來(lái)源于智能汽車(chē)設(shè)計(jì)?，作者何斌

為了解決商用車(chē)產(chǎn)品滿足使用場(chǎng)景、使用群體和個(gè)性化需求，同時(shí)滿足大規(guī)模生產(chǎn)制造這一難題，借鑒乘用車(chē)平臺(tái)化理念，結(jié)合商用車(chē)產(chǎn)品屬性，從產(chǎn)品策劃源頭開(kāi)展平臺(tái)化和模塊化設(shè)計(jì)。以某商用車(chē)平臺(tái)搭建為實(shí)例，重新定義商用車(chē)平臺(tái)化概念，闡述商用車(chē)平臺(tái)化和模塊化設(shè)計(jì)意義和作用，建立商用車(chē)平臺(tái)化搭建流程和方法，為商用車(chē)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和新平臺(tái)搭建奠定基礎(chǔ)。

0 引言

隨著科技和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，排放法規(guī)、安全法規(guī)日趨加嚴(yán)，商用車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、產(chǎn)品迭代加快，傳統(tǒng)的基于單一車(chē)型的大規(guī)模量產(chǎn)研發(fā)模式已經(jīng)無(wú)法快速響應(yīng)市場(chǎng)需求[1]。商用車(chē)因其用戶需求、使用場(chǎng)景、使用環(huán)境多樣，使商用車(chē)產(chǎn)品分類(lèi)豐富且復(fù)雜。近年來(lái)，商用車(chē)發(fā)展有5個(gè)明顯趨勢(shì)：

（1）基于地理區(qū)域和人文環(huán)境，細(xì)分高溫、高原、高寒、高濕以及山區(qū)使用環(huán)境，產(chǎn)品做針對(duì)性、適應(yīng)性開(kāi)發(fā)以滿足不同使用環(huán)境需求。

（2）使用群體年輕化，對(duì)造型、個(gè)性化以及舒適性要求日趨提高，駕駛室風(fēng)格造型更新?lián)Q代頻次加快。

（3）排放法規(guī)不斷升級(jí)，產(chǎn)品向綠色節(jié)能電動(dòng)化方向發(fā)展。

（4）安全法規(guī)及功能配置升級(jí)加快，智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展明顯。

（5）基于使用群體、使用場(chǎng)景，產(chǎn)品細(xì)分更加精細(xì)，產(chǎn)品需求向定制化、專(zhuān)業(yè)化方向發(fā)展。

目前，多數(shù)商用車(chē)企業(yè)仍然采用多平臺(tái)、多產(chǎn)品策略，在現(xiàn)有平臺(tái)和產(chǎn)品上做適應(yīng)性開(kāi)發(fā)，各平臺(tái)產(chǎn)品采用局部設(shè)計(jì)變更與開(kāi)發(fā)，缺少統(tǒng)籌全局考慮、平臺(tái)化開(kāi)發(fā)理念。現(xiàn)有平臺(tái)化理論模型如圖1，當(dāng)前平臺(tái)下包含很多產(chǎn)品，組成產(chǎn)品的系統(tǒng)總成零部件狀態(tài)多、單件規(guī)模小，因此會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量不穩(wěn)定、零部件升級(jí)投入大、周期長(zhǎng)，且各零部件生產(chǎn)組織與管理方面困難一系列問(wèn)題。

圖1 現(xiàn)有平臺(tái)化理論模型

本文借鑒國(guó)外產(chǎn)品平臺(tái)化開(kāi)發(fā)理念，結(jié)合商用車(chē)產(chǎn)品屬性，淺析商用車(chē)平臺(tái)化和模塊化設(shè)計(jì)定義和意義，并以某商用車(chē)平臺(tái)為例，闡述如何構(gòu)建商用車(chē)平臺(tái)化和模塊化架構(gòu)模型和流程，旨在為商用車(chē)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和平臺(tái)搭建奠定基礎(chǔ)。

