整車模塊化平臺關鍵尺寸L113設定

潘彥成 趙國棟 秦廣義 安鵬 姜顯豐

（一汽奔騰轎車有限公司，長春 130000）

主題詞：L113 平臺化 模塊化 人機工程

1 前言

隨著經濟的發展，汽車產業成為了我國國民經濟的支柱產業，汽車制造業產值約占經濟總量的2%～3%[1]。同時，我國汽車銷量多年位居世界首位，預計2025年將達到3 500萬輛[2]。

由于汽車產品生命周期的縮短以及技術創新的加速，使得汽車的設計成本在總成本中呈現上升趨勢。采取平臺化、模塊化的設計思路可以有效地解決消費者需求日趨個性化和產品成本日漸升高的2大問題。通過對產品組合進行整合優化，提高零部件及模塊的共用，同時提高同平臺下各產品的生產線共用率[3]。在有效降低成本的同時，可以加快新產品推出速度。

2 平臺化、模塊化相關說明

2.1 策略說明

世界上主要的乘用車生產企業均已采用平臺戰略，各家平臺策略均有不同。例如：大眾汽車的模塊化平臺（Modularer Querbaukasten，MQB），整合了原有的產品平臺—PQ2、PQ3及PQ4系列平臺，從而形成一個全新的擴展性更強的統一平臺[4]；豐田汽車的新全球架構（Toyota New Global Architecture，TNGA）平臺，新的架構平臺重新分為混動、前驅、后驅3大類產品平臺[5]；以及日產的通用模塊化譜系（Common Module Family，CMF）平臺[6]。

“模塊化平臺”策略重點在于跨車型和跨細分產品，即每種平臺可應對Sedan、SUV、MPV等多種車型，以及滿足2個以上細分車型區隔的要求。

如圖1 所示，此策略的核心是保證前輪心到前圍板的距離是不變的。在此基礎上，前懸、前輪距、后輪距、軸距、后座椅至后輪心、后懸均是可以調整的，來滿足拓展不同車型的需求。目的是可以實現發動機、變速箱、前懸架、空調三廂、踏板模塊位置標準化，提高零部件的通用化率，并實現不同車型的共線生產，提高生產率、削減成本。

圖1 平臺化、模塊化策略

2.2 關鍵尺寸L113

L113，即前輪心到加速踏板踏點水平方向的距離[7]。圖2為全球范圍內部分在售的150余款車型L113尺寸與軸距對應關系。包含兩廂車、三廂車、SUV 等車型，車型尺寸涵蓋從A0～C 級各個區間。可以直觀的看出，各大車企的L113 尺寸涵蓋范圍區間為200～750 mm，其中，大部分集中在350～500 mm之間。

圖2 部分在售車型L113尺寸分布

作為平臺化、模塊化的關鍵尺寸，設定時主要需要考慮動力總成、底盤懸架、空調三廂、踏板總成模塊的最大化通用；同時，作為人機關鍵尺寸，限定前排人體相對于整車的長度方向的位置，需要保證乘員空間的利用率。

通過將L113 尺寸進行詳細分解，形成尺寸鏈，分為機艙部分及人機部分，如圖3所示。

圖3 L113尺寸鏈

機艙部分尺寸主要包括發動機至前圍板、變速箱至助力器、變速箱至轉向機、變速箱至副車架等。主要限制因素為動力總成尺寸、驅動軸角度、懸架硬點；人機部分尺寸主要包括踏板尺寸、踏板臂至前圍板金間隙，主要限制因素為踏板臂尺寸、離合踏板、制動踏板、加速踏板之間段差關系，以及歇腳踏板與人體踵點距離。

3 L113設定考慮因素

3.1 機艙部分

根據尺寸鏈分析，機艙部分關鍵在于確定輪心至前圍板之間的尺寸。而這部分尺寸主要受2 部分影響：

（1）動力總成布置

（2）輪胎尺寸帶寬

3.1.1 動力總成布置

動力總成布置對L113 尺寸設定的影響主要體現在動力總成的尺寸、動力總成的安裝傾角、驅動軸夾角方面。

平臺策劃初期，需要驗證平臺車型規劃的所有動力總成布置可行性。在滿足總體布置要求后，確定前圍板的位置。同時，各動力總成布置過程中，需要統籌考慮機艙布局，盡量保持各動力總成類型布局的一致性，能夠提高動力總成附件的通用性，如圖4所示。

圖4 機艙布局示意

將機艙布局按照部件功能進行分區。對于機艙內類似于洗滌液罐這種與其它系統無關聯的零部件位置，要考慮平臺拓展性，選取對機艙總成替換影響最小的位置。對于機艙內類似于空濾器、真空泵受總成影響較大的部件，位置需要提前考慮預留，提升平臺的總成匹配性。

此外，需要統籌設定各類型（傳統、混動、新能源等）、排量（低排量、高排量）的動力總成的安裝傾角，保持一致，能夠提高生產線的共用率。

設定過程為：在動力總成距離前圍板保持足夠的安全間隙（考慮運動間隙及熱害要求），以及總成與轉向機、副車架等滿足布置要求的情況下，通過動力總成的輸出軸軸心位置區域，在滿足驅動軸夾角范圍時，確定滿足平臺的前輪心X向位置。相關設定推薦值如表1所示。

