動力總成成車數(shù)模搭載之研究

孫華連 黃治民 林澤湖

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動力總成成車數(shù)模搭載之研究

孫華連 黃治民 林澤湖

東南（福建）汽車工業(yè)有限公司

動力總成數(shù)模搭載匹配工作的目的在于確實掌握動力總成與已有車體的匹配性與匹配問題點。本文針對動力總成與車體數(shù)模搭載匹配過程進行研究，以作為后續(xù)整車動力總成改型、新車型開發(fā)動力總成搭載匹配工作的參考。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，充分利用3D CAD 進行布置確認可事先掌握與有效地減少實際動力總成搭載時的問題點。

動力總成；搭載；數(shù)模

一個全新車型的開發(fā)，需要大量的資金及時間，因此，一款車型的生命周期一般都比較長，在其生命周期內(nèi)，盡管為順應(yīng)時代發(fā)展進行一些變更，但總體結(jié)構(gòu)（車體①、底盤等）不會發(fā)生太大變化。而作為車輛的心臟，動力總成②在科技、成本、排放能耗法規(guī)、客戶群體等因素的要求下，變更的概率比較大。本文主要為研究現(xiàn)有已存在車型變更動力總成搭載匹配發(fā)展過程，為后續(xù)新車型開發(fā)或其它已有車型動力總成搭載匹配工作提供參考。

1 研究內(nèi)容與方法

動力總成成車搭載匹配的發(fā)展工作實際上與車型開發(fā)一樣，包含了方案策劃階段、概念設(shè)計階段、工程設(shè)計階段、樣車試驗階段、投產(chǎn)啟動階段。現(xiàn)研究的是概念設(shè)計階段，計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，為概念設(shè)計工作提供極好的便捷方式。

概念設(shè)計階段工作的目的在于確實掌握動力總成與車體的匹配狀況與問題點，包括確認動、靜態(tài)空間間隙、動力總成生產(chǎn)線的裝配性、維修性、安全性、動力總成周邊件布置設(shè)計成立性、日常檢查作業(yè)便利性等，并將所發(fā)現(xiàn)的問題點回饋到工程設(shè)計階段，以利后續(xù)零部件細部設(shè)計定型。

因車體變更設(shè)計費用高、周期長，成車動力總成搭載匹配工作以盡量不變更車體原有部件為原則，但對應(yīng)新動力總成要求，與總成匹配的相關(guān)系統(tǒng)，如進排氣、空調(diào)系、燃油供給系、操縱控制系、動力總成懸置等，因需確保機能滿足，仍需變更。

動力總成成車搭載匹配工作流程詳述如下：

2.1 進行設(shè)計構(gòu)想討論，確定動力總成與車體共用部分及需變更部分。

2.2 建立成車3D數(shù)模，主要包含：發(fā)動機室數(shù)模，安裝于發(fā)動機室內(nèi)的各系統(tǒng)及懸吊、傳動系統(tǒng)部件數(shù)模。對于早期車型，由于當(dāng)初的設(shè)計均為2D，建立3D數(shù)模較為困難，可以采用逆向方式取得。

2.3建立動力總成3D數(shù)?！F(xiàn)在設(shè)計的動力總成，已經(jīng)全部3D化，此部分3D可直接由動力總成供應(yīng)商提供。

2.4 在計算機上利用CAD軟件（汽車業(yè)常用CATIA）整合動力總成并進行校核，校核詳細內(nèi)容如下：

(1) 傳動系布置的合理性：傳動軸角度、傳動軸布置空間校核。

(2) 靜、動態(tài)空間間隙確認：檢查動力總成與車體既匹配相關(guān)系統(tǒng)，以及各系統(tǒng)之間在靜、動態(tài)條件下是否存在干涉，間隙是否有足夠的安全距離。需要考慮發(fā)動機起動時的旋轉(zhuǎn)以及惡路走行時的動力總成晃動等種種狀況。此為，還要考慮到其它系統(tǒng)機構(gòu)作動時是否會與動力總成發(fā)生干涉。

(3) 裝配作業(yè)性評估：模擬整車裝配程序中動力總成與整車結(jié)合的過程，檢查過程中有無干涉可能,模擬動力總成與整車結(jié)合后,各匹配系統(tǒng)的裝配作業(yè)性,記錄潛在的干涉點、難作業(yè)點。

(4) 維修作業(yè)性：整對售后定期保養(yǎng)項目（如發(fā)動機機油及機油濾清器更換、火花塞更換、發(fā)動機附件皮帶拆裝、傳感器、線束接插件拆裝、發(fā)動機懸置支架拆裝），確認有無不易操作處。

