整車(chē)DMU技術(shù)在車(chē)輛改裝中的研究與應(yīng)用

劉海霞，王飛，孟國(guó)平，李學(xué)兵（東風(fēng)商用車(chē)技術(shù)中心，武漢 430056）

整車(chē)DMU技術(shù)在車(chē)輛改裝中的研究與應(yīng)用

劉海霞，王飛，孟國(guó)平，李學(xué)兵
（東風(fēng)商用車(chē)技術(shù)中心，武漢 430056）

本文是將車(chē)輛改裝需求和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合在一起，重點(diǎn)介紹如何在一輛完整裝配零部件的虛擬數(shù)字化樣車(chē)上，使用DMU技術(shù)完成底盤(pán)和改裝一體化設(shè)計(jì)檢查。通過(guò)DMU技術(shù)的研究和應(yīng)用，建立車(chē)輛可改裝性的點(diǎn)檢方法、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和工作流程，保證底盤(pán)和上裝接口的設(shè)計(jì)兼容性。

改裝；DMU；商用車(chē)開(kāi)發(fā)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展，底盤(pán)改裝車(chē)輛需求日益多樣化，需要底盤(pán)和上裝的接口具有更好的設(shè)計(jì)兼容性。如何在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，需要產(chǎn)品開(kāi)發(fā)始終圍繞“以市場(chǎng)和客戶為中心”的開(kāi)發(fā)理念，一方面要滿足市場(chǎng)和客戶多樣化需求，另一方面盡可能降低產(chǎn)品成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

底盤(pán)和上裝的接口設(shè)計(jì)作為底盤(pán)總布置的重要組成部分，在整個(gè)車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中占有非常重要的位置，決定著商用車(chē)產(chǎn)品的最終市場(chǎng)目標(biāo)。與成熟應(yīng)用CAD的數(shù)字化底盤(pán)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相比，還存在以下需要解決的問(wèn)題：

1）面對(duì)多品種、小批量、個(gè)性化的設(shè)計(jì)要求，底盤(pán)通用性差，無(wú)法快速滿足市場(chǎng)要求；

2）目前改裝設(shè)計(jì)方法較為陳舊，根據(jù)測(cè)量試制實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)，沿用二維設(shè)計(jì)進(jìn)行上裝設(shè)計(jì)，常導(dǎo)致設(shè)計(jì)干涉質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)，制造周期延長(zhǎng)；

3）改裝廠和主機(jī)廠技術(shù)溝通較少，協(xié)同工作效率低。

DMU是數(shù)字樣機(jī)（Digital Mock-Up）的簡(jiǎn)稱。采用DMU技術(shù)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段以全新的設(shè)計(jì)模式和開(kāi)發(fā)體系對(duì)裝配完整的底盤(pán)3D數(shù)模，進(jìn)行車(chē)輛改裝改裝需求的分析和定義評(píng)審。通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化，給設(shè)計(jì)過(guò)程加入數(shù)字化的驗(yàn)證手段，可有效避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，降低研發(fā)和改裝成本，快速高質(zhì)量地設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出滿足客戶要求的商品，不斷提高企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力、快速反應(yīng)能力、競(jìng)爭(zhēng)能力，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)整車(chē)廠家和上裝企業(yè)間優(yōu)勢(shì)互動(dòng)和互利共贏。

下面以PTC公司CAD軟件Creo Parametric2.0和數(shù)據(jù)管理軟件Windchill組成的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)體系運(yùn)用為例，就DMU技術(shù)在車(chē)輛改裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要探討。

1 技術(shù)規(guī)劃

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中有效利用數(shù)字化三維模型的DMU技術(shù)提高產(chǎn)品改裝接口開(kāi)發(fā)決策能力和水平，加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，降低開(kāi)發(fā)和改裝成本。根據(jù)車(chē)輛改裝用途細(xì)分車(chē)輛改裝需求，建立虛擬樣車(chē)改裝評(píng)審工作方法和流程，豐富上裝三維數(shù)模、維修保養(yǎng)工具三維數(shù)模、整車(chē)三維數(shù)模數(shù)據(jù)庫(kù)，在主機(jī)廠和車(chē)輛改裝協(xié)同工作模式下實(shí)現(xiàn)車(chē)輛改裝一體化設(shè)計(jì)。

