商用车特性集成开发技术发展方向
2024-07-05许美星
许美星
摘 要：随着商用车各主机厂技术同质化趋势的出现，赋予产品特殊的风格与用户独特的体验，将成为新品开发的重要课题。汽车结构是汽车性能实现的载体，而汽车性能是结构定义的表现，是能适应各种使用条件，满足用户需求的能力。整车产品的各项性能指标是用户能够感知和判断产品优劣的重要参考。汽车性能集成开发是以用户需求为核心，多领域、多学科的有效叠加、融合、协调到某单一产品，运用并行工程开发的理念推进各性能的开发与管理，通过目标分解、整合，并充分协调各种矛盾之后，达到较高水平综合性能的产品目标，保证项目需求的各性能指标的达成。本文对商用车开发性能指标的定义、集成开发的流程、过程管理方法、验证追踪、性能集成矩阵构建等做出总结及研究建议，为商用车性能集成模式推出好的案例，致力于引导商用车新一代奔赴性能基因开发阶段。
关键词：商用车 性能开发 性能集成 整车架构 产品定义
0 前言
汽车性能集成开发是以用户需求为核心，多领域、多学科的有效叠加、融合、协调到某单一产品，运用并行工程开发的理念推进各性能的开发与管理，通过目标分解、整合，并充分协调各种矛盾之后，达到较高水平综合性能的产品目标，保证项目需求的各性能指标的达成。
商用车产品开发必须建立在适应市场竞争力需求的整体目标下立项，基于性能集成的开发目标支撑体系研究。为提高品牌辨识度、打造家族化、差异化、有技术亮点和竞争力的产品，建立平台架构开发下的重卡性能DNA；基于性能集成开发模式建立指标体系、开发流程以及设计规范，涉及的整车性能有NVH、动力经济性、耐久可靠性、整车安全、行驶性能、操作品质、智能交互、热管理及总布置功效等多领域、多指标的个性化设计与匹配工作。为实现重卡产品多个典型场景工况下，用户能清晰的感知到产品性能特征差异化，建立独自品牌的属性特征。
1 性能集成开发的方向及理论支撑
各车企及相关书籍对汽车性能的划分各不相同，划分标准及数量取决于企业的技术体系成熟度，商用车依据性能集成对整车影响打包建议划分为四类：TCO相关为性、耐久性、经济性、动力性、重量、总布置及功效性、维修保养、腐蚀老化；舒适性相关为NVH、驾驶室舒适型、人机交互、驾驶动力学、操稳平顺（平顺）、人机工程、热管理；安全性相关为管理、主动安全、被动安全、 操稳平顺（操纵稳定性）、整车EMC；环保及质量相关为材料环保、感知质量。
性能集成开发不仅是技术领域上的多学科多领域的集成开发，更是产品开发目标逐步细化逐步整合的过程，以用户需求为导向指引开发贯穿产品开发的整车、系统、零部件开发的整个过程。也是通过项目管理将多领域性能开发人员、产品设计人员、工艺人员、质量管理人员、销售人员等聚集起来，促进沟通与合作，避免产品开发中由于职能造成的空白地带。
通常整车开发项目中，性能开发包含性能目标的制定、分解、验证、达成分析及验收。汽车性能集成是一项系统工程，将客户需求转化为性能指标和功能配置，并运用到整车的开发与管理中，从整车级分解到系统级、子系统级和部件级；识别的功能配置分解到架构设计，通过开发测试开验证每个实体是否满足需求，并完成整车验证及认证测试。
基于模型的系统工程与多学科设计优化的结合，通过CAE仿真的软硬件平台，输出工程验证程序与技术规范：
1）此规范体系必须与产品的性能指标想关联；
2）同一性能在开发的不同阶段可以关联不同的CAE规范；
3）不同的性能指标可以关联同一个CAE规范；
4）非直接支撑产品性能的CAE相关文件，不纳入CAE规范范畴。
建立商用车性能集成开发管理文件体系是满足设计要求的重要方法，从能力建设、知识积累、项目应用的PDCA（Plan-Do-Check-Action，全面质量管理）良性循环，保障性能集成开发过程中的延续性、衔接性、覆盖性，贯穿于整个产品开发与持续迭代过程中：
1）建立商用车特性指标体系文件，精准转化客户可感知的需求；
2）建立集成过程中的技术规范文件，实现商用车设计能力与知识积累的标准化；
3）建立相关程序文件，定义管理过程中的各业务角色定义、职能职责、业务流程、信息与风险等标准化管理。
图1 性能开发过程的集成
