重卡驾驶室设计思路与机制*

张永宁，林 琳，胡 睿，黄建国

（云南省机械研究设计院//云南省机电一体化应用技术重点试验室//云南省先进制造技术研究中心，云南昆明 650031）

0 引言

汽车驾驶室总成作为汽车重要零部件，是汽车的控制枢纽及指挥中心。其对安全、节能和环保等技术要求高。2012年，我国汽车产销量双超1 900万辆，产销量世界第一，但我国汽车开发能力和技术水平需要提升。特别是重型汽车的驾驶室多数通过技术引进、合作开发或仿制，缺乏完整的自主开发和创新能力。因此，在开发高原型重型汽车驾驶室过程中，通过学习消化国际先进开发技术，充分运用现代设计手段与技术进行综合设计，建立企业的驾驶室开发机制与流程，自主研发高档重型载货汽车驾驶室，形成了企业创新能力和产品的竞争力，进一步推动企业建立和完善自主创新的组织体系和运行机制。

1 重型汽车驾驶室的开发目标

1.1 技术目标

（1）外观以线型大圆角造型为主的现代风格，形成独特、新颖、美观的具有现代理念和创意汽车驾驶室外观形状；

（2）室内舒适性、坐姿舒适性、操纵方便性、视野性对标国内先进水平；

（3）车内噪声和驾驶室整体隔声能力达到国家标准；

（4）风阻系数≤0.58（仿真值）；

（5）气密封性≤750 m3/h；车身密封间隙，保证密封性符合在喷淋压力70～150 kPa和受试时间15分钟的条件下，车身的门、窗、侧围、行李舱等不得有渗、漏水现象；

（6）车门的开闭力、平顺性不低于国内大型主流厂家同类产品同等水平；

（7）室内热舒适性、坐姿舒适性、操纵方便性、视野性对标国内先进水平。

1.2 目标控制

（1）经济目标控制，成本、进度和用户要求（市场需求）。

（2）技术目标控制，技术指标、设计质量、工艺设计质量、制造质量。

2 设计思路与机制[1-2]

要达到以上目标，在设计时就要采用现代设计方法，通过实施以下几点，完成目标任务：一是通过计算机仿真和模拟技术进行技术支撑；二是建立科学的设计机制与流程；三是建立科学开发平台。

2.1 计算机仿真和模拟技术[3]

应用CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助验证)技术进行驾驶室的龙骨框架结构及白车身结构静态分析、结构动态分析、安全性分析和疲劳分析；应用CAS(Computer Aided Styling，计算机辅助造型)技术和DMU(Distal Mock—Up，数字原型)技术创建出驾驶室的造型方案、结构和驾驶室壳体及外饰图；应用CFD(Computational Fluid Dynanmics，计算流体动力学)分析模拟车辆行驶状态的风洞试验；应用VR(Virtual Reality，虚拟现实)技术实现驾驶室内热舒适性、坐姿舒适性、操纵方便性、视野性等；并进行冲压成型分析（PamStamp软件）应用。

2.2 设计机制

尽管汽车驾驶室只是汽车的一个部分，但开发新驾驶室动辄上千万、甚至上亿元，对汽车新产品是牵一发而动全身。科学的设计机制与流程，是保证汽车新产品高效高质量的开发关键。

尽管企业实现了信息化，但是多数企业，特别是民营企业技术信息资源人为或管理上造成自愿交换、信息不完全，开发过程中设计与工艺、制造等信息不共享；风险控制机制不完善，前期规划、立项、设计质量等控制不力；开发机构定位、职责不细；这些都会造成开发过程延迟，浪费资源，甚至开发不成功。而这些资源的合理利用，才能使产品开发达到既定目标。

（1）跨职能开发的组织机构

设立跨职能开发团队矩阵式机构，并明确职责，形成一个能够使机构中各领域技术人员同时合作的并行环境。在这一环境下，开发人员之间一起并行协同工作，对产品设计、工艺、制造等上下游各方面进行同时考虑和并行交叉设计，及时地交流信息。

（2）开发流程管理体系[4]

形成汽车驾驶室开发的科学管理制度，形成有效的控制体系，通过科学的方法与流程进行新产品创意和构思的搜集、筛选和优化；再由控制体系进行管理、评估，保证汽车驾驶室开发不偏离设定的各种目标。其中最重要的是：人员的激励机制与培养机制、开发前期工作的管理、风险管理、进度管理和质量控制管理。

