正向開發(fā)過程中總布置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)淺析

尚偉，金賢鎮(zhèn)，陳鴻運(yùn)

正向開發(fā)過程中總布置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)淺析

尚偉，金賢鎮(zhèn)，陳鴻運(yùn)

（北京現(xiàn)代汽車有限公司，北京 101300）

整車總布置在車輛開發(fā)過程中是一個(gè)非常重要的階段，直接影響著車身結(jié)構(gòu)、乘員艙、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等的布置和尺寸控制。文章簡(jiǎn)單介紹了總布置的一般步驟和過程，明確了總布置的主要原則。結(jié)合平臺(tái)布置要求，成功的優(yōu)化了某純電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的布置。然后圍繞滿足人機(jī)工程布置設(shè)計(jì)為主線，從人機(jī)工程設(shè)計(jì)的步驟出發(fā)，以某改款車為例，通過競(jìng)爭(zhēng)車的對(duì)標(biāo)分析，討論了乘坐舒適性、操縱性、駕駛員視野、上下車便利性之間的關(guān)系，得出了總布置優(yōu)化方案。

總布置；人機(jī)工程；優(yōu)化

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-60-04

前言

汽車性能的優(yōu)劣不僅取決于組成汽車的各部件的性能，而且在很大程度上取決于各部件的協(xié)調(diào)和配合，取決于總體布置；總體設(shè)計(jì)水平的高低對(duì)汽車的設(shè)計(jì)質(zhì)量、使用性能和產(chǎn)品的生命力起決定性的影響。

1 總布置概況

汽車總布置，可以用布置和人機(jī)界面的來(lái)定義，“布置”概念性的定義了汽車內(nèi)外部的幾何尺寸和所有大型零部件的位置，“人機(jī)界面”則是設(shè)計(jì)工作場(chǎng)所時(shí)使人與工作環(huán)境協(xié)調(diào)的一門科學(xué)，所以總布置開發(fā)的作用就是要保證幾何協(xié)調(diào)(位置空間、造型比例)，功能有序(制造性、維護(hù)性)和性能平衡。

總布置作為汽車設(shè)計(jì)的主線，在汽車的開發(fā)過程中扮演著總設(shè)計(jì)師的角色，是新車型開發(fā)的第一道工序，而新車型總體方案的確定是總布置設(shè)計(jì)的第一步。首先通過充分準(zhǔn)備和綜合分析，選擇一個(gè)合理的整車方案，并經(jīng)過一定的程序?qū)⑵涠ㄏ聛?lái)。方案確定后，進(jìn)行準(zhǔn)確布置和計(jì)算，并為各總成下一步開展的工作打好基礎(chǔ)、準(zhǔn)備條件、提出要求并與各專業(yè)組協(xié)同完成全部的設(shè)計(jì)，共同實(shí)現(xiàn)整車的總目標(biāo)?？偛贾迷O(shè)計(jì)在整車開發(fā)過程中，占有非常重要的位置，必須認(rèn)真做好這項(xiàng)工作。

2 總布置一般步驟和任務(wù)

汽車設(shè)計(jì)尤其是新車型的設(shè)計(jì)，是根據(jù)社會(huì)對(duì)該車型的使用要求而提出的整車參數(shù)與性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算的。需要從整車的總體設(shè)計(jì)開始，然后通過總體設(shè)計(jì)的分析與計(jì)算，將整車參數(shù)和性能指標(biāo)分解為有關(guān)總成的參數(shù)和功能后，再進(jìn)行總成和部件設(shè)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行局部設(shè)計(jì)與研究。

2.1 產(chǎn)品規(guī)劃

其任務(wù)是選定設(shè)計(jì)目標(biāo)，并制定設(shè)計(jì)工作方針及設(shè)計(jì)原則。主要包含：競(jìng)爭(zhēng)車型對(duì)比分析研究、整車參數(shù)性能目標(biāo)定義、根據(jù)所確定的尺寸和性能參數(shù)繪制總布置草圖。

圖1 整車姿態(tài)