(5) 安全性確認：確認動力總成與涉及安全的部件（如制動管路、燃油管路等對運動部件、熱源有特別要求的保安件）的距離。

(6)動力總成周邊相關(guān)部件的布置成立性：確認進排氣系、冷卻系、供油系、發(fā)動機控制線束、空調(diào)系等在機能滿足的條件下，布置的順暢性、美觀性。

(7)日常檢查的便利性：確認發(fā)動機機油尺、變速器潤滑油尺等的拔插，機油添加的便利性，確認發(fā)動機號碼對應(yīng)國家法規(guī)檢查、拓印之便利性。

2.5 設(shè)計討論：針對計算機CAD模擬校核所發(fā)現(xiàn)的問題進行討論，并擬定對策。

2.6 修正數(shù)模：根據(jù)設(shè)計檢查討論后的對策方案修正數(shù)模，然后再進行第2.3、2.4項工作。

2.7 制作樣件：制作修正后之動力總成及其與車體匹配各系統(tǒng)之樣件（為驗證搭載性，初期部件可使用快速成型件，或采用NC件，可縮減開發(fā)時間及降低模具失敗風(fēng)險）。

2.8 實車匹配試裝與確認：為了更好的進行設(shè)計工作驗證，除了3D數(shù)模校核，還可以進行實車驗證（靜態(tài)配線配管，按照嚴(yán)苛的試驗規(guī)范實車走行）等。

2.9 問題點確認與討論：針對實車匹配試裝所發(fā)現(xiàn)的問題點進行討論，擬定對策。

2.10修正設(shè)計：依據(jù)2.9討論確定之對策修正設(shè)計。若僅局部設(shè)計修正，則該修或重新試作有問題之零件，然后再進行2.7、2.8項工作；若修正涉及的范圍比較大，需要重新布置相關(guān)匹配系統(tǒng)或動力總成本體變更，則需要再進行第2.3至第2.9項工作。

2.11最終結(jié)果確認：動力總成數(shù)模定案，匯整匹配過程中的問題點及對策履歷以作為下階段工作參考。

2 應(yīng)用實例

以云內(nèi)動力D19 1.9 L高壓共軌柴油搭載于某款輕客車為研究對象，進行上述匹配工作流程。云內(nèi)D19柴油機是應(yīng)對國家能源環(huán)保政策推出的面向乘用車市場的高性能、低能耗、環(huán)保的新一代柴油動力總成，某輕型客車為已量產(chǎn)車型，早期曾使用柴油發(fā)動機，但控制方式為機械式，與現(xiàn)在的電子控制差異太大，且目前使用的發(fā)動機為汽油發(fā)動機，故對動力總成的搭載造成很大限制，而動力總成相關(guān)匹配系統(tǒng)與動力總成在設(shè)計上的相互影響程度亦很高。

本次動力總成搭載匹配工作前提：底盤不變，車體大鈑金件原則上不變。

車體及動力總成3D數(shù)模如圖1、圖2，其中，車體側(cè)3D為逆向后之模擬邊界，經(jīng)過初步CAD 3D數(shù)模模擬搭載后（圖3）發(fā)現(xiàn)之重要問題有：

(1) EGR閥與右側(cè)鈑金干涉，且阻礙進氣管路布置。

(2) 增壓器出口角度不佳，導(dǎo)致進氣管布置空間狹小，與車體左縱大梁（車架）干涉。

(3) 機油尺無法與中置物盒支架干涉，日常作業(yè)無法拔出。

(4) 發(fā)動機油底殼與發(fā)動機托架橫梁（非動力總成部件，車體側(cè)，可變更）干涉。

(5) 空調(diào)壓縮機與發(fā)動機托架干涉與發(fā)動機廠討論后,對策為:

① EGR位置變更，且由橫式布置變更為縱向布置。

②增壓器殼體旋轉(zhuǎn)60度（無需更改模具）。

③機油尺形狀、朝向變更，改為朝右向。

④發(fā)動機托架設(shè)計變更（經(jīng)過評估發(fā)動機變更技術(shù)可行性很?。?。

⑤空調(diào)壓縮機支架變更，壓縮機高度提升，發(fā)動機托架變更。

圖1 車體邊界圖

圖2 D19TCI動力總成

圖3、車體、動力總成整合圖

為確認動態(tài)間隙，可使用ADAMS CAE軟件進行動力總成運動學(xué)分析，確定各工況下（起步、換檔、轉(zhuǎn)彎、剎車）發(fā)動機的各向運動量（圖4、圖5）

