基于整車關鍵尺寸L114的平臺架構研究

【歡迎引用】 熊良劍， 馬俊野. 基于整車關鍵尺寸L114的平臺架構研究[J]. 汽車文摘，2024（XX）： X-XX.

【Cite this paper】 XIONG L J， MA J Y. Research on Platform Architecture Based on Vehicle Key Dimension L114[J]. Automotive Digest （Chinese）， 2024（XX）： X-XX.

【摘要】為了研究出最優的整車平臺架構策略，本文通過闡述平臺架構的概念，定義了架構關鍵尺寸L114，列舉國內某車企基于關鍵尺寸L114一致的平臺拓展尺寸鏈，并梳理該平臺架構乘員艙架構件具體的策略，通過對比分別采取平臺車型關鍵尺寸L113一致與平臺車型關鍵尺寸L114一致時的平臺通用化率，發現2種策略的平臺通用化率基本一致。同時結合整車安全碰撞策略進行分析，結果表明，若采用關鍵尺寸L114更具優勢，該策略下同平臺車型僅需滿足高車型的碰撞策略，即可同步滿足其他車型的側碰要求，有效減低平臺開發成本。

關鍵詞：整車架構；L114；模塊化；人機工程

中圖分類號：U462.2+2" "文獻標志碼：A" DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20240018

【Abstract】 This study aims to identify the optimal strategy for vehicle platform architecture. It elucidates the concept of platform architecture， defines the critical dimension L114， and presents a platform expansion dimension chain based on L114 for a domestic automotive manufacturer. The specific strategies for the passenger compartment structure of the platform architecture are also analyzed. Comparative analysis of platform universalization rates between L113 and L114 consistent dimensions reveals a similarity in the rates. However， when integrated with whole vehicle safety collision strategy， the L114 consistent dimension strategy emerges as superior. This strategy allows platform models to meet the collision strategy of high models， thereby fulfilling side impact requirements for other models simultaneously， significantly reducing platform development costs.

Key words： Vehicle architecture， L114， Modularity， Ergonomics

0 引言

隨著汽車產品生命周期的縮短以及技術創新的加速發展，汽車設計成本呈現上升趨勢，自主研發的平臺架構逐漸成為汽車企業競爭的關鍵領域。同時汽車企業面對顧客需求個性化和產品成本增加的雙重挑戰，汽車平臺化[1]、模塊化的設計思路有效應對了該挑戰，其通過整合優化產品組合，有效降低成本，加快了新產品上市速度，降低了產品創新風險，提高了產品創新的研發能力。平臺架構戰略不僅促進了制造技術的發展，還促進了產品的研發體系、供應體系和服務體系的創新。

國內關于整車架構策略的研究文獻較為豐富。鄭雪芹[2]提出的“超級模塊化平臺”將國內外主流車企發布的具有代表性平臺架構的核心要點分別進行了梳理，各大車企的平臺架構正在逐步精簡，由平臺化向模塊化架構轉變，隨著時間的推移和技術的進步，模塊化平臺的造車理念將進入高度集成和通用的“超級模塊化平臺”的電動化、智能化時代，最終整合成一個高度拓展性和通用性的“超級模塊化平臺”。楊茂華[3]提到的整車平臺和平臺化開發中，其包含2項核心策略：基本的整車總布置尺寸L113策略；將動力總成懸置點統一。第一點在當前主流車企平臺架構中已經普及應用，但第二點則需通過降低動力總成矩陣的復雜性實現整車布置與性能的統一，相對而言較難實現。張佑明等[4]提出的總布置平臺化開發思路中，分析了總布置平臺化開發的主要問題和關鍵點，闡述了總布置平臺化開發的基本原則及人機布置標準化，該思路與設計準則與當前主流的通用化策略基本一致，但沒有實際的平臺數據的展示與具體的架構策略技術輸出，其理論觀點有待深入驗證。

目前關于整車架構策略的文獻大多數均圍繞L113一致的架構策略進行描述，僅在美國汽車工程師學會（Society of Automotive Engineers，SAE）相關標準中查詢到L114的定義。本文介紹的架構策略核心理念與現有文獻中敘述的模塊化設計思路相符，即通過最大化零部件的通用化率降低車型開發成本[5]。然而，本研究的具體架構策略以L114作為平臺開發的基礎準則，該架構策略在保證平臺車型的通用化率的同時，結合整車安全側碰要求，確保平臺車型采用同一側碰策略，進一步降低平臺車型開發成本。