商用车产品开发需要围绕客户需求进行细分场景定义，如何更精准的贴近客户，性能集成开发能兼顾项目的开发时间、成本、高质量的要求，采用并行工程的思想，提高工作效率。
性能集成可以整体把握风险，平衡主次，在工程前期解决主要矛盾；
性能集成可以优化项目开发过程计划管控，统筹验证方案与资源；
性能集成能推动研发机制跨部门合作，改善部门墙，无缝整合分散在各处的产品信息，凡事都到整车产品优劣上评价；
性能集成开发有助于技术体系的完善，更易于实现平台化、系列化、模块化的开发。
2 商用车性能集成开发方法
2.1 性能集成开发流程及管理办法
性能指标体系包括整车级性能指标（VDS）、系统级性能指标（SDS）两级管理，系统级性能指标（SDS）承接整车级性能指标（VDS），最终落实到核心零部件性能指标。
一级指标分类各项特性VDS指标按整车及强相关职能系统模块承接负责，由项目PAT特性经理定义VDS指标，分解设定SDS指标。
性能指标要素包括：指标名称、单位、数值、评价标准、责任人、达成状态。
其中数值包含：概念目标值，竞品测试值，基础车测试值，开发车型目标值，标准要求值、整车仿真验证值、系统仿真验证值、零部件仿真验证值、整车试验验证值、系统试验验证值、零部件试验验证值。
性能指标体系建设需要设定责任主体及负责人对现有指标体系进行评估，制定性能指标体系建设计划，性能指标责任主体及负责人从标准法规、项目需求、技术趋势等方面，征询性能指标体系修订意见，相关单位牵头组织性能开发体系建设工作组进行性能指标体系评审，负责性能指标体系审批发布。
性能指标体系动态管理，年度进行修订更新。（见图3、表1）
图3 性能开发工作流程
2.2 指标体系建立及分解方法
一级特性指标，建议分层次重点提升，核心竞争力特性设立专职技术人员负责，动力性，燃油经济性，重量、驾驶室舒适性，作为重点中重卡管控竞争力特性；可靠性、耐久性、维修保养、感知质量、人机交互、主动安全、驾驶动力学、操稳平顺性作为特性能力建设培育，增设特性经理，推动相关特性能力培育及团队能力建设；被动安全、环境适应性、上装适应性、材料环保、腐蚀老化、整车EMC等按基础法规特性研究管理，由强相关职能科室选派人员担任。增设特性管理工程师，支持特性管理工作，支持平台总工调度特性PAT完成特性指标设定、过程评估分析、验证验收工作。
从概念规划输入，进行整车VDS指标定义后，分为两条路径，进行性能开发工作：
1）将整车性能指标分解至系统及零部件SDS中，并将产品开发需求传递至供应商及本公司设计开发工程师，进行系统零部件开发、仿真、台架测试，同时将仿真、台架测试结果反馈至SDS指标中，验证指标达成情况。
2）根据VDS指标进行整车性能策划，整车虚拟仿真，整车测试验证，并将整车仿真、测试结果反馈至VDS指标中，验证指标达成情况。（见图4）
根据汽车性能集成流程，需制定从整车、系统、零部件的目标定义、分解、仿真分析、实物验证与评价业务活动的技术规范，同步覆盖产品结构、功能分析、材料选型、算法匹配等设计活动的技术规范；
2.3 性能指标定义及验收标准研究
整车性能指标定义从GS至G9，是以客户需求为设计导向，“性能定位分析-性能开发策略评估-VDS 定义-SDS分解”为开发主线，开展产品性能指标定义及评价工作， 其中SDS分解需要在G8最终完成， 因此G8阀点纳入指标定义过程，以形成完整的指标定义过程闭环。
2.3.1 性能定位分析
性能总工或集成经理依据产品规划输入、标杆性能优劣势分析报告及现有整车技术路线等，制定整车性能总体定位及整车性能开发总体目标（品牌 DNA 及关键特性指标）。
用LACU原理，对现有产品进行市场定位和新产品的竞争定位分析，为新产品的工程特性目标定义提供基础数据。（见图5）
2.3.2 性能目标转化
质量屋（QFD）是将客户需求转化为产品工程特性需求的工具。通过现有产品与竞品、开发产品的市场竞争力与技术竞争力的量化评估，并结合客户需求、关注度以及与产品特性的关系，识别出功性能需求优先级顺序; 图例为整车动力性、经济性， 成本、重量及可靠耐久性的 需求转换，识别出用户对产 品功能需求顺序为购车成本、 可靠耐久、动力性、与燃油 经济性等使用成本。（见图6）2.3.3 验收标准研究
