践
下图展示的就是车身设计过程中的关键环节和要素，包括性能目标设计、框架设计、传力路径设计、材质料厚设计、断面设计、结构环、接头以及关键件部件等。这些设计最终将反映整车结构和性能，在这种流程中结合上述三大块要求，我们进行了思考与实践。
图源：江淮汽车
首先是性能目标设计。在新能源汽车上更多关注上下分体式性能目标的设计，在此基础上，如何满足快速的、模块化的设计要求？我们对下车体进行了性能目标设定，重点关注下车体的扭转度，包括电池包扭转度，CTP和CTC中间框架的变形量以及下车体的扭转模态和局部刚度。基于模块化的下车体开发出的一系列车型都能够满足设计指标要求。另外是碰撞要求，我们同样设计了下车体能量分配比例，包括副车架和关键的路径载荷比例，以及总的碰撞能量。
第二，框架设计。无论是新能源汽还是传统燃油车，上车体的整体框架是没有区别的，主要区别点在中央通道，目前有带中央通道和不带中央通道两种，可以在前期的概念设计阶段，通过快速的参数模型分析来确定带不带中央通道。
基于框架形式，如何满足滑板底盘的概念要求，我们做了一些尝试。在车身侧面、前部和后部定义了标准的界面以及标准尺寸，可以保证不同的轴距、不同前后悬以及不同的车身宽度要求的上车体都可以使用下车体平台。同时应用下车体的独立性能设计，保证不同系列的上车身都能满足整车的设计性能要求。
第三，传力路径设计。针对下车体平台上的传力路径设计，因为我们少了左右地板纵粱，无法直接通过车身底部的纵粱向车后传递能量。通过前纵粱的碰撞能量和前围下部实现左右的能量传递，从中央通道传递到两根地板横梁，侧面通过扭矩盒子传递到门槛粱上。传力路径设计需要关注一些关键的尺寸，如前纵梁后部高度100毫米左右，能够保证整个力在碰撞过程中不产生弯折，同时在这个部位把更多的力导向后部车身。
第四，材质料厚设计。目前对于钢铝混合的车身典型材料的设设计，我们希望前部可以采用大量的高强钢，保证正碰、侧碰的能量吸收与传递。同时在门槛部位采用大尺寸的挤压铝，保证碰撞过程中能量的吸收。
第五，断面设计。上车身与传统的断面并无太大区别，区别更多是具体的材质料厚，以及关键部位的搭接。但下车体的三个部位尤其重要，前部是为了保证碰撞过程中能够抵抗前部碰撞力，保证成员舱内不产生大的变形，具体作用原理可参照下图。
图源：江淮汽车
再来简单讲一下关键件设计。典型的部件为后地板一体式压铸部件，其目前主要采用免热处理材料。目前主要的免热处理材料无论是屈服强度还是抗拉强度，包括延伸率、铸造的性能基本差别不大，但是屈服强度相对较低。从车身的设计应力水平来看，如果要使应力达到100兆帕以下，其实对设计的挑战难度是非常高的。如下图所示，在结构上，对纵梁部位进行特殊料厚设计，采用5-6毫米的壁厚进行设计，既可以保证对扭转刚度的要求，又可以保证底盘承载的要求，其他几个部位基本在2.5-3.0的水平，主要是从轻量的角度来思考。
最后是连接设计，钢铝车身从连接的角度来看，有SPR、FDS、激光焊等。今天要讲的并不是这种连接，而是关键部位结构搭接，A柱下连接，我们希望A柱与A柱上内板进行充分多层级的连接和多面搭接，保证这个地方的连接强度以确保力的顺畅传递，同时满足碰撞过程中对电池的保护。后纵梁同样希望多面的搭接，实现更高的扭转刚度要求，在侧面平顺的连接，实现碰撞力从左到右的传递。
在新能源时代下，我们希望对车身设计进行更深层的思考，针对结构、材料和性能进行关键性的设计，以保证新能源车身具有更好的质量。
（以上内容来自安徽江淮汽车集团股份有限公司车身设计研究院院长助理鲁后国于2023年4月18日-19日在2023第三届车身及内外饰大会发表的《面向新能源的车身设计思考与实践》主题演讲。）
