某轻型货车年代款的设计研究

2013-04-18心华

汽车技术 2013年5期

陈默王心华张鹏李名树

（沈阳金杯车辆制造有限公司）

汽车年代款的开发，在国外由于市场的需要已有成熟的发展历史；国内对于年代款开发的论述与研究较少。年代款车型的开发，不仅使得开发成本大大降低，同时也缩短开发周期，提高产品的经济效益，最重要的是延长产品的品牌生命力。本文结合某轻型货车年代款的实际开发经验，论述了其设计研究的主要步聚和关注要点。

1 方案策划阶段

如何最大限度的延长一个产品基础平台生命力，既要解决过去产品中的不足，又要跟上市场潮流，是开发人员面临的课题。在某轻型货车成熟车型基础上的年代款产品设计研究就是要实现这一目标。年代款产品的推出需要较大的资金投入,更重要的是时间上的风险，如调查与论证不全面，轻则会造成产品先天不足，投产后问题成堆；重则造成不符合消费者需求，新产品没有好的销量。因此，系统的调研、收集、整理和分析可以为新车型研发项目计划决策者提供科学合理的参考与建议。在完成可行性分析后，就可以对新车型的设计目标进行初步设定，设定的内容包括车辆型式、动力参数、底盘、车身形式及强度要求等。

将初步设定的要求发放给相应设计部门，确认各个总成部件要求的可行性以后，确认项目设计目标，编制最初版本的产品技术描述说明书，将新车型的一些重要参数和使用性能确定下来。在方案策划阶段还要确定新车型是否开发相应的变形车，确定变形车的形式以及种类。项目策划阶段的最终成果是一份符合市场要求、开发可行性能够保证得到研发各个部门确认的新车型设计目标大纲。

2 概念设计阶段

概念设计阶段要制定详细的研发计划，确定各个设计阶段的时间节点；评估研发工作量，合理分配工作任务；进行成本预算，及时控制开发成本；制作零部件清单表格，以便进行后续开发工作。概念设计阶段的任务主要包括方案讨论和造型讨论两部分。

2.1 方案讨论

针对当前款轻型货车驾驶室存在的不足和市场对新款车的需要提出问题；在满足市场需要的同时解决生产的一些设计及质量问题。针对材料利用率不高、转角板返锈、格栅装配美化工艺等问题进行技术攻关。

2.1.1 整体式前围板材料利用率不高

针对现款车产品的整体式前围板尤其是大灯支架部分材料利用率不高问题，将前围板由原来的大灯、前围板一体化设计，更改为独立大灯支架总成与前围组合结构，材料利用率将由58%提高到65.2%；改进的优点是前围主体钣金部分尺寸比改进前减少1/3，材料利用率提高，减少了模具投入，既降低了成本又提高了开发速度。图1所示为前围板改进前和改进后对比。

2.1.2 解决转角板返锈问题

由现有的金属冲压转角板改为注塑转角板，并针对大面积薄壁塑料装饰件出现表面“缩痕”现象，对内部加强筋进行了高度与厚度比都较小的设计调整。改进的优点是提高产品韧性和机械性能，同时也提高了耐热、耐油性能和耐化学稳定性，且尺寸稳定、表面质量好、减轻自身质量。改进后的产品单件质量大幅减轻，由原来金属冲压件产品质量0.99 kg/件减轻至改进后的注塑件产品0.4 kg/件。图2所示为转角板改进前和改进后数模对比。

2.1.3 格栅工艺性美化

改进前格栅安装点从正前方可见，螺钉外露；改进后格栅安装螺钉为隐藏式装配，整体外观更好。格栅卡扣结构的改进使安装更加牢固，同时降低成本；格栅进气正面积是换代前格栅的1.5倍左右，加强了散热效果，对布置大功率发动机更有利。图3所示为格栅改进前和改进后对比。

2.1.4 现款车大灯造型及功能改进

对现款车大灯造型及功能性进行改进，改进后使大灯布置空间更加合理，方便维修及提高可靠性。将前照灯与转向灯改为组合式，转向灯改进为LED灯，改进前和改进后对比如图4所示。

转向灯照明由白炽灯改为LED灯的优点为：LED灯响应时间快，而白炽灯比LED灯有约0.3 s的延迟；LED灯发光纯度高，不需要灯罩滤光，光波误差在20 nm以内，抗振性强；LED灯发光热量小，对灯具材料的耐热性要求不高；LED灯的光束集中易于控制，不需要传统的反光器聚光，减少灯具成本；LED灯耗电量低，达到与传统灯泡同等发光亮度时耗电量仅为玻璃壳灯泡的6%，省电节油；LED灯具有超长的使用寿命，正常使用寿命在6年以上；车辆控制电路不易老化。

2.1.5 车门防水性加强

改进前车门为插接式车门,存在刚度不足、密封不严等问题，由于量产时间较长，模具已经严重老化，造成制件产品质量下降。图5所示为车门改进前和改进后对比。

车门部件着重从整体刚性、车身密封性、部件及相关附件可靠性做改进开发。数模设计阶段做好玻璃升降的运动分析、车门CAE强度分析；模具开发前进行快速成型件的实车装配验证；问题解决在工装样件产生之前；模型开发中进行过程控制，最终达到工装样件一次装车成功。

新车门较老车门性能优势为：铰链结构简单，有自动回位效果，故障率低；玻璃升降器操作省力；密封性能好；钣金结构合理、强度高、装配方便；大扶手设计可以使车门关闭更方便，经人机工程校核，关门后车门大扶手可以作为胳膊的支撑，且增加了纳物空间。