建立DMU評(píng)審工作流程和規(guī)范；

建立整車(chē)DMU電子設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)；

建立虛擬樣車(chē)改裝評(píng)審點(diǎn)檢表；

建立專(zhuān)用底盤(pán)改裝技術(shù)要求和規(guī)范。程，收集改裝需求，分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立上裝3D模型庫(kù)，完善改裝項(xiàng)點(diǎn)檢庫(kù)。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，增加改裝方案DMU評(píng)審環(huán)節(jié)，不斷修改設(shè)計(jì)，符合工程要求后發(fā)布二維圖紙，進(jìn)入產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)。最后，建立整車(chē)一體化開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用底盤(pán)改裝技術(shù)規(guī)范，規(guī)范委改上裝廠家接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛底盤(pán)和改裝接口的無(wú)縫對(duì)接，完成車(chē)輛改裝一體化開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化和流程化、體系化。

圖1所示為技術(shù)路線，梳理現(xiàn)有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流

2　建立DMU工作流程

在整車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程中，增加DMU工作流程和檢查手段來(lái)保證設(shè)計(jì)結(jié)果與產(chǎn)品定義的符合性，避免底盤(pán)在改裝過(guò)程中零部件干涉、整車(chē)后懸不符、整車(chē)長(zhǎng)度不符等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)底盤(pán)改裝整車(chē)一體化設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)開(kāi)發(fā)，保證上裝和底盤(pán)接口的設(shè)計(jì)兼容性和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

圖2為DMU工作流程，主要包括任務(wù)接收、電裝評(píng)審、一元管理表管控三部分。

3　建立設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)大量整車(chē)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范分析、試制現(xiàn)場(chǎng)和改裝廠改裝要求調(diào)研，在Windchill中建立了設(shè)計(jì)參考信息表和整車(chē)3D數(shù)模庫(kù)（包含底盤(pán)、上裝、裝配工具、加注工具）。數(shù)據(jù)庫(kù)覆蓋載貨車(chē)、牽引車(chē)、自卸車(chē)、水泥攪拌車(chē)、粉罐車(chē)、危化品等車(chē)輛改裝品種，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中的工作步驟，提高工作效率。

3.1數(shù)據(jù)測(cè)量及分析

1）輪胎半徑修正值。輪胎直徑直接影響整車(chē)高度和車(chē)箱副梁高度、下防護(hù)高度，為修正理論和實(shí)際值的差距，測(cè)量不同驅(qū)動(dòng)形式車(chē)型的輪胎數(shù)據(jù)，得出修正值。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)輪胎半徑數(shù)據(jù)，處理如下：

以6X4車(chē)型為例，輪胎半徑修正結(jié)果如表1。

2）車(chē)廂改裝接口梳理。圖3所示，車(chē)廂改裝接口包括了車(chē)廂與底盤(pán)的連接方式（角鐵和U型螺栓）、車(chē)廂擋泥板、側(cè)防護(hù)、后防護(hù)，在底盤(pán)接口設(shè)計(jì)中需預(yù)留這些接口占位空間，并核對(duì)底盤(pán)可利用長(zhǎng)度來(lái)匹配合適的廂長(zhǎng)。

3）改裝裝置梳理。根據(jù)車(chē)輛用途，改裝需要增加冷卻裝置、動(dòng)力輸出裝置、供給裝置、防護(hù)裝置。改裝可行性DMU檢查中，重點(diǎn)關(guān)注底盤(pán)兩側(cè)預(yù)留改裝空間，校核改裝部件與底盤(pán)部件干涉情況。

4）維修保養(yǎng)梳理。車(chē)輛在正常使用中，需進(jìn)行燃油及尿素加注、蓄電池蓋開(kāi)啟、潤(rùn)滑脂加注、駕駛室舉升等操作，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮避免這些操作影響國(guó)家法規(guī)規(guī)定的上裝部件布置，需在改裝DMU檢查中增加人機(jī)校核維修保養(yǎng)項(xiàng)目。