1 商用車(chē)平臺(tái)化、模塊化來(lái)源及定義

在汽車(chē)行業(yè)，平臺(tái)化和模塊化目的是為了降低零部件數(shù)量和管理成本，以滿足更多車(chē)型的個(gè)性化需求，讓汽車(chē)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可以通過(guò)有限的零部件和標(biāo)準(zhǔn)接口，組合成不同車(chē)型[2]。

目前全球汽車(chē)行業(yè)中，平臺(tái)化和模塊化方面有2個(gè)標(biāo)桿：（1）乘用車(chē)領(lǐng)域以大眾集團(tuán)產(chǎn)品為標(biāo)桿；（2）商用車(chē)領(lǐng)域以戴姆勒集團(tuán)產(chǎn)品為標(biāo)桿。

本文對(duì)于商用車(chē)平臺(tái)化的研究，主要借鑒乘用車(chē)平臺(tái)化模式，并結(jié)合商用車(chē)產(chǎn)品的屬性和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行重新定義。

（1）平臺(tái)化，即一組可以決定產(chǎn)品核心性能的通用模塊集成的共用構(gòu)架平臺(tái)[3]。

（2）模塊化，是對(duì)同平臺(tái)內(nèi)的相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊。通過(guò)選擇模塊，形成功能和性能多樣的差異化車(chē)型，組合構(gòu)成可以滿足不同顧客需求的產(chǎn)品。

商用車(chē)產(chǎn)品平臺(tái)根據(jù)商用車(chē)載貨屬性，以車(chē)輛總質(zhì)量（Gross Vehicle Weight,GVW）和載質(zhì)量為核心元素[4]，其對(duì)應(yīng)承載系中車(chē)架、前橋、后橋、前后懸架、輪胎為關(guān)鍵要素，定義出產(chǎn)品平臺(tái)，通常該關(guān)鍵要素為通用模塊。再結(jié)合功能及性能需求將功能模塊中的駕駛室、動(dòng)力總成相組合構(gòu)建基礎(chǔ)車(chē)型，通過(guò)軸距、功能配置變化進(jìn)行產(chǎn)品擴(kuò)展，豐富產(chǎn)品布局。以上構(gòu)建平臺(tái)化理論模型如圖2。

圖2 新理論模型

通用模塊是平臺(tái)的關(guān)鍵構(gòu)成要素，它決定了產(chǎn)品的核心性能，主要包括車(chē)架、前橋、后橋、前懸架、后懸架、輪胎。功能模塊與通用模塊組合后形成功能和性能不同的產(chǎn)品，主要包括動(dòng)力總成、車(chē)身、電氣元件及功能配置。

2 商用車(chē)平臺(tái)化、模塊化意義

商用車(chē)平臺(tái)化和模塊化設(shè)計(jì)意義重大，不僅能解決傳統(tǒng)商用車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)存在的缺陷，也是一種順應(yīng)商用車(chē)行業(yè)發(fā)展的新設(shè)計(jì)理念和“頂層設(shè)計(jì)”研發(fā)管理理念，其作用可以概括為“縮周期、減費(fèi)用、提效率、增品質(zhì)、穩(wěn)供應(yīng)”。

（1）縮周期：因減少專(zhuān)用件開(kāi)發(fā)，大大縮短平臺(tái)衍生產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，可以快速響應(yīng)市場(chǎng)和用戶需求。

（2）減費(fèi)用：因同平臺(tái)布局和開(kāi)發(fā)，減小試制和試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中樣件及樣車(chē)數(shù)量，從而減少驗(yàn)證過(guò)程中樣車(chē)和零部件投入，減少包含人力資源的投入，因而減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。

（3）提效率：因同平臺(tái)產(chǎn)品布局和應(yīng)用，研發(fā)周期縮短，在同等人力資源情況下，可以大大增加研發(fā)產(chǎn)品效率。