2.1.6 仪表板装配工艺性提升

改进前仪表板刚性不足，仪表罩安装工艺复杂，生产节拍长，间隙不匀;改进后仪表板为整体本体和独立管梁结构。改进后优点：提高了表台强度，降低了噪声、弱化了表台侧面与门里板的间隙；前除霜采用分体式结构,解决前风挡出风口外观形状不佳的问题;前除霜管道采用振动摩擦焊与表台本体连接，提高了暖风管道的密封性，使气流出风量达标。

通过边界的白车身数据采集，使全新设计的仪表板与原车匹配，保证产品切换的平稳过渡。

2.1.7 其他部件的改进

整体边板上梁、边板下梁采取整体辊压封闭型结构，底板采取“U”型横梁，边板采取弧形辊压结构，即提高整体美观程度，又增加了边板的整体刚度及货箱的承载力，而且提高了货箱的使用寿命。

2.2 造型讨论

概念设计效果图如图6所示。

经分析，认为图6中方案1适合公司目前产品系列的风格，工艺性好，因此将其做为最终选定方案。

总体布置草图设计完成后，就可以在确定的基本尺寸基础上进行造型设计。汽车造型设计师根据要设计的车型，首先收集同类车型的图片资料，对同类车型进行造型上的比较，根据这些车型在市场上的受欢迎程度，总结出目前流行的设计趋势及时尚元素作为设计的主题或关键词，然后在做出的多种设计方案中选出一种做为最终设计方案草图。

当草图绘制到了一定阶段后，从设计草图中选出几个相对较好的以进行深入设计，即绘制被选中草图的精细设计效果图。此过程主要用绘图软件实现，主要的绘图软件有Photoshop、Painter以及Alias Skethbookd等。绘制精细效果图的目的是为了让油泥模型师或者数字模型师（其使用3D软件将设计师的设计由效果图变为3维数据模型，这种模型能够直接将数据输入5轴铣削机，铣削出油泥模型）看到更加清晰的设计表现效果，以保证模型能更好的与设计师的设计意图一致。

目前油泥模型的制作由2种技术手段完成，一种是油泥模型师完全人工雕刻模型；另一种是由数字模型师根据设计效果图在A lias等软件里先建造出3维数字模型，然后由铣削机铣削出油泥模型，最后经油泥模型师进行细节调整。在油泥制作过程中设计师必须全程跟踪指导，以确保油泥模型能够符合设计意图。本文采取的是由油泥模型师直接人工雕刻完成，其油泥模型如图7所示。

在完成油泥模型制作之后对模型进行评审，评审将综合考虑各种可能影响到生产的因素，其中包括美学、工艺、结构等，但主要还是对模型外观美学的评判，通过评审挑选出最终定型模型。

油泥模型制作完毕后，为了更直观的观察模型通常进行贴膜处理，以便检查表面质量和产生逼真的实车效果。这时要进行全尺寸模型的评审，从中选出最终的设计方案，并对其提出一些修改意见。油泥模型师根据修改意见调整油泥模型，修改完毕后再次进行评审，并最终确定造型方案，冻结油泥模型。

3 工程设计阶段

工程设计阶段的主要任务是完成改款部分各个总成及零部件的设计，协调总成与原型车总成之间出现的各种矛盾，保证改款后整车性能满足目标大纲要求。工程设计是一个新款改型车进行细化设计的过程，各个总成分发到相关部门分别进行设计开发，各部门按照开发计划规定的时间节点分批提交零部件的设计方案。

3.1 设计硬点确定

在数据设计之前对原型车进行边界硬点数据采集，精确定位相关部件的尺寸和位置，为各总成和部件分配准确的布置空间，确定各个部件的详细结构形式、特征参数、质量要求等条件。主要的工作包括翻转机构的检查布置、大灯的空间布置、仪表板的空间布置、保险杠及进气格栅的布置等。

3.2 车身造型及结构数据生成

车身造型部门在油泥模型完成后，使用专门的3维测量仪器对油泥模型进行测量，测量的数据包括外形和内饰两部分。测量生成的数据称为点云，工程师根据点云使用汽车A面制作软件（Alias、IceM-surface、Catia等）来构建该轻型货车的外形和内饰模型。数模构造通常用UG或Catia等软件构建，在车身造型数据完成后，用该数据重新铣削一个模型，用以验证车身数据是否有误。该模型通常使用代木或者高密度塑料来进行加工，以便日后保存。结构边界数据点云如图8所示。

3.3 快速成型件的验证及工装样件的制造

在生成改进部分数据及快速成型件验证后，进行工装样件制作过程。改进后车身前脸数模如图9所示。

现代的工装件模具生产已经与传统加工大相径庭。CAM使得加工精度和效率大幅度提升；模具的成形设计过程中，CAE使冲压拉延件能够预先评估，在分析中及时修正设计数据，从而降低拉延过程中制作件的拉裂等缺陷；流塑分析使注塑加工工艺性得到改善，减少模具后期的调整，注塑件基本上实现了一次性装配成功。

4 样车试验阶段和量产阶段

4.1 样车试验阶段

样车的试验包括性能试验和可靠性试验。性能试验的目的是验证设计阶段各个总成以及零部件经过装配后能否达到设计要求，以及时发现问题并修改完善设计方案；可靠性试验的目的是验证汽车的强度以及耐久性。样车试验根据国家制定的有关标准逐项进行。根据试制、试验的结果进行分析总结，对出现的各种问题进行改进设计，再进行第2轮试制和试验，直至产品定型。

对本改进轻型货车样车进行试验后，发现其存在保险杠结构强度不足易出现抖动、大灯密封不严等问题，通过采用保险杠内部做加强筋、大灯安装孔位及密封条配合调整等措施，最终产品达到批量生产的要求。