3.2建立三維模型庫(kù)

1）底盤(pán)3D數(shù)模庫(kù)。基于并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的裝配技術(shù)支持自頂向下的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)自頂向下的并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以分系統(tǒng)建立產(chǎn)品動(dòng)態(tài)電子樣車(chē)。依次將車(chē)架總成、發(fā)動(dòng)機(jī)總成及系統(tǒng)、離合器總成及操縱系統(tǒng)、變速箱總成及操縱系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、前后橋及系統(tǒng)等三維模型數(shù)據(jù)，按照整車(chē)坐標(biāo)系裝配定位，形成電子樣車(chē)，如圖4所示：

2）上裝3D模型庫(kù)。定義了掛車(chē)、廂式車(chē)廂、貨車(chē)車(chē)廂、工程車(chē)等四種通用上裝3D數(shù)模，根據(jù)不同廂長(zhǎng)自動(dòng)生成數(shù)據(jù)，如圖5所示：

表1　某6X4車(chē)型輪胎半徑修正結(jié)果

3）維保工具3D模型庫(kù)。定義了螺栓擰緊工具（風(fēng)槍、套筒、扳手）、力矩檢測(cè)扳手、燃油加注工具（柴油加注槍?zhuān)┤S模型，圖6所示為維保工具3D模型。

4　建立改裝DMU點(diǎn)檢項(xiàng)

改裝廠家對(duì)汽車(chē)底盤(pán)進(jìn)行改裝，一般涉及取力器、傳動(dòng)軸、制動(dòng)系統(tǒng)、電器裝置和其它附件的布置，底盤(pán)設(shè)計(jì)初期應(yīng)預(yù)留改裝空間，增加改裝接口，如副車(chē)架安裝、副油箱安裝、備胎移動(dòng)、工具箱移動(dòng)。

結(jié)合現(xiàn)有車(chē)型劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)車(chē)輛實(shí)際用途對(duì)車(chē)種進(jìn)行歸納劃分為四大類(lèi)。分別為牽引車(chē)、自卸車(chē)、載貨車(chē)、專(zhuān)用車(chē)。根據(jù)產(chǎn)品定義一級(jí)接口（A級(jí)）關(guān)鍵參數(shù)、國(guó)家汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、改裝需求等資料，建立改裝DMU檢查項(xiàng)目點(diǎn)檢表。依據(jù)點(diǎn)檢表通過(guò)虛擬裝配，協(xié)調(diào)各零件之間的間隙，排除各種不合理的設(shè)計(jì)和干涉，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析和參數(shù)測(cè)量。

5　車(chē)輛改裝性檢查

采用圖7所示Creo Parametric2.0的干涉檢查與分析工具、高級(jí)的斷面分析工具、測(cè)量工具、距離分析工具和三維幾何對(duì)比工具等進(jìn)行虛擬樣車(chē)可改裝性分析。

以載貨車(chē)為例，說(shuō)明DMU技術(shù)在車(chē)輛改裝設(shè)計(jì)中的實(shí)施效果。

底盤(pán)與上裝最小間隙檢查。依據(jù)整車(chē)后懸定義值，定位上裝模型，檢查底盤(pán)和上裝模型的靜、動(dòng)態(tài)下的空間零部件干涉情況。圖8所示，模擬了車(chē)輛行駛中駕駛室后傾極限工況下，引氣管與車(chē)廂前板發(fā)生干涉。

防護(hù)裝置改裝空間檢查。在滿足車(chē)輛外寬不大于2500mm條件下，除了備胎、油箱、貯氣筒等部件，預(yù)留防護(hù)欄安裝空間。圖9所示，底盤(pán)右側(cè)尿素罐處側(cè)車(chē)廂防護(hù)安裝空間檢查。

法規(guī)安全項(xiàng)檢查。圖10所示，依據(jù)法規(guī)要求校核底盤(pán)的側(cè)面防護(hù)裝置和下部防護(hù)裝置的安裝尺寸符合情況。

