某輕型貨車年代款的設計研究

陳 默 王 心華 張 鵬 李 名 樹

（沈陽金杯車輛制造有限公司）

汽車年代款的開發，在國外由于市場的需要已有成熟的發展歷史；國內對于年代款開發的論述與研究較少。年代款車型的開發，不僅使得開發成本大大降低，同時也縮短開發周期，提高產品的經濟效益，最重要的是延長產品的品牌生命力。本文結合某輕型貨車年代款的實際開發經驗，論述了其設計研究的主要步聚和關注要點。

1 方案策劃階段

如何最大限度的延長一個產品基礎平臺生命力，既要解決過去產品中的不足，又要跟上市場潮流，是開發人員面臨的課題。在某輕型貨車成熟車型基礎上的年代款產品設計研究就是要實現這一目標。年代款產品的推出需要較大的資金投入,更重要的是時間上的風險，如調查與論證不全面，輕則會造成產品先天不足，投產后問題成堆；重則造成不符合消費者需求，新產品沒有好的銷量。因此，系統的調研、收集、整理和分析可以為新車型研發項目計劃決策者提供科學合理的參考與建議。在完成可行性分析后，就可以對新車型的設計目標進行初步設定，設定的內容包括車輛型式、動力參數、底盤、車身形式及強度要求等。

將初步設定的要求發放給相應設計部門，確認各個總成部件要求的可行性以后，確認項目設計目標，編制最初版本的產品技術描述說明書，將新車型的一些重要參數和使用性能確定下來。在方案策劃階段還要確定新車型是否開發相應的變形車，確定變形車的形式以及種類。項目策劃階段的最終成果是一份符合市場要求、開發可行性能夠保證得到研發各個部門確認的新車型設計目標大綱。

2 概念設計階段

概念設計階段要制定詳細的研發計劃，確定各個設計階段的時間節點；評估研發工作量，合理分配工作任務；進行成本預算，及時控制開發成本；制作零部件清單表格，以便進行后續開發工作。概念設計階段的任務主要包括方案討論和造型討論兩部分。

2.1 方案討論

針對當前款輕型貨車駕駛室存在的不足和市場對新款車的需要提出問題；在滿足市場需要的同時解決生產的一些設計及質量問題。針對材料利用率不高、轉角板返銹、格柵裝配美化工藝等問題進行技術攻關。

2.1.1 整體式前圍板材料利用率不高

針對現款車產品的整體式前圍板尤其是大燈支架部分材料利用率不高問題，將前圍板由原來的大燈、前圍板一體化設計，更改為獨立大燈支架總成與前圍組合結構，材料利用率將由58%提高到65.2%；改進的優點是前圍主體鈑金部分尺寸比改進前減少1/3，材料利用率提高，減少了模具投入，既降低了成本又提高了開發速度。圖1所示為前圍板改進前和改進后對比。

2.1.2 解決轉角板返銹問題

由現有的金屬沖壓轉角板改為注塑轉角板，并針對大面積薄壁塑料裝飾件出現表面“縮痕”現象，對內部加強筋進行了高度與厚度比都較小的設計調整。改進的優點是提高產品韌性和機械性能，同時也提高了耐熱、耐油性能和耐化學穩定性，且尺寸穩定、表面質量好、減輕自身質量。改進后的產品單件質量大幅減輕，由原來金屬沖壓件產品質量0.99 kg/件減輕至改進后的注塑件產品0.4 kg/件。圖2所示為轉角板改進前和改進后數模對比。

2.1.3 格柵工藝性美化

改進前格柵安裝點從正前方可見，螺釘外露；改進后格柵安裝螺釘為隱藏式裝配，整體外觀更好。格柵卡扣結構的改進使安裝更加牢固，同時降低成本；格柵進氣正面積是換代前格柵的1.5倍左右，加強了散熱效果，對布置大功率發動機更有利。圖3所示為格柵改進前和改進后對比。

2.1.4 現款車大燈造型及功能改進

對現款車大燈造型及功能性進行改進，改進后使大燈布置空間更加合理，方便維修及提高可靠性。將前照燈與轉向燈改為組合式，轉向燈改進為LED燈，改進前和改進后對比如圖4所示。