（4）增品質(zhì)：因平臺(tái)零部件通用率增加，專(zhuān)用件數(shù)量減少，可以確保零部件品質(zhì)的一致性，大幅降低生產(chǎn)成本和分?jǐn)偖a(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，可以保證單個(gè)零部件的生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量。

（5）穩(wěn)供應(yīng)：因聚焦零部件規(guī)模，供應(yīng)鏈管理效率增加，管理成本也降低，同時(shí)生產(chǎn)、物流環(huán)節(jié)可控性好。

此外，商用車(chē)全新平臺(tái)化產(chǎn)品可以在外觀、改裝方便性、可拓展性、產(chǎn)品可迭代性、產(chǎn)品精益性方面更加出色。例如：外觀和產(chǎn)品精益性方面，在平臺(tái)搭建時(shí)，統(tǒng)籌布局各系統(tǒng)管線路，規(guī)范線束空間走向及固定方式，線束和各子系統(tǒng)采用集成設(shè)計(jì)，可以避免由于管路干涉產(chǎn)生潛在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。零部件結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)和布置，可以適應(yīng)于各種狀態(tài)下線束走向。系列化設(shè)計(jì)，減少管路種類(lèi)。另外，在改裝方便性方面，通用模塊車(chē)架采用標(biāo)準(zhǔn)孔或者矩陣式等孔距結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于終端用戶后續(xù)改裝及其它產(chǎn)品組合和拓展，將大大提高其車(chē)架的通用化率。此外，在產(chǎn)品可迭代性方面，在同平臺(tái)產(chǎn)品基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行產(chǎn)品衍生和迭代升級(jí)，提升原產(chǎn)品的產(chǎn)品可靠性、通用性，使同平臺(tái)產(chǎn)品品質(zhì)越來(lái)越優(yōu)，從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)邁向良性循環(huán)。

3 商用車(chē)平臺(tái)化搭建和模塊化應(yīng)用研究

本文以某商用車(chē)產(chǎn)品平臺(tái)搭建和模塊化應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究，共分4個(gè)步驟（圖3）。

圖3 某商用車(chē)產(chǎn)品平臺(tái)搭建步驟

3.1 平臺(tái)定義及平臺(tái)規(guī)劃

根據(jù)前端市場(chǎng)產(chǎn)品調(diào)研、需求分析及市場(chǎng)細(xì)分布局，確定平臺(tái)屬性、產(chǎn)品定位、使用環(huán)境、使用目標(biāo)用戶群體、使用場(chǎng)景、產(chǎn)品規(guī)劃布局、產(chǎn)品配置版本及品種清單。

3.2 通用模塊搭建與選型

結(jié)合商用車(chē)產(chǎn)品屬性及平臺(tái)定義，通用模塊與承載系相關(guān)，主要包含車(chē)架總成、前后橋、前后懸掛架、前后橋。在開(kāi)展基礎(chǔ)模塊搭建和選型時(shí)，需優(yōu)先確定商用車(chē)產(chǎn)品定位、目標(biāo)客戶群體和使用場(chǎng)景。

（1）車(chē)架總成：根據(jù)商用車(chē)平臺(tái)車(chē)型總質(zhì)量（GVW）和載質(zhì)量要求，根據(jù)車(chē)架縱梁截面尺寸、車(chē)架外寬，確定基礎(chǔ)車(chē)架平臺(tái)。

（2）前后橋及車(chē)輪：根據(jù)GVW、前后軸荷進(jìn)行選型分析，同步根據(jù)車(chē)架總成選型，對(duì)前后橋、車(chē)輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行適應(yīng)性匹配。前橋關(guān)鍵參數(shù)主要包括：工字梁截面、前輪距、板簧中心距、板簧孔距和軸荷[4]。

（3）前后懸架：根據(jù)平臺(tái)GVW、舒適性、成本配置要求，進(jìn)行前后懸架選型。其關(guān)鍵參數(shù)主要包括：懸架形式、板簧結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度、寬度、弧高、片數(shù)、剛度、減振器結(jié)構(gòu)和安裝形式[4]。