2.2 造型階段

造型部門依據(jù)總布置輸出的造型硬點(diǎn)（長(zhǎng)、寬、高、軸距、輪距、前后懸、前后視野、前后擋傾角、通過性要求、內(nèi)部空間等）進(jìn)行造型概念草圖設(shè)計(jì)、效果圖設(shè)計(jì)、并經(jīng)過總布置工程師及其它相關(guān)部門反復(fù)討論與分析，以及領(lǐng)導(dǎo)決策，形成最終造型面數(shù)據(jù)。

圖2 總布置輸出物

2.3 可行性分析階段

這里包含典型斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)、主體方案性能分析與優(yōu)化、工藝可行性分析以及法規(guī)可行性研究。對(duì)各部件進(jìn)行合理布置和運(yùn)動(dòng)校核，整合汽車各系統(tǒng)、零部件，對(duì)整車性能進(jìn)行控制，保證汽車主要性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)以及空間集成和功能性。

2.4 詳細(xì)工程設(shè)計(jì)階段

根據(jù)工程可行性分析，進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同步進(jìn)行虛擬分析、虛擬試驗(yàn)和虛擬制造同步工程分析，優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，滿足整車性能目標(biāo)、國(guó)家法規(guī)和相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)調(diào)好整車與總成之間的匹配關(guān)系，優(yōu)化結(jié)構(gòu)空間滿足功能需求，配合總成完成布置設(shè)計(jì)，使整車的性能、可靠性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段

這一階段包含了樣車制造、試驗(yàn)驗(yàn)證及小批量生產(chǎn)，如若發(fā)現(xiàn)問題則可及時(shí)反饋，并進(jìn)行修改優(yōu)化。整車造型控制及技術(shù)支持，同時(shí)需要協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沖突。

3 機(jī)艙總布置設(shè)計(jì)要求

按照區(qū)域布置分解來(lái)看，總布置可以分為發(fā)動(dòng)機(jī)艙布置、下車體布置、乘員艙布置、行李箱布置四類。按照開展工作的步驟，首先需要確定整車主要參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行底盤和機(jī)艙的布置，位置關(guān)系確定后校核駕駛室內(nèi)人機(jī)工程，最后進(jìn)行整車的受力分析和計(jì)算。

3.1 機(jī)艙總布置的重要性

作為整車設(shè)計(jì)的重要組成部分，機(jī)艙設(shè)計(jì)的重要性毋庸置疑。機(jī)艙布置的合理性不僅關(guān)系到動(dòng)力總成及附件是否能夠放進(jìn)去，同時(shí)還關(guān)系到整車性能的諸多方面，比如：整車的振動(dòng)噪聲、可靠性、行人保護(hù)、碰撞安全、行車安全、整車重量、整車軸荷分配、整車的工效性、美觀性、電器元器件的使用壽命等。因此合理的機(jī)艙布置對(duì)于整車來(lái)說(shuō)是非常重要也是必需的。

3.2 某款電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)艙的總布置優(yōu)化

X純電動(dòng)車由于在前期布置階段欠缺考慮，考慮到總布置需要遵循的原則，對(duì)其機(jī)艙布置進(jìn)行優(yōu)化。

3.2.1 機(jī)艙和管線的布置原則

主要以地板的變動(dòng)最小為目標(biāo)，盡量保證離地間隙的要求，需遵循如下原則：

1）布局美觀，保證機(jī)艙平整性，按照零部件的重要程度優(yōu)先布置；

2）管線盡量布置在隱藏的空間，直接裸露部分盡量遵守橫平豎直的原則；

3）滿足工藝裝配性、液體加注和下線調(diào)整及檢測(cè)方便性要求；

4）管線應(yīng)與固定件、運(yùn)動(dòng)件保證適當(dāng)間隙；

5）滿足基礎(chǔ)保養(yǎng)和常規(guī)維修要求。

3.2.2 關(guān)鍵改善部件的布置方案

圖3 X純電動(dòng)車總布置優(yōu)化示意圖

通過變更VCU/DC-DC/高壓控制盒等專用部件的式樣及安裝位置，規(guī)范管線走向（例如線束在電機(jī)側(cè)面相連變?yōu)榫€束在電機(jī)后部相連），調(diào)整快充接口以及真空泵的位置，增加集成支架等，避免了快充口與空調(diào)管干涉以及線束凌亂等問題，提升裝配工藝性，機(jī)艙布局整齊美觀化。