車(chē)輛操作人機(jī)檢查。通過(guò)人機(jī)工程，檢查駕駛室翻轉(zhuǎn)、燃油加注、尿素加注、蓄電池蓋開(kāi)啟等工具操作空間。圖11所示，模擬了燃油加注時(shí)的油槍操作空間檢查。

評(píng)估改裝總成互換性。通過(guò)建立關(guān)聯(lián)性的設(shè)計(jì)模板進(jìn)行管理和重用，提高設(shè)計(jì)效率。例如懸架板簧的加減、增加防護(hù)欄防護(hù)板擋泥板、輪胎換裝、安裝輔助制動(dòng)、大小油箱的互換性增減，可隨時(shí)準(zhǔn)確快速得驗(yàn)證總成換裝的可行性，指導(dǎo)底盤(pán)改裝。圖12所示，評(píng)估了大油箱更換為小油箱并進(jìn)行位置后移的可改裝性。

6　建立改裝技術(shù)規(guī)范

為避免各委改廠隨意改裝導(dǎo)致底盤(pán)損壞，以及制造的上裝產(chǎn)品差異較大引起的質(zhì)量問(wèn)題，根據(jù)DMU在底盤(pán)上裝接口的研究成果，應(yīng)用在改裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，增加了改裝接口約束，對(duì)改裝廠的上裝進(jìn)行統(tǒng)一管控。

7　結(jié)論

本文是將市場(chǎng)用途需求和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合在一起，在一輛完整裝配零部件的虛擬數(shù)字化樣車(chē)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了車(chē)輛的改裝性的檢查，達(dá)成底盤(pán)及改裝一體化的正向整車(chē)開(kāi)發(fā)流程。

通過(guò)DMU技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段整車(chē)文件發(fā)布前完成改裝需求的分析和定義評(píng)審，避免了大量上裝與底盤(pán)干涉問(wèn)題，減少了拆裝底盤(pán)、車(chē)架改制、管線束管制、替換底盤(pán)部件的人工成本和新增件采購(gòu)成本,提高了底盤(pán)改裝方便性。該技術(shù)在載貨、工程、專(zhuān)用、牽引等底盤(pán)改裝接口設(shè)計(jì)中的實(shí)施，可有效降低樣車(chē)裝配周期及改裝風(fēng)險(xiǎn)，符合國(guó)家法規(guī)，減少研發(fā)費(fèi)用，縮短開(kāi)發(fā)周期，快速達(dá)成市場(chǎng)質(zhì)量目標(biāo)。

［1］王霄鋒.汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社, 2010.

［2］卞學(xué)良.專(zhuān)用汽車(chē)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

［3］林清安.Pro/Engineer零件裝配與設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社, 2010.

［4］王新宇.DMU在整車(chē)開(kāi)發(fā)中的解決方案［J］.汽車(chē)制造業(yè), 2009, 9, 50-68.

［5］杜子學(xué).汽車(chē)人機(jī)工程學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.

專(zhuān)家推薦

何力：

電子裝配（DMU）在汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的作用越來(lái)越重要，應(yīng)用DMU技術(shù)提高改裝車(chē)的質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)周期必將成為開(kāi)發(fā)流程中的重要環(huán)節(jié)。本文介紹了DMU技術(shù)在改裝車(chē)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的思路、方法、流程、工作范圍及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能給相關(guān)工程技術(shù)人員提供很好的借鑒。

The Research and Application of Full-Vehicle DMU Technology in vehicle modification

LIU Hai-xia, WANG Fei, MENG Guo-ping, LI Xue-bing
（ DongFeng Commercial Vehicle Techinical Center, Wuhan 430056, China ）

The refit requirements and design as well as development of vehicle are closely combined in this article. It importantly introduces how to use DMU technology to complete the integrated design inspection of chassis and modification in the virtual digitized samples wholly assembled by auto parts. Based on the research and application of DMU technology, point check, evaluation criteria, database design and workflow of a vehicle can be established. By using DMU technology, the compatibility between chassis design and upload interface can be ensured.

Refit； DMU； Commercial Vehicle Development

U462.2+2

A

1005-2550（2016）03-0031-05