汽車總布置設計

汽車總布置設計汽車總布置設計2011年03月03日星期四16：11汽車總布置設計汽車整車開發(fā)過程是一個包含造型設計(包含油泥模型設計)、總布置設計、車身設計、底盤設計、內飾和附件設計以及試制和試驗等內容的復雜工作，這些設計過程盡管在時間上存在先后順序，但是也重疊進行，并行工作?？偛贾迷O計師，高屋建瓴地站在整車開發(fā)的起點，全盤控制和協(xié)調整個汽車產(chǎn)品開發(fā)過程，是汽車設計的關鍵。只有把握整車開發(fā)的各個過程和內容，采用并行工程的思想積極組織和協(xié)調整個項目組成員，才能如質如量地完成設計任務。并行工程能將傳統(tǒng)的制造技術與計算機技術、系統(tǒng)工程技術和自動化技術有機結合起來，在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段全面考慮產(chǎn)品生命周期的各種因素，力爭使產(chǎn)品開發(fā)能夠一次獲得成功。它戰(zhàn)在產(chǎn)品設計、制造全過程的高度，打破傳統(tǒng)的組織結構帶來的部門分割和封閉的觀念，強調參與者協(xié)同工作的效應，重構產(chǎn)品開發(fā)過程。而總布置設計就是要充分發(fā)揮這種協(xié)同工作和整合工作的組織作用，統(tǒng)領其他部門。在汽車開發(fā)整體流程中，總布置持續(xù)整個過程。作為汽車設計全過程的協(xié)調和監(jiān)控機制，它逐漸確定設計硬點，直至最后的精確裝配，保證所有車身和底盤以及內飾件之間的相互配合關系。從汽車造型效果圖設計開始，總布置就必須針對客戶提出的需求，收集競爭車型，提供汽車造型的總體設計參數(shù)，如總長、總寬、總高、軸距、輪距、車輪大小、接近角、離去角。造型師則按照相關信息進行造型效果圖的制作。當效果圖評審通過后，便開始油泥模型的制作。通常油泥模型師除了要參考造型效果圖和與造型師進行交流外，還必須嚴格遵守來自總布置設計的關鍵線圖或膠帶圖。而膠帶圖和關鍵線圖均是利用上述總體參數(shù)，并參考同類車型的外部輪廓和內部空間完成的總體參數(shù)控制線圖，它是油泥模型師用來制作卡板，實現(xiàn)模型總體參數(shù)控制的重要工具。油泥模型評審通過后，就可以進行車身的逆向和結構設計了。與此同時，底盤工作也已經(jīng)開始。要追求快速開發(fā)的效率，自然是利用已有的底盤平臺進行變型設計?？偛贾酶鶕?jù)整車的要求，對底盤零部件空間的位置和形狀提出要求，并進行一定的計算和匹配。底盤設計組則可以利用這些硬點進行零部件的設計；車身設計主要根據(jù)整車設計的剛度和設計要求，以及相關零件如發(fā)動機及其附件，底盤零部件的要求設計發(fā)動機艙、行李箱和車身結構；內飾的設計也需要根據(jù)總布置人機工程(包括可操縱范圍校核、視野范圍校核和舒適性等)要求，進行相應的造型設計和結構設計。對于整車設計，零部件的配套是重要的一環(huán)，總布置要考慮多種零部件的代替方案以及各種方案的可行性分析，并與零部件配套廠家進行緊密的交流與合作，最后實現(xiàn)車身模具、附件、底盤零部件的配套，為進一步完善數(shù)模打下基礎。同時，總布置設計還是與客戶方案交流的窗口，能將產(chǎn)品的成本和結構的工藝性有效地結合在一起?？傊?，總布置設計在整車整個開發(fā)過程中起著舉足輕重的作用，只有利用并行工程的思想，才能搞好各個子項目組的協(xié)調工作，縮短開發(fā)周期，提高工作效率，提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率。