圖4 動力總成-車體整合各工況轉(zhuǎn)動最大角度（無限制狀態(tài)）

圖5 動力總成-車體整合各工況轉(zhuǎn)動最大平移距離（無限制狀態(tài)）

動力總成按圖6方向組裝，與車體無干涉發(fā)生，且空間充裕，無需變更發(fā)動機及車體部件。模擬生產(chǎn)裝配過程，按圖7流程，生產(chǎn)作業(yè)性無問題，裝配過程順暢，生產(chǎn)線無需太大改變。

圖6 動力總成/車體組裝過程

圖7 動力總成/車體組裝流程

經(jīng)過2次數(shù)模修正，動力總成及車體配合系統(tǒng)設(shè)計方案基本定案，再根據(jù)最終方案試作樣件，然后進行實車匹配試裝。

經(jīng)過實車搭載試裝確認，發(fā)現(xiàn)如下問題：

（1）油底殼離地間隙較小，客戶使用有磕碰地面凸起物隱患。

（2）機油濾清器維護作業(yè)空間小，需拆卸進氣管路方可更換。

上述兩問題在3D 數(shù)模模擬搭載時即經(jīng)發(fā)現(xiàn)，但為了節(jié)省成本，發(fā)動機本體、車體不做變更，考慮目前國內(nèi)道路的改善，問題1對策為油底殼增加鋼板保護罩，問題點2經(jīng)與服務(wù)單位討論予以接受。

總結(jié)本次動力總成搭載匹配工作可以發(fā)現(xiàn)：

（1）與以前本公司其他項目搭載動力總成試裝比較，本次試裝工作問題明顯減少。

（2）為讓動力總成搭載更完善，車體件作出適當(dāng)?shù)淖尣绞潜仨毜模杀拘枰C合考慮。

（3）新車型車體之開發(fā)，應(yīng)充分考慮未來動力總成變更之可能，預(yù)留足夠之空間以對應(yīng)同排量柴油動力、或高一排量級的汽油動力（筆者總結(jié)分級如下：1.0 L以下，1.0~1.3 L, 1.3~1.6 L，1.6~1.8 L, 1.8~2.0 L……）。

4 結(jié)論

(1) 利用3D CAD（如CATIA）數(shù)模進行動力總成搭載匹配模擬工作可以縮短概念設(shè)計周期，且在設(shè)計初期即可清楚了解邊界條件，無須制作實體即可多次進行搭載優(yōu)化，尋找最佳搭載方案，減少開發(fā)費用。因此，建立完整的準(zhǔn)確的3D數(shù)模是首要工作。

(2) 為讓車輛能夠匹配不同型式的動力總成，車輛相關(guān)匹配系統(tǒng)得設(shè)計應(yīng)該考慮的更為周全，更有計劃性，留足后續(xù)修改所需的余裕量及彈性。反過來，為了使動力總成能夠較為彈性的匹配不同目標(biāo)車型，動力總成本體尺寸應(yīng)該盡量緊湊，發(fā)動機附件系統(tǒng)布置方案更靈活。

(3) 除了確認空間搭載的成立性，搭載匹配模擬亦可以延伸到分析模擬的領(lǐng)域，尤其是動力總成性能分析、NVH分析等，使實車匹配發(fā)展后才顯現(xiàn)的問題盡量降到最少，減少投資，縮短時間。

[1] Ronald Jaklisch Digital Mock up of Yunnei Diesel D19 Engine into Delica & Freeca Vehicle AVL List GMBH 2007

[2] 張小虞,等.汽車工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 林慶銘.汽車工程學(xué)[M],臺灣全華科技出版f社,2002.

① 車體：本文特指除開動力總成之底盤、車身（承載式車身含車架）相關(guān)部件。

② 動力總成：本文特指發(fā)動機及傳統(tǒng)系統(tǒng)。

Research of Integrating Powertrain System with Vehicle by Digital Mockup

Sun Hualian，Huang Zhimin, Lin Zehu

(Research and Development Center, Southeast (Fujian) Motor Company，F(xiàn)uzhou 350119, China )

To determine the matching condition and difficulties is essential to integrating powertrain system with vehicle by digital mockup. The process of integrating powertrain system with vehicle by digital mockup is researched to provide data for the integration of new powertrain system or new vehicle model development. It is indicated that installing the powertrain system in the vehicle by using 3D digital mockup can effectively reduce problems that may occur in the actual integration.

powertrain integration; embarking; digital mockup