4 人機(jī)工程布置設(shè)計(jì)

人機(jī)工程是從人的生理和心理特點(diǎn)出發(fā)，研究人、機(jī)、環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，以達(dá)到優(yōu)化目的。車輛人機(jī)布置以改善駕駛員的勞動(dòng)條件和車內(nèi)乘員的舒適性為核心，以人的安全、舒適、高效、健康為目標(biāo)，使整個(gè)系統(tǒng)總體性能達(dá)到最優(yōu)。

4.1 人機(jī)工程設(shè)計(jì)的步驟

（a）確定H點(diǎn)：選定設(shè)計(jì)用的百分位人體，根據(jù)加速踏板、地板及方向盤的位置選擇合適的人體坐姿以初步確定H點(diǎn)。根據(jù)車身空間通過對(duì)選定人機(jī)的布置及相關(guān)校核初步確定后排的H點(diǎn)及坐姿。

（b）視野校核：根據(jù)H點(diǎn)及人體坐姿確定眼橢圓的尺寸位置及相關(guān)人機(jī)工程硬點(diǎn)，然后進(jìn)行前方視野、后視野、風(fēng)擋玻璃刮刷面積、遮陽(yáng)板、內(nèi)外后視鏡、儀表板視野等。

（c）操作舒適性校核：就是所有可操作部件都能被駕駛員方便舒適的操作，包括腳踏板校核、手伸及面校核、換擋、手剎、門內(nèi)板操作鍵及發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李箱蓋。

（d）汽車的安全性分析：主要包括車內(nèi)外凸出物校核、汽車安全帶布置校核、汽車安全氣囊的布置及上下車的方便性校核等。

4.2 某改款車開發(fā)時(shí)代表性布置及校核

總布置是實(shí)現(xiàn)各種屬性需求的最優(yōu)方案解決者，本章將結(jié)合某改型車開發(fā)時(shí)的時(shí)人機(jī)總布置實(shí)例，淺析人機(jī)總布置在整車開發(fā)中的一些應(yīng)用。

4.2.1 駕駛姿態(tài)布置

駕駛姿態(tài)需要滿足人體各關(guān)節(jié)舒適度的要求，應(yīng)考慮的因素為：R點(diǎn)、H點(diǎn)、座椅滑軌行程、方向盤、踏板、換擋操作桿等。

圖4 競(jìng)爭(zhēng)車A后排腿部空間和膝部空間示意圖

將95%的假人放置競(jìng)爭(zhēng)車A的前排，50%的假人放置在后排。經(jīng)測(cè)量，競(jìng)爭(zhēng)車A的后排空間不足，假人與前排座椅的間距為-24mm。除了對(duì)于人體尺寸的要求外，儀表板至假人膝蓋中心點(diǎn)之間的最小距離還必須滿足碰撞的需求，最好控制在80mm以上。為了增強(qiáng)了駕駛員的舒適性，結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)車的對(duì)標(biāo)分析數(shù)據(jù)，最終設(shè)定了優(yōu)化尺寸。

4.2.2 操作件布置

操作件的布置需滿足要求：可視性、可伸及性、常用操作裝置要便于操作、同一系統(tǒng)的操縱裝置應(yīng)該布置在一起、不論白天還是黑夜，對(duì)所有指定的駕駛者來(lái)說(shuō)，操縱裝置都是可見的。

通過實(shí)車以及數(shù)模對(duì)比，競(jìng)爭(zhēng)車B的手剎和杯托都存在問題。由于杯托高度不足，將500ml的礦泉水放置在杯托位置時(shí)很難取出，且換擋手柄與中央面板間隙不足，水杯取出時(shí)會(huì)與換擋手柄發(fā)生干涉。其次是手剎拉至最高位置時(shí)與中央扶手存在干涉，如下圖5所示。

圖5 競(jìng)爭(zhēng)車B操作件的干涉問題

4.2.3 進(jìn)出性

乘員上下車方便性的直接影響因素為車門的開口形狀和位置，需要控制的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)為：門框尺寸、R點(diǎn)離地高度、地毯與門檻高度、大腿與門飾板的間距等。下圖6為衡量進(jìn)出性的重要尺寸：

圖6 影響進(jìn)出性的參數(shù)