轉向燈照明由白熾燈改為LED燈的優點為：LED燈響應時間快，而白熾燈比LED燈有約0.3 s的延遲；LED燈發光純度高，不需要燈罩濾光，光波誤差在20 nm以內，抗振性強；LED燈發光熱量小，對燈具材料的耐熱性要求不高；LED燈的光束集中易于控制，不需要傳統的反光器聚光，減少燈具成本；LED燈耗電量低，達到與傳統燈泡同等發光亮度時耗電量僅為玻璃殼燈泡的6%，省電節油；LED燈具有超長的使用壽命，正常使用壽命在6年以上；車輛控制電路不易老化。

2.1.5 車門防水性加強

改進前車門為插接式車門,存在剛度不足、密封不嚴等問題，由于量產時間較長，模具已經嚴重老化，造成制件產品質量下降。圖5所示為車門改進前和改進后對比。

車門部件著重從整體剛性、車身密封性、部件及相關附件可靠性做改進開發。數模設計階段做好玻璃升降的運動分析、車門CAE強度分析；模具開發前進行快速成型件的實車裝配驗證；問題解決在工裝樣件產生之前；模型開發中進行過程控制，最終達到工裝樣件一次裝車成功。

新車門較老車門性能優勢為：鉸鏈結構簡單，有自動回位效果，故障率低；玻璃升降器操作省力；密封性能好；鈑金結構合理、強度高、裝配方便；大扶手設計可以使車門關閉更方便，經人機工程校核，關門后車門大扶手可以作為胳膊的支撐，且增加了納物空間。

2.1.6 儀表板裝配工藝性提升

改進前儀表板剛性不足，儀表罩安裝工藝復雜，生產節拍長，間隙不勻;改進后儀表板為整體本體和獨立管梁結構。改進后優點：提高了表臺強度，降低了噪聲、弱化了表臺側面與門里板的間隙；前除霜采用分體式結構,解決前風擋出風口外觀形狀不佳的問題;前除霜管道采用振動摩擦焊與表臺本體連接，提高了暖風管道的密封性，使氣流出風量達標。

通過邊界的白車身數據采集，使全新設計的儀表板與原車匹配，保證產品切換的平穩過渡。

2.1.7 其他部件的改進

整體邊板上梁、邊板下梁采取整體輥壓封閉型結構，底板采取“U”型橫梁，邊板采取弧形輥壓結構，即提高整體美觀程度，又增加了邊板的整體剛度及貨箱的承載力，而且提高了貨箱的使用壽命。

2.2 造型討論

概念設計效果圖如圖6所示。

經分析，認為圖6中方案1適合公司目前產品系列的風格，工藝性好，因此將其做為最終選定方案。

總體布置草圖設計完成后，就可以在確定的基本尺寸基礎上進行造型設計。汽車造型設計師根據要設計的車型，首先收集同類車型的圖片資料，對同類車型進行造型上的比較，根據這些車型在市場上的受歡迎程度，總結出目前流行的設計趨勢及時尚元素作為設計的主題或關鍵詞，然后在做出的多種設計方案中選出一種做為最終設計方案草圖。

當草圖繪制到了一定階段后，從設計草圖中選出幾個相對較好的以進行深入設計，即繪制被選中草圖的精細設計效果圖。此過程主要用繪圖軟件實現，主要的繪圖軟件有Photoshop、Painter以及Alias Skethbookd等。繪制精細效果圖的目的是為了讓油泥模型師或者數字模型師 （其使用3D軟件將設計師的設計由效果圖變為3維數據模型，這種模型能夠直接將數據輸入5軸銑削機，銑削出油泥模型）看到更加清晰的設計表現效果，以保證模型能更好的與設計師的設計意圖一致。

目前油泥模型的制作由2種技術手段完成，一種是油泥模型師完全人工雕刻模型；另一種是由數字模型師根據設計效果圖在A lias等軟件里先建造出3維數字模型，然后由銑削機銑削出油泥模型，最后經油泥模型師進行細節調整。在油泥制作過程中設計師必須全程跟蹤指導，以確保油泥模型能夠符合設計意圖。本文采取的是由油泥模型師直接人工雕刻完成，其油泥模型如圖7所示。

在完成油泥模型制作之后對模型進行評審，評審將綜合考慮各種可能影響到生產的因素，其中包括美學、工藝、結構等，但主要還是對模型外觀美學的評判，通過評審挑選出最終定型模型。

油泥模型制作完畢后，為了更直觀的觀察模型通常進行貼膜處理，以便檢查表面質量和產生逼真的實車效果。這時要進行全尺寸模型的評審，從中選出最終的設計方案，并對其提出一些修改意見。油泥模型師根據修改意見調整油泥模型，修改完畢后再次進行評審，并最終確定造型方案，凍結油泥模型。