汽車設計的規(guī)劃和向導：總布置設計在汽車開發(fā)項目的設計任務書確定之后，總布置設計(Layout Design或Packaging)的工作就正式開始了。汽車總布置設計是通過對整車設計的總體規(guī)劃來確立車身、底盤、動力總成等系統(tǒng)之間的配置關系、重量、法規(guī)和整車的性能指標?？偛贾迷O計首先是確定設計硬點(Hardpoint)。設計硬點是將底盤、車身以及其它零部件之間的協(xié)調關系，通過基本的線、面和基準點，以及控制結構和參數(shù)來表達。在主要設計硬點確立以后，造型、車身、底盤等設計就有了共同參照的依據(jù)和遵循的規(guī)范，各個子項目分頭展開。整車總布置設計將各運動機構和非運動部件的關系有機的協(xié)調，避免零部件之間的運動學干涉。例如,輪胎跳動與輪罩包絡圖，懸架跳動和轉向系統(tǒng)的運動學干涉校核，轉向梯形校核等等。在整車設計中，人機工程學和舒適性設計是總布置設計必須要校核滿足的條件。例如，人體模型設計，駕駛員視野校核，上車舒適性校核，駕駛員可操作性校核，汽車座椅和頭枕校核，前后雨刮器校核，眼橢圓和頭廓包絡線校核等。整車的總布置設計實現(xiàn)整車性能計算和仿真，進行整車性能匹配和系統(tǒng)優(yōu)化。例如，制動力匹配，碰撞結構設計和模擬，動力性能計算，燃油經(jīng)濟性能分析，操縱穩(wěn)定性計算，平順性能計算，前后懸架剛度和阻尼匹配計算和分析，整車可靠性仿真分析，NVH(振動、噪聲和舒適性)分析等總布置設計通過確定關鍵零部件設計參數(shù)，指導設計選型。在設計選型上，設計公司通過和相關廠家合作，確定轉向系統(tǒng)設計和選型，懸架設計與選型，發(fā)動機和變速箱的選型，電噴和排放系統(tǒng)的匹配，安全帶與安全氣囊選型和仿真等。總布置設計使整車的項目分組管理和協(xié)同開發(fā)(Concurrent Engineering)成為可能，讓汽車設計在一個科學、計劃和合理的條件下進行。早期的汽車總布置設計，采用二維總布置圖紙來發(fā)布。隨著計算機技術的發(fā)展，在進入上世紀90年中期，三維發(fā)布的總布置設計已經(jīng)被一些國外先進的汽車公司開始采用并逐漸被推廣。這項技術的應用，在很大程度上提高了布置和設計的準確性和精度。目前，國內的整車總布置設計，與底盤及動力系統(tǒng)的狀況相似，設計和匹配試驗的能力和發(fā)達的國家比較，還有一定的差距。建立在成熟底盤基礎上進行的車身造型設計和改型設計，是目前絕大多數(shù)汽車公司普遍所采用的開發(fā)方式。這種開發(fā)的模式，使汽車設計的安全和穩(wěn)定性得到保證，同時大大縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)的成本和風險?？偛贾米鳛槠囋O計的主線，在汽車的開發(fā)過程中扮演著總設計師的角色，它的主要作用如下：1、市場調研和情報收集；2、整車的總體布置設計；3、確定整車的設計硬點和設計控制標準；4、整車的所有運動部件的運動干涉檢查；5、整車的人機工程設計和舒適性法規(guī)的校核與優(yōu)化；6、整車的性能計算和仿真：實現(xiàn)整車性能匹配和系統(tǒng)優(yōu)化設計，實現(xiàn)整車的主要性能的優(yōu)化設計；7、對整車數(shù)模進行全數(shù)字化裝配檢查，并協(xié)調各部門設計優(yōu)化；8、協(xié)調各部門進行整車試制和對樣車進行法規(guī)要求的性能試驗。