表1 動力總成布置檢查項

通過以上，確定前輪心至前圍板的相對位置。

3.1.2 輪胎尺寸

由于同平臺上的車型跨度較大，對于輪胎選型的種類需求較大。而輪胎尺寸的大小直接影響輪罩鈑金對于乘員艙空間的占用，如圖5所示。

圖5 輪胎包絡與鈑金位置關系

輪胎包絡與輪罩鈑金間隙一般預留10 mm，輪罩鈑金至歇腳踏板之間，需要考慮地毯、泡棉填充物等，一般預留10～15 mm。此處尺寸鏈直接影響表現為對歇腳踏板的位置限制，進而影響人機X向的布置位置，從而影響L113設定。因此，平臺初期需要對輪胎尺寸進行細致分析，避免后續對輪胎需求變動，影響輪罩鈑金的位置。

3.2 人機部分

人機部分尺寸鏈關鍵在于確定加速踏板至前圍板之間的尺寸。由于前圍板的位置在機艙部分定義完后便限定了X向位置。因此，人機部分主要就是確定踏點的位置，也就是加速踏板的位置。需要統籌考慮離合、制動、加速踏板以及歇腳踏板的位置關系，合理的確定加速踏板的位置。

各個踏板的位置設定主要考慮操作的方便性、安全性以及舒適性。

3.2.1 ABC踏板布置

ABC 踏板，分別指的是加速踏板(Accelerator Pedal)、制動踏板（Brake Pedal）、離合器踏板（Clutch Pedal）。布置時，除了需要考慮單個踏板操縱及運動所需要的空間，也需要考慮駕駛員行駛過程中，腳部轉換過程中的舒適性，因此需要重點考慮3踏板之間的段差，以及3踏板與周邊鈑金的間隙。

由于L113尺寸為X向尺寸，設定時主要考慮X向零部件關系。因此，此處重點說明ABC 踏板在XZ平面內的相對關系。各部分需要考慮的段差如圖6 所示。

圖6 三踏板段差及推薦范圍

其中，PL52 推薦值范圍為30～45 mm，PL53 推薦范圍為＜15 mm。此外，加速踏板與制動踏板高度差（PL52）是需要考慮加速、制動踏板之間的Y向距離來確定的，要求Y向空間越大，高度差（PL52）越小，以此防止誤操作。

另外，3踏板相對于鈑金的距離同樣影響踏板的位置設定。各踏板布置時，除了考慮踏板行程中相對于鈑金預留足夠的安全間隙（一般經驗值為15～20 mm）時，還需要考慮踏板踩到底之后鞋底與地毯的間隙。預留過近時，容易造成硌腳問題，如圖7所示。

圖7 硌腳位置示意

此種情況常見于手動擋車型，離合踏板由于使用頻率過高，出現硌腳情況體驗明顯，容易造成不舒適情況。

3.2.2 歇腳踏板布置

由于汽車行駛過程中，左腳大部分處于休息狀態（手動擋僅在換擋及剎車過程中使用左腳），因此，在駕駛員側左下輪罩后方，通常設計一個斜向的支撐物（一般位于地毯上），稱為歇腳踏板[8]，如圖8所示。

圖8 歇腳踏板位置示意

歇腳踏板布置主要是從舒適性角度進行考慮。人體感知比較明顯的因素為歇腳踏板的角度、長度以及歇腳踏板與踵點X向距離差，如圖9所示。

圖9 歇腳踏板布置示意

此外，基于某車型的正面碰撞假人傷害研究表明：增大歇腳踏板的角度，可在一定程度上降低駕駛員左側小腿的軸向力和Y向轉矩，從而降低小腿傷害[9]。

綜合以上因素考慮，歇腳踏板的角度設定按照與加速踏板踩下1/3 的平面保持一致；長度推薦范圍為≥240 mm；歇腳踏板中線與踵點平面交點在踵點±20 mm內。

3.2.3 方向盤右置車型

以上關于踏板的布置分析是基于國內市場的左舵車型開發。對于某些有出口到英國、日本等右舵國家的車企，在車型開發階段需要考慮方向盤右置開發。

對于右舵車的踏板布置，3 踏板相對關系與左舵保持一致，相對位置需要進行調整。如圖10所示。

圖10 右舵車型油門踏板與鈑金關系

由于方向盤右置時，加速踏板與右側輪罩鈑金關系較近，對與踏板的X向位置限制較大，從而對L113的尺寸需求更大。因此，在需要考慮同時開發左右舵車型時，L113的尺寸設定需要相對大一點。

4 不同坐姿下L113設定策略

在前輪心、前圍板、加速踏板的位置基本確定后，L113 尺寸基本設定完成。但由于平臺兼顧車型的不同，不同車型對應的坐高不同，坐高變化時，需要人體姿態進行調整。

如圖11 所示，對應不同坐高的人體姿態時，踏平面角度不同，需要加速踏板型面對應不同的踏平面進行適應性調整，會帶來踏點的輕微變化，在輪心至前圍板距離保持不變的情況下，L113會隨之變化。

圖11 人體姿態變化示意

5 結束語

L113尺寸作為整車的基礎尺寸之一，在產品開發過程中，尤其是需要考慮平臺化、模塊化策略時，需要在前期重點論證分析。通過對列舉出的各個維度，需要統籌考慮，識別出平臺所涵蓋的所有車型的相關需求。避免在平臺開發后期，某一車型開發過程中需要重新論證L113 的情況，帶來不必要的成本和周期的影響。