3 工程設計階段

工程設計階段的主要任務是完成改款部分各個總成及零部件的設計，協調總成與原型車總成之間出現的各種矛盾，保證改款后整車性能滿足目標大綱要求。工程設計是一個新款改型車進行細化設計的過程，各個總成分發到相關部門分別進行設計開發，各部門按照開發計劃規定的時間節點分批提交零部件的設計方案。

3.1 設計硬點確定

在數據設計之前對原型車進行邊界硬點數據采集，精確定位相關部件的尺寸和位置，為各總成和部件分配準確的布置空間，確定各個部件的詳細結構形式、特征參數、質量要求等條件。主要的工作包括翻轉機構的檢查布置、大燈的空間布置、儀表板的空間布置、保險杠及進氣格柵的布置等。

3.2 車身造型及結構數據生成

車身造型部門在油泥模型完成后，使用專門的3維測量儀器對油泥模型進行測量，測量的數據包括外形和內飾兩部分。測量生成的數據稱為點云，工程師根據點云使用汽車A面制作軟件（Alias、IceM-surface、Catia等）來構建該輕型貨車的外形和內飾模型。數模構造通常用UG或Catia等軟件構建，在車身造型數據完成后，用該數據重新銑削一個模型，用以驗證車身數據是否有誤。該模型通常使用代木或者高密度塑料來進行加工，以便日后保存。結構邊界數據點云如圖8所示。

3.3 快速成型件的驗證及工裝樣件的制造

在生成改進部分數據及快速成型件驗證后，進行工裝樣件制作過程。改進后車身前臉數模如圖9所示。

現代的工裝件模具生產已經與傳統加工大相徑庭。CAM使得加工精度和效率大幅度提升；模具的成形設計過程中，CAE使沖壓拉延件能夠預先評估，在分析中及時修正設計數據，從而降低拉延過程中制作件的拉裂等缺陷；流塑分析使注塑加工工藝性得到改善，減少模具后期的調整，注塑件基本上實現了一次性裝配成功。

4 樣車試驗階段和量產階段

4.1 樣車試驗階段

樣車的試驗包括性能試驗和可靠性試驗。性能試驗的目的是驗證設計階段各個總成以及零部件經過裝配后能否達到設計要求，以及時發現問題并修改完善設計方案；可靠性試驗的目的是驗證汽車的強度以及耐久性。樣車試驗根據國家制定的有關標準逐項進行。根據試制、試驗的結果進行分析總結，對出現的各種問題進行改進設計，再進行第2輪試制和試驗，直至產品定型。

對本改進輕型貨車樣車進行試驗后，發現其存在保險杠結構強度不足易出現抖動、大燈密封不嚴等問題，通過采用保險杠內部做加強筋、大燈安裝孔位及密封條配合調整等措施，最終產品達到批量生產的要求。

4.2 量產階段

a. 在項目設計開始后，一般會在第1版數模完成前后開始對各零部件總成進行招標，尋找開發商對各零部件總成進行前期開發研究和準備工作，在確認所有設計都完成后就會通知各供應商對各零部件總成進行快速成型或模具樣件試制。

b.在設計更改完成后跟蹤供應商的開發情況，此過程包括技術上的支持、依據開發商反饋結果更改設計方案等。

c.根據整車供應商的開發情況和整體進度，再根據計劃進行第1次樣車的試制 （一般5～10臺），這些樣車主要用來驗證車身模具、車身焊接夾具、各系統的相互裝配關系及相關零部件的性能等。同時，從該批車中抽出3臺狀態較好的樣車用于進行國家公告和4×104km整車性能試驗。

d.根據第1次試制結果，反饋問題更改和完善車身模具、焊接夾具及相關零部件性能等。

e.再經歷第2次試制、第3次試制、第1次小批量試制、第2次小批量試制、第3次小批量試制，經過以上反復完善的過程后，直到問題都解決后此款車才達到上市要求。

1 何人可.工業設計史.北京：北京理工大學出版社，2000.

2 王受之.世界現代設計史.北京：中國青年出版社，2002.

3 萬軍，等.逆向工程中數據點云精簡方法研究.西安交通大學學報，2004.

4 任承峰.外覆蓋件A級曲面變形的研究.汽車制造業.

5 戴靜.逆向工程數據處理關鍵技術研究：[學位論文].南京:南京理工大學，2003.

6 王秀峰.快速原型制造技術.北京:中國輕工業出版社，2001.