1 傳統汽車平臺架構開發策略

1.1 汽車平臺架構概念及發展歷程

平臺是指汽車制造商設計的多個車型共用的產品底盤。架構是對平臺概念的拓展，其不僅涵蓋平臺的基本理念，而且在必須采用不同零部件的情況下，仍能識別并整合共同要素，即采用相同的技術路線、工程解決方案和模塊化制造工藝[6]。架構的設計理念從平臺化的物理“同零件”共享，延伸至設計過程中的“同方法”和制造過程中的模塊化，實現了更深層次的協同效應。這種轉變標志著從單純的零部件共享向開發資源和方法的標準化提升。

汽車生產從平臺到架構的開發歷程可劃分為4個主要階段，依次為：原始的手工生產方式、工廠流水線作業、平臺化的生產以及汽車架構生產方式。圖1詳細展示了這一發展歷程的時間線，并對不同生產方式的優勢與局限性進行了比較分析。

1.2 傳統平臺架構開發策略

平臺架構的設計目標旨在實現最大限度架構通用化，縮短車型開發周期并降低開發成本。傳統平臺架構開發策略中，吉利汽車推出的浩瀚架構較具有代表性，該架構的基礎策略是在拓展平臺車型時，保持不同級別車型（高、中、低）關鍵尺寸L113值不變[7]，如圖2所示。在確保乘員碰撞安全空間的前提下，實現乘員艙及機艙相關的架構件通用化率最大化[8]。

架構件通常指一系列代表整車關鍵特性的零部件和總成。原則上，用于架構開發的零件可以被定義為架構件，若此架構件受到造型設計的影響，則可以被進一步定義為架構接口件。架構件主要包括下車身結構、黑色功能件、動力系統、底盤、內飾座椅骨架、儀表板骨架、電子電器系統、動力源、冷卻系統、空調系統以及高壓電源[9]。

架構開發過程中，應考慮與人體坐姿相關的架構件變換策略，主要包括以下6種：

（1）座椅骨架開發策略。通常采用座椅骨架共用設計，通過不同類型的座椅支架實現多種人體坐姿的車型拓展。

（2）儀表橫梁開發策略。通常保證儀表主副管梁結構的一致性，通過不同類型的轉向管柱支架實現多種人體坐姿的車型拓展。

（3）空調主機布置策略。高、低車型要求供熱通風與空調調節（Heating， Ventilation and Air Conditioning，HVAC）鼓風機接口完全共用，布置位置保持一致。但需要根據高、低車型對除霜風口進行差異化設計。

（4）踏板布置策略。高、低車型加速踏板共用，通過設計不同的地板安裝支架，實現高低車踏板面高度、角度差異化；制動踏板底座共用，通過設計不同的制動踏板臂，實現高、低車型踏板面高度、角度差異化。

（5）轉向管柱布置策略。轉向管柱共用，基于人體硬點進行轉向管柱布置，轉向中間軸高、低車型做差異化，通過調整中間軸長度，角度滿足力矩波動要求，密封結構高、低車型共用。

（6）前圍鈑金開發策略。高、低車型前圍鈑金共用，僅針對與造型搭接的風窗上橫梁進行差異化設計。

2 關鍵尺寸L114

尺寸L114是指車輛前輪心至駕駛員人體R點水平距離。在車企平臺車型拓展過程中，尺寸L113存在不一致性，而尺寸L114則具有較高的一致性。如圖3所示，以特斯拉2020款Model 3與2016款Model X為例，此2款同平臺車型的L113值分別為539 mm和608 mm。通過分析表1中特斯拉車型架構尺寸參數，探究特斯拉采取該尺寸策略的深層次原因。Model 3與Model X的L114值分別為1 505 mm和1 515 mm，僅相差10 mm。根據2024年版中國新車評價規程（China-New Car Assessment Program，C-NCAP）[10]，如圖4所示，在移動臺車前端加裝可變形蜂窩鋁撞擊試驗車輛一側，左右側隨機撞擊，移動壁障行駛方向與試驗車輛垂直，移動壁障中心線對準試驗車輛R點后方200 mm的位置，碰撞速度為60 km/h。移動壁障的縱向中垂面與試驗車輛上通過碰撞側前排座椅R點后方200 mm處橫斷垂面之間的距離應在25 mm內，在被撞擊側前排座椅位置和第二排座椅位置分別放置1個WordSID 50th假人和1個SID-IIs假人，以測評撞擊側人員受傷害情況。對于兩門單排座車和皮卡車，僅在前排被撞擊側位置放置1個WordSID 50th型假人用以測評人員受傷害情況。可以推斷Model 3與Model X的側碰基準點相同，因此平臺拓展過程中，保持L114一致的策略具有顯著優勢，即同平臺不同車型均可采用相同側碰策略，避免在同平臺開發的車型中進行重復性的計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）驗證分析和實車碰撞測試，有效降低車型開發成本。

