本文以某款轿车的车身顶盖断面开发设计为例，进行了车身结构设计技术关联性研究，系统地探讨了车身顶盖断面结构的设计方法，以及诸多设计要素之间的关系。

现在汽车企业设计利用CAD/CAE/CAM技术，以车身典型断面图库和车身三维模型的形式体现车身结构概念设计。车身开发包括产品定性、概念设计、详细设计、样车试制、样车试验、工装模具准备、先期生产、试生产和正式投产等阶段。概念阶段是指从产品定义开始至造型冻结的阶段，是对汽车的总体概念进行概括性描述。车身结构设计贯穿于概念设计阶段的各个环节，在概念设计阶段中占有极其重要的地位，同整车总布置设计、车身总布置设计、造型设计以及车身结构仿真分析等工作相互关联、同步协调。

本文以某款轿车的车身顶盖断面开发设计为例，对车身结构设计技术关联性展开了研究。

设计方法

当一款产品提供初步CAS面，车身便进入初步断面设计阶段，确定顶盖造型方案时应考虑如下车身结构形式和设计要点：

1.顶盖前横梁处的断面结构

（1）前顶灯的安装形式需在顶盖前横梁的断面结构中做出明确表达。标准件断面的表达对于检查其顶盖外板等相关部件是否会发生干涉是很有必要的。

（2）顶盖前横梁总成结构形式一般有两种：顶盖前横梁自身集成前顶灯安装结构或视前顶灯具体位置决定是否增加前顶灯安装支架；顶盖前横梁与顶盖前横梁内加强板拼焊总成。后者在前横梁上集成前顶灯安装结构或视前顶灯具体位置决定是否增加前顶灯安装支架。从减重降成本的设计理念考虑，且现在大部分车型均采用第一种结构形式。

（3）顶盖横梁与顶盖之间的打胶槽处的结构尺寸设计，为达到顶盖膨胀胶在涂装膨胀之后，对顶盖起到良好的支撑加强作用。打胶槽钣金面离顶盖外板一般要求有3mm的间距，非打胶面离顶盖外板有2mm的间距，具体细节可结合实际涂装工艺而定。

（4）前风窗玻璃的结构及密封形式影响顶部的造型。在此断面要做出明确表达，且密封胶条的结构形式要达到密封翻边保护玻璃防止外界环境的侵蚀。

2.顶盖横梁的断面结构设计

（1）顶盖雪载分析的目标值的要求决定了顶盖横梁的断面结构形式。横梁的布置形式、间距大小及横梁的腔体大小设计决定了顶盖的整体强度。腔体宽度与高度尺寸的合理配比，对于部件的减重及加强作用都起了重要的作用。如果经顶棚雪载分析，强度还有问题，首先考虑加大横梁高度来进行改善；其次考虑增加横梁的宽度来加以优化。

（2）后顶灯的安装形式决定了横梁相应位置的特征结构，其安装标准件的断面同样需要表达清楚，以明确安装完毕后与顶盖外板不发生干涉的合理间隙。

（3）顶盖横梁与顶盖之间的打胶槽设计与顶盖前横梁的胶槽设计相同。

3.顶盖后横梁处的断面结构设计

（1）顶盖后端沟槽与水平平面应存在一定夹角，目的是提高流水性。

（2）在顶盖外板的后部凹陷台阶面，一般情况下存在冲压负角，一定要从整体考虑顶盖的冲压可行性。

（3）顶盖后横梁总成在条件允许的情况下，空腔尽量做大，已达到较高的强度。

（4）尾门密封条良好的密封性决定了顶盖外板止口的设计。

（5）顶盖外板的后端反凹面的设计需保证尾门总成运动轨迹线与其间距在允许的最小间距以上。

（6）尾门与顶盖之间的间隙面差值要在断面上有所体现。

（7）尾门的开启角度及运动轨迹线都应该在断面上表达清楚。

（8）尾门与顶盖之间的密封间隙要保持均匀一致性。

图3  顶盖雪载分析变形

4.顶盖后铰链安装点处的断面结构设计

（1）此断面均须体现顶盖后端中间断面结构设计所述的8条设计要点。

（2）尾门铰链的结构、安装方式要在此处表达清楚；尾门的铰链轴线要有明确的表达。

（3）在顶盖后横梁外板上需设计安装铰链螺母的工具枪的工艺过孔，孔位大小根据所用工具枪的尺寸型号确认。

（4）尾门板与顶盖外板之间的钣金最小间距要控制在5mm以上，目的是防止运动部件间的干涉，此为运动部件通用间距。

5.顶盖和侧围的连接形式断面结构设计

（1）顶盖和侧围的连接形式影响顶部的造型效果，并直接影响侧向头部空间。所以顶盖与侧围的连接形式，一定要考虑对二者的影响因素。

（2）此断面要体现焊枪通过方便性，顶盖与侧围总成焊接，焊枪通过方便性的校核是至关重要的。焊枪头的具体尺寸要与现场焊装线所用的枪头数据一致。

（3）此断面需明确表达顶饰条的安装方式，顶饰条的安装方式分为卡接式、燕尾槽式和黏贴式等，根据不同车型所选用的结构，在断面上把具体尺寸表达清楚。

（4）此断面需与涂装打密封胶的胶枪操作方便性做校核，胶枪头的具体尺寸与现场涂装所用枪头数据一致。

顶盖断面结构设计

1.实例介绍

现以顶盖后横梁断面为例来进行断面设计的要点说明。

2.设计分析验证

断面设计完毕，根据此结构及其他分组提供的初步数据，建立三维数模。此三维数据的建立需要钣金材质的优化、整体结构方案分析、密封间隙的检查、运动校核、钣金的结构方案分析、重量成本分析、搭接方式以及焊点数量及工艺可行性分析等大量数据的支撑。提交CAE做性能指标分析，如符合法规要求，可继续细化结构；若不符合要求，需对断面调整优化，兼顾三维数据的更新，达到数据一致性。根据上述的断面结构，制作顶盖的三维数据（见图1）。

对三维数据进行顶盖雪载分析，通常设定的目标值如下：顶盖在60cm内不出现塑性应变；顶盖在90cm内不发生屈曲变形。雪载分析的有限元模型根据分析标准建立，在分析时分两步进行：第一步约束截取的侧围断面，第二步进行顶棚160cm雪厚的加载，按照0.05cm的增量步进行计算，边界条件示意如图2所示。

顶盖雪载分析变形如图3所示，结果评价如表所示。从分析结果可以得出，结果符合顶盖雪载要求。

结语

在该款车型开发的概念设计阶段，车身断面结构设计涵盖了车身钣金结构、材质、焊接关系以及运动校核等各方面的信息，是车身设计的基础，并贯穿于整个设计过程的始终。车身断面包含信息的正确性，大幅度缩短了车身结构设计的时间，提高了车身结构设计水平。