整車總布置設計流程我們在對一輛"全新整車進行總體布置設計"和一輛"整車局部改型設計布置"時，往往采用不同的方法。以下我們探討一下全新整車總體設計布置方法。首先，總布置設計人員要確定整車設計思想，即明確設計任務書。在總體設計過程中，需要先確定整車主要尺寸參數(shù)、主要性能參數(shù)、質量參數(shù)以及各系統(tǒng)總成基本型式，選擇發(fā)動機和輪胎型號等等。這些屬于初步的布置與方案設計階段，即Layout階段。隨著設計工作進行到車身零部件逐步選定或設計逐步完成階段就進入精細設計階段，即所謂的精確布置與虛擬裝配檢查階段，即packaging階段。初步確定這些參數(shù)是進行整車總布置設計的首要工作。這些尺寸和參數(shù)的確定不可能靠精確的公式計算出，一般根據(jù)新產(chǎn)品開發(fā)計劃和性能要求,在大量的市場車型調查和統(tǒng)計分析工作的基礎上，參考國內外同類車型，選擇相應的樣車作為初步確定參數(shù)的依據(jù)。同時還應注意所確定的參數(shù)要符合各種法規(guī)和標準的要求。然后，根據(jù)總布置設計的基本尺寸和設計要點，由造型設計師設計出各種汽車外形效果圖和模型，然后確定汽車的車內設施設計。選定最佳方案后，再交總體設計師進行整車總體布置設計，確定整車總體參數(shù)后，進行油泥造型，定稿后再由總布置設計師進行整車總體詳細布置設計。整車總體設計尺寸參數(shù)主要包括：總長、總寬、總高；軸距、前懸、后懸、輪距(前輪、后輪)；離去角、接近角、最小離地間隙等。一般來說，隨著總體設計參數(shù)的確定，其車身上的主要尺寸參數(shù)也可初步確定。隨著整車總體設計參數(shù)和車身主要尺寸參數(shù)的確定，其它尺寸參數(shù)應在布置設計中逐步具體化，并使其滿足主要尺寸的要求；反之，初步確定的整車及車身主要尺寸參數(shù)在布置設計的不斷深化中又能得到反復修正，以致最終被確定出來。整車總布置確立了汽車的長、寬、高、軸距、輪距等的控制尺寸，軸荷分配范圍以及水箱、動力總成、前后橋、傳動軸和車輪等的輪廓尺寸和位置等后，再參考同類車型有關數(shù)據(jù)作為借鑒。設計人員即可初步確定前懸和后懸的長度、前后風窗位置和角度、發(fā)動機罩高度、地板平面高度、前圍板位置、座椅布置、內部空間控制尺寸、方向盤位置角度和操縱機構及踏板的相互位置等?？傊偛贾迷O計是對發(fā)動機、驅動裝置、懸架機構等總成，電器設備，油箱、備胎等部件、車身內飾總成和部件等的所在位置，以及車身室內空間大小、行李箱尺寸和車身主要技術參數(shù)，在滿足車身造型要求下進行設計確定的過程。其最終目的就是要在有限的車身外形尺寸內布置所有的總成和部件，并獲得最大的室內空間，提高產(chǎn)品的市場競爭力。整車總布置有著與車身、底盤相互制約、相互協(xié)調的關系。往往需要反復交叉進行。這種協(xié)調工作需要設計者的智慧和經(jīng)驗。在這個過程中，往往有很大一部分精力和時間都花費在修正數(shù)據(jù)的工作上，這就需要整個設計組把先期的準備工作要做細。由于現(xiàn)今的很大一部分設計是在原有參考車型的基礎上改進設計的，即使是開發(fā)一種全新車型，也不是重新設計所有部件，而是大量地采用延用件以降低成本、減少風險。但是為了使產(chǎn)品以新的形象出現(xiàn)在用戶面前，車身件往往需要重新設計，并對已知發(fā)動機和底盤部件的參數(shù)進行整車總布置。因此，我們總布置在設計方法中綜合了兩種設計思想，即底盤及車身同時進行設計