由于改款車開發(fā)時(shí)保持原地板不變，因此門飾板與腿部間距是進(jìn)出性的重要考核因素。F/L進(jìn)行時(shí)，門飾板重新造型，地圖袋的大小和位置均發(fā)生變化，通過對(duì)競(jìng)爭(zhēng)車A和B進(jìn)行測(cè)量，再反復(fù)檢討新造型的方案，以車內(nèi)乘員的舒適性和便利性為核心，最終確定了門飾板方案。通過檢討競(jìng)爭(zhēng)車A和B的門飾板最外側(cè)與座椅的間隙，為了提升競(jìng)爭(zhēng)力，滿足人機(jī)要求，將間距要求進(jìn)行了嚴(yán)格控制。

圖7 影響進(jìn)出性的各尺寸說(shuō)明

除了車門飾板的影響外，A柱、頂棚、門檻高度都是影響進(jìn)出性的重要因素，所以需要在前期開發(fā)階段，圍繞上述重要因素，研討其進(jìn)出性。如下圖7所示，A柱在橫向和縱向的尺寸都與進(jìn)出性有關(guān)，一般橫向尺寸控制在300mm左右，R點(diǎn)與頂棚的縱向距離一般在780mm，門檻與地毯的間距一般為110mm，并且要控制好門檻外邊緣至H點(diǎn)的橫向距離，如果橫向距離過大，上下車時(shí)，會(huì)導(dǎo)致門檻和小腿部位干涉。

除此之外，人機(jī)總布置還應(yīng)該考慮按鍵、旋鈕等部件的操作，首先滿足凸出量的要求，一般不大于9.2mm，凹進(jìn)去的旋鈕一般與周邊空間的尺寸保持在15mm以上(例如點(diǎn)煙器)。行李箱也是布置時(shí)的一個(gè)重要方面，尤其是開口方向和寬度，我們?cè)谠O(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)提出了寬度大于500的要求。但是由于目前項(xiàng)目中，改款車的變更范圍較小，所以沒涉及到，但是如果需要進(jìn)行全新車型的開發(fā)，我們就應(yīng)該利用正向總布置的方法，提前把目標(biāo)值提供給造型部門。

5 總結(jié)

本文并沒有系統(tǒng)性的把總布置開發(fā)流程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，而是結(jié)合自己參與的兩個(gè)項(xiàng)目，將發(fā)動(dòng)機(jī)艙以及人機(jī)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析說(shuō)明，旨在明確汽車總布置在整車開發(fā)中所起到的重要作用。總布置可能是昂貴的，所以必須提早考慮，在設(shè)計(jì)的最初階段，整車尺寸校核、人機(jī)工程分析以及DMU等軟件的使用都為總布置設(shè)計(jì)提供了必要的支持。而總布置的工作又是一個(gè)系統(tǒng)工程，前期需要協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、造型等相關(guān)部門的關(guān)系。如何確保在整車性能的基礎(chǔ)上，整合各個(gè)部門的建議使得方案最佳化，都是總布置工程師需要解決的問題。

[1] 唐新蓬.汽車總體設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社,2010.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社出版,2011.

[3] 趙繼峰.整車總布置設(shè)計(jì)對(duì)碰撞控制策略的影響[J],汽車工程師,2010年03期.

[4] 趙云.電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計(jì)[J].汽車電器.2006年07期.

The analysis on the laying out experience during the original designing

Shang Wei, Jin Xianzhen, Chen Hongyun
（Beijing Hyundai Motor Company, Beijing 101300）

The vehicle layout is an important step during the vehicle development, and it has direct influence on the package and dimensions of the body、compartment and inner structure. The article has a simple introduction about the package steps and process, and take an specific about the major principle. Combining the platform package requirements, the engine room of some EV has been successfully laid out. Then take the mean line of how to satisfy ergonomics, beginning from the process of the designing for ergonomics, takes some F/L as example, by comparing some competitive vehicles for analysis, discussing the relationship of comfortrable、controllability、vision for passenger and ingress and egress convenient, and the optimal package method has obtained.

Package; Ergonomics; Optimize

U462.1

A

1671-7988 (2017)16-60-04

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.022

尚偉，工程師，就職于北京現(xiàn)代汽車有限公司。