3.3 功能模塊搭建與選型

為了考慮產(chǎn)品可拓展性、豐富性，做到系列化設(shè)計(jì)，在完成基礎(chǔ)模塊搭建后，需統(tǒng)籌考慮功能（共享）模塊的布局與應(yīng)用，主要包括：

（1）動(dòng)力鏈規(guī)劃：所有發(fā)動(dòng)機(jī)（含不同排放、不同動(dòng)力平臺(tái)）、所有變速器（5擋、6擋、AT、AMT等）。

（2）駕駛室規(guī)劃：所有系列造型駕駛室（單排、排半、雙排、左轉(zhuǎn)向盤(pán)、右轉(zhuǎn)向盤(pán)）。

（3）電氣架構(gòu)（通訊協(xié)議、電壓）。

（4）高端配置及新技術(shù)儲(chǔ)備：空調(diào)、倒車(chē)?yán)走_(dá)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（Antilock Brake System,ABS）、車(chē)身電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（Electronic Stability Control,ESC）、緊急剎車(chē)輔助系統(tǒng)（Advanced Emergency Braking Sys?tem,AEBS）等。

3.4 平臺(tái)化架構(gòu)硬點(diǎn)及關(guān)鍵件位置標(biāo)準(zhǔn)化

3.4.1 整車(chē)硬點(diǎn)確定

結(jié)合前面各系統(tǒng)選型，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)系統(tǒng)、駕駛室、貨箱系統(tǒng)零部件進(jìn)行物理空間校核，從而確定動(dòng)力總成、駕駛室等大件在整車(chē)上的坐標(biāo)硬點(diǎn)，整車(chē)硬點(diǎn)的確定原則如下：

（1）動(dòng)力鏈總成布置硬點(diǎn)應(yīng)統(tǒng)一，可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)附件及周邊件接口統(tǒng)一，提高動(dòng)力附件系統(tǒng)零部件通用化率。

（2）整車(chē)外廓硬點(diǎn)統(tǒng)一，通常整車(chē)前端（通常是變速箱后懸置吊掛點(diǎn)之前）和后端（通常是后懸架吊耳固定點(diǎn)之后）固定，中后端可擴(kuò)展延伸，可實(shí)現(xiàn)不同軸距產(chǎn)品衍生。

（3）同平臺(tái)下各系統(tǒng)布局接口統(tǒng)一，同時(shí)兼顧其它平臺(tái)擴(kuò)展。

3.4.2 底盤(pán)關(guān)鍵件位置標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)附件、懸架、轉(zhuǎn)向器、底盤(pán)附件（蓄電池、油箱、尿素箱、高位膨脹水壺、工具箱、備胎升降器）進(jìn)行校核布置，分段進(jìn)行布置，確定各關(guān)鍵件位置標(biāo)準(zhǔn)化。前端固定便于車(chē)身布置通用化，中端固定方便底盤(pán)大件通用化，后端固定便于備胎、隨車(chē)工具以及改裝方便性。后期在做衍生產(chǎn)品時(shí)，大件位置固定，僅變動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部管線路，底盤(pán)布置標(biāo)準(zhǔn)化示意如圖4。

圖4 底盤(pán)布置標(biāo)準(zhǔn)化示意

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)商用車(chē)平臺(tái)化和模塊化研究，結(jié)合商用車(chē)屬性，重新定義商用車(chē)平臺(tái)化，并解析平臺(tái)化和模塊化設(shè)計(jì)的意義和優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從平臺(tái)定義、通用模塊、功能模塊、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)角度，闡述平臺(tái)化搭建流程步驟及關(guān)鍵內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)商用車(chē)平臺(tái)搭建，得出一種商用車(chē)平臺(tái)化架構(gòu)設(shè)計(jì)的新設(shè)計(jì)理念和方法，為商用車(chē)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和新平臺(tái)搭建奠定基礎(chǔ)。

　　審核編輯：湯梓紅