3 某車企平臺架構開發策略

圖5為某車企平臺高、低車型拓展關鍵尺寸鏈信息[11]。該平臺開發策略與傳統架構開發思路存在顯著差異（表2），特別是高、低車型的關鍵尺寸L113表現出不一致性。總車長尺寸鏈可以劃分為前懸、軸距以及后懸3個部分（表3）。在前懸部分尺寸鏈分析中，高、低車型在拓展過程中尺寸L2、L3、L4相同。據此可以推斷前機艙處動力總成與前懸架硬點在高、低車型中均保持一致，前機艙總體布局基本一致。在軸距部分尺寸鏈中，尺寸L5、L6相同，可以看出前圍至前動力總成的相對位置在高、低車型中均保持一致，不同軸距車型通過調整電池包尺寸L7實現拓展。同時L9與L10的參數保持不變，反映出動力總成及后副車架的硬點在高、低車型中保持一致，通過調整后吸能盒長度及防撞梁長度實現尺寸拓展。

綜上所述，該平臺架構策略核心在于保持不同車型間尺寸L114的一致性。整車軸距尺寸調整通過改變中后地板長度（L8）實現。前懸尺寸擴展通過調整前保至防撞梁的距離（L1）實現。后懸尺寸的調整則通過改變后副車架至后防撞梁的距離（L11、L12、L13）實現。

4 基于L114平臺車型拓展策略

基于上述某車企平臺的車型尺寸鏈信息，本節將詳細分析高、低車型乘員艙架構件開發策略，其中涉及與人機相關的關鍵組件主要包括座椅骨架、儀表橫梁、轉向管柱、加速或制動踏板以及前圍鈑金。

乘員艙架構件的具體開發策略包括以下5個方面。

（1）座椅骨架開發策略。如圖6所示，為適應不同坐姿需求，高、低車型采取共用座椅骨架和地板安裝橫梁的設計。通過設計特定安裝支架，實現不同H30值（汽車駕駛員人體R點與踵點的垂直距離）的調整[12]。架構尺寸L114值保持不變，為實現高、低車型座椅骨架安裝橫梁共用，無需考慮高、低車型型座椅位置前后差異。高、低車型座椅導軌角度的差異僅通過調節座椅前后安裝點支架的高度實現[13]。

（2）儀表橫梁開發策略。如圖7所示，儀表板橫梁主管梁及轉向管柱安裝支架匹配高、低車型管柱不同位置[14]，副管梁及其他部分共用。

（3）空調主機布置策略。如圖8所示，高、低車型要求HVAC、鼓風機接口完全共用，且布置位置保持一致[15]。除霜風口的布置則根據高、低車型的具體需求進行差異化設計。

（4）踏板布置策略。如圖9所示，一方面實現高、低車型加速踏板共用，通過設計不同的地板安裝支架，實現高低車踏板面高度和角度差異化。另一方面實現制動踏板底座共用，通過設計不同的制動踏板臂[16]，實現高、低車型踏板面高度和角度差異化。

（5）轉向管柱布置策略。如圖10所示，首先，實現轉向管柱再高、低車型中共用，其布置基于人體硬點進行優化，確保駕駛艙內的人機工程學。其次，轉向中間軸在高低車型之間進行差異化設計，通過調整中間軸的長度和角度，滿足力矩波動要求[17]。此外，實現密封結構在高、低車型中共用。

（6）前圍鈑金開發策略。如圖11所示，實現前圍鈑金在高、低車型中共用，僅針對與造型搭接的風窗上橫梁進行差異化設計。

5 平臺車型通用化率

通過分析同一L113基準策略與同一L114基準策略架構件的通用化情況（表4），發現2種策略在踏板總成系統中的調整策略存在差異。若采取L113一致的基準策略，低車型之間的坐姿差異僅需通過調整踏板面的角度實現。若采取L114，則通過調整踏板臂結構實現高低車坐姿。雖然2種策略調整方式不同，但均保持本車新開發件的通用化狀態，對車型開發成本變化可以忽略。因此，上述2種策略的通用化率基本保持一致。

6 結束語

本文通過列舉國內某車企基于關鍵尺寸L114一致的平臺拓展尺寸鏈，梳理該平臺架構乘員艙架構件具體的策略，發現與傳統的架構策略對比，按L114一致的基準策略更具優勢。此策略思路可為從事整車架構開發人員在制定具體策略時起到參考作用，并在此基礎上探索出更優的策略方案為汽車產品開發做出貢獻。

參 考 文 獻

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（責任編輯 梵玲）