2.3 设计流程

2.3.1 市场与技术分析

对未来卡车发展趋势与市场前景进行研究，将新车型的一些重要参数和市场与技术定位确定下来（整车与驾驶室）。形成新车型设计目标任务书。一是要明确新车型的形式、功能以及技术特点，二是描述要产品车型的最终定位，最后提出驾驶室设计目标任务书。

2.3.2 概念设计与总体初步设计2.3.2.1汽车总布置草图

根据新车型设计目标任务书及整车性能要求提出对驾驶室各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求；协调驾驶室与整车及相关总成间的布置关系和参数匹配关系，确定硬点尺寸和初步布置方案。驾驶室性能达到最优并满足设计目标任务书要求的整车参数和性能指标的汽车。

2.3.2.2 造型设计[5-6]

在基本尺寸的基础上进行造型设计。这是至关重要的环节，包括外形和内饰设计两部分。对比同类车型进行造型上的比较，确定设计的主题。一是建立效果图；二是建立3维数字模型，并用VR和CFD在虚拟的环境中，对数学模型进行仿真分析、虚拟评价、外形修改和优化。

2.3.2.3 油泥模型的制作

通过3维数字模型然后由铣削机铣削出多个小比例油泥模型，或3D打印出小比例油泥模型，然后经油泥模型师进行细节调整。从中选出最终的设计方案，进行1∶1比例油泥模型的制作，进行评审，并最终确定造型方案，冻结油泥模型，并进行曲面光顺与高光检查形成驾驶室数模。

2.3.3 结构设计与工程化[6-8]

2.3.3.1 总布置设计

在前面总布置草图的基础上，深入细化总布置设计，准确的描述各部件的尺寸和位置，为各零部件分配准确的布置空间，形成内饰布置图、外饰布置图以及电器布置图。

2.3.3.2 结构设计

对驾驶室拆分，进行结构设计，运用CAE等对驾驶室车身结构进行车身静态仿真分析、联接件结构静态仿真分析、结构动态仿真分析、冲压成型仿真分析、通过分析对结构进行优化，使驾驶室结构强度、刚度、安全性达到预定目标。

2.3.3.3 白车身工程设计

运用虚拟样机技术，进行驾驶室人机工程性能分析与评价、驾驶室安全性与舒适性分析与评价、确定车身结构方案，对各个组成部分进行详细设计，使用完成的3维数模，进行运动干涉分析、拆装模拟分析、零部件之间干涉性分析等工艺性分析，完成装配关系图及车身焊点图。

2.3.3.4 内外饰工程设计

用3维数模进行内外饰工程设计，外装件的主要设计包括前保险杠、玻璃、车门防撞装饰条、进气格栅、后视镜、车门机构及附件以及密封条。内饰件主要设计包括仪表板、方向盘、座椅、安全带、安全气囊、地毯、侧壁内饰件、遮阳板、扶手、车内后视镜等。

2.3.3.5 电器工程设计

对雨刮系统、空调系统、各种仪表、整车开关、前后灯光以及车内照明系统进设计选型。

2.3.3.6 技术文件

编制详细的产品技术说明书以及详细的零部件清单列表，验证法规。

2.3.4 样机试制与试验

通过快速模具制造出快速试验样车模具，并将驾驶室数模发给模具制造厂制作模具，试验需要制作各种试验样车。进行试验场测试、道路测试、风洞试验、碰撞试验等。对出现的各种问题进行改进设计。

2.3.5 同时制作驾驶室焊接卡具和驾驶室焊装生产线，经调试，小批量生产，生产出合格驾驶室。

2.4 开发平台

为缩短研发时间，需建立必要的开发平台：

（1）建立计算机及知识库支持的协同开发平台，支持12～24小时同时工作，支持产学研开发，完善设计标准化、零部件标准化、模块化，建立工艺标准化；

（2）建立虚拟支持支持产品和工艺开发虚拟产品平台，实现市场分析、概念设计及工程设计、工艺设计试验、产品及产品试验的虚拟化，减少开发过程中的实物模型数量；

（3）建立合适的快速试验样车模具系统。

3 结束语

在重型汽车驾驶室开发和整车开发中，新技术应用和设计机制的建立是关键的环节，通过这次高原型重型汽车驾驶室过程，应用先进的驾驶室开发技术与和虚拟现实等开发技术有机地结合起来，初步建立了一套开发设计与机制与流程，效果比较好，实践证证明可以缩短开发周期，提高开发产品的质量。

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