过程检查活动是保障产品目标验收的基础保障，性能集成开发环节增设性能握手业务活动，推动平台架构、模块方案、CAE仿真、专项性能参数的交互集成，并参与数据发布前的检查确认。此流程从
（1）性能集成基于项目阀点计划下发特性分析计划，制定评估、汇报标准模板；PAT结合具体车型指标下发各特性SDS追踪表。
（2）模块基于设计方案评估SDS追踪表指标达成情况反馈PAT，PAT更新VDS追踪表指标达成分析并评估一级指标风险状态反馈性能集成。
（3）性能集成完成整车特性达成状态汇总并定期向产品工程例会通报特性状态及问题；
性能验收签发阶段：整车性能集成经理根据整车性能集成开发策划组织性能目标验证，并推动试验计划的制定及实施，结合试验报告组织评审目标的达成情况，推动专项性能经理进行问题整改。整车性能验证工作从
3 基于平台架构定义的性能开发
新一代产品创造中，产品平台是整个系列产品所采用的共同要素的集合，包含架构和共享模块两部分，平台架构搭建是技术概念设计的源头，是定义产品不同平台整车布置、重要模块集成的规则、标准和接口的基因设计；平台硬点参数设定是产品生命周期内伴随的基因属性，而平台硬点定义的平台性能是产品特性开发的性能基因。
商用车不同平台的技术路线构建的核心为：具有竞争力的平台性能指标；定义平台指标差异化，才能创造产品不同端次不同档次产品的定位区格；基于平台架构定义的平台特性开发特点：
（1）平台特性开发的完成时间要早于产品性能，这样架构的性能才能更好的体现在产品上（符合平台车型先开发的逻辑）。
（2）平台特性开发验证的内容更侧重于与架构相关的验证，这样架构硬点冻结了与架构相关的平台性能也就冻结了。
（3）平台特性开发要确保不同端次产品定位区格，需要不停的优化特性带宽（不同端次聚焦不同的性能）；产品性能开发更侧重于整车所有性能验证。
（4）平台特性开发验证车型，在架构开发初期就开展，没有相应的原型车（Prototype car），因此需要将架构相关的验证搭载在改制车或者骡子车 （Mule car）上进行验证；产品性能开发一般都在相应的原型 车和工装车上开展。
（5）平台特性开发目标，通过零部件、系统和整车试验验证，重点是要确保架构相关的性能达到目标，目的是为架构最终数据冻结提供参考和依据；产品性能开发重点是要确保整车产品的性能达到客户需求目标，目的是能够提供能适应各种使用条件、满足消费者使用需求及社会环境需求的整车产品排列组合。
（6）平台特性开发是代次产品的基因属性开发。
4 结束语
在当前行业发展背景情况下，预期未来5-10年，商用车性能领先将成为产品核心竞争力，最优性价比设定将成为各端次产品核心卖点的重要区格。国内中重卡行业多数仍然停留在以物理空间结构为主的开发模式，车辆作为运输工具，设定以承载能力为核心目标，优先保证车辆基础功能；随着物质文明的进步，消费者对汽车的需求以及核心购买竞争力指标显然已发生了转变，通过平台开发初期的消费者调研活动，识别了客户最重要的关注点已逐渐转移到车辆的内在性能。根据本人的研究与项目实践经验，在这一趋势提出以下建议，供相关技术人员参考：
（1）商用车性能集成经验尚在探索的道路中，积极建立适应企业组织的性能集成开发能力是目前诸多主机厂投入的核心研发能力。
（2）建立完善的性能集成开发流程与体系，孵化性能开发的团队能力建设与人才培养，输出行业设计的标准及规范，是中重卡核心竞争力提升的重要方向；此文提供的流程及模板可参考应用。
（3）商用车车企建立基因性能的开发理念，创建各车企独特的品牌特点，区格于日渐技术同质化的开发模式，逐步建立正向开发，引领国内自主品牌企业技术进步。
（4）全新一代中重卡开发是建立在先进的理念、开发流程体系、数字平台支撑 、平台架构定义、基因性能开发基础上。
参考文献：
[1]詹樟松.汽车性能集成开发[M].北京：机械工业出版社，2021.
[2]程源.基于汽车架构的性能开发与集成验证[J].汽车工业研究，2022（02）：59-61.
[3]卡车平台架构理论与实践[Z].北汽福田汽车股份有限公司内部讲义.
[4]A6新平台重卡项目性能集成开发报告[Z].北京福田戴姆勒汽车有限公司内部报告.
