某輕型貨車(chē)年代款的設(shè)計(jì)研究

陳 默 王 心華 張 鵬 李 名 樹(shù)

（沈陽(yáng)金杯車(chē)輛制造有限公司）

汽車(chē)年代款的開(kāi)發(fā)，在國(guó)外由于市場(chǎng)的需要已有成熟的發(fā)展歷史；國(guó)內(nèi)對(duì)于年代款開(kāi)發(fā)的論述與研究較少。年代款車(chē)型的開(kāi)發(fā)，不僅使得開(kāi)發(fā)成本大大降低，同時(shí)也縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，最重要的是延長(zhǎng)產(chǎn)品的品牌生命力。本文結(jié)合某輕型貨車(chē)年代款的實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，論述了其設(shè)計(jì)研究的主要步聚和關(guān)注要點(diǎn)。

1 方案策劃階段

如何最大限度的延長(zhǎng)一個(gè)產(chǎn)品基礎(chǔ)平臺(tái)生命力，既要解決過(guò)去產(chǎn)品中的不足，又要跟上市場(chǎng)潮流，是開(kāi)發(fā)人員面臨的課題。在某輕型貨車(chē)成熟車(chē)型基礎(chǔ)上的年代款產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究就是要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。年代款產(chǎn)品的推出需要較大的資金投入,更重要的是時(shí)間上的風(fēng)險(xiǎn)，如調(diào)查與論證不全面，輕則會(huì)造成產(chǎn)品先天不足，投產(chǎn)后問(wèn)題成堆；重則造成不符合消費(fèi)者需求，新產(chǎn)品沒(méi)有好的銷(xiāo)量。因此，系統(tǒng)的調(diào)研、收集、整理和分析可以為新車(chē)型研發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃決策者提供科學(xué)合理的參考與建議。在完成可行性分析后，就可以對(duì)新車(chē)型的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行初步設(shè)定，設(shè)定的內(nèi)容包括車(chē)輛型式、動(dòng)力參數(shù)、底盤(pán)、車(chē)身形式及強(qiáng)度要求等。

將初步設(shè)定的要求發(fā)放給相應(yīng)設(shè)計(jì)部門(mén)，確認(rèn)各個(gè)總成部件要求的可行性以后，確認(rèn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)，編制最初版本的產(chǎn)品技術(shù)描述說(shuō)明書(shū)，將新車(chē)型的一些重要參數(shù)和使用性能確定下來(lái)。在方案策劃階段還要確定新車(chē)型是否開(kāi)發(fā)相應(yīng)的變形車(chē)，確定變形車(chē)的形式以及種類(lèi)。項(xiàng)目策劃階段的最終成果是一份符合市場(chǎng)要求、開(kāi)發(fā)可行性能夠保證得到研發(fā)各個(gè)部門(mén)確認(rèn)的新車(chē)型設(shè)計(jì)目標(biāo)大綱。

2 概念設(shè)計(jì)階段

概念設(shè)計(jì)階段要制定詳細(xì)的研發(fā)計(jì)劃，確定各個(gè)設(shè)計(jì)階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；評(píng)估研發(fā)工作量，合理分配工作任務(wù)；進(jìn)行成本預(yù)算，及時(shí)控制開(kāi)發(fā)成本；制作零部件清單表格，以便進(jìn)行后續(xù)開(kāi)發(fā)工作。概念設(shè)計(jì)階段的任務(wù)主要包括方案討論和造型討論兩部分。

2.1 方案討論

針對(duì)當(dāng)前款輕型貨車(chē)駕駛室存在的不足和市場(chǎng)對(duì)新款車(chē)的需要提出問(wèn)題；在滿足市場(chǎng)需要的同時(shí)解決生產(chǎn)的一些設(shè)計(jì)及質(zhì)量問(wèn)題。針對(duì)材料利用率不高、轉(zhuǎn)角板返銹、格柵裝配美化工藝等問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

2.1.1 整體式前圍板材料利用率不高

針對(duì)現(xiàn)款車(chē)產(chǎn)品的整體式前圍板尤其是大燈支架部分材料利用率不高問(wèn)題，將前圍板由原來(lái)的大燈、前圍板一體化設(shè)計(jì)，更改為獨(dú)立大燈支架總成與前圍組合結(jié)構(gòu)，材料利用率將由58%提高到65.2%；改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是前圍主體鈑金部分尺寸比改進(jìn)前減少1/3，材料利用率提高，減少了模具投入，既降低了成本又提高了開(kāi)發(fā)速度。圖1所示為前圍板改進(jìn)前和改進(jìn)后對(duì)比。

2.1.2 解決轉(zhuǎn)角板返銹問(wèn)題

由現(xiàn)有的金屬?zèng)_壓轉(zhuǎn)角板改為注塑轉(zhuǎn)角板，并針對(duì)大面積薄壁塑料裝飾件出現(xiàn)表面“縮痕”現(xiàn)象，對(duì)內(nèi)部加強(qiáng)筋進(jìn)行了高度與厚度比都較小的設(shè)計(jì)調(diào)整。改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是提高產(chǎn)品韌性和機(jī)械性能，同時(shí)也提高了耐熱、耐油性能和耐化學(xué)穩(wěn)定性，且尺寸穩(wěn)定、表面質(zhì)量好、減輕自身質(zhì)量。改進(jìn)后的產(chǎn)品單件質(zhì)量大幅減輕，由原來(lái)金屬?zèng)_壓件產(chǎn)品質(zhì)量0.99 kg/件減輕至改進(jìn)后的注塑件產(chǎn)品0.4 kg/件。圖2所示為轉(zhuǎn)角板改進(jìn)前和改進(jìn)后數(shù)模對(duì)比。

2.1.3 格柵工藝性美化

改進(jìn)前格柵安裝點(diǎn)從正前方可見(jiàn)，螺釘外露；改進(jìn)后格柵安裝螺釘為隱藏式裝配，整體外觀更好。格柵卡扣結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使安裝更加牢固，同時(shí)降低成本；格柵進(jìn)氣正面積是換代前格柵的1.5倍左右，加強(qiáng)了散熱效果，對(duì)布置大功率發(fā)動(dòng)機(jī)更有利。圖3所示為格柵改進(jìn)前和改進(jìn)后對(duì)比。

2.1.4 現(xiàn)款車(chē)大燈造型及功能改進(jìn)

對(duì)現(xiàn)款車(chē)大燈造型及功能性進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后使大燈布置空間更加合理，方便維修及提高可靠性。將前照燈與轉(zhuǎn)向燈改為組合式，轉(zhuǎn)向燈改進(jìn)為L(zhǎng)ED燈，改進(jìn)前和改進(jìn)后對(duì)比如圖4所示。

轉(zhuǎn)向燈照明由白熾燈改為L(zhǎng)ED燈的優(yōu)點(diǎn)為：LED燈響應(yīng)時(shí)間快，而白熾燈比LED燈有約0.3 s的延遲；LED燈發(fā)光純度高，不需要燈罩濾光，光波誤差在20 nm以內(nèi)，抗振性強(qiáng)；LED燈發(fā)光熱量小，對(duì)燈具材料的耐熱性要求不高；LED燈的光束集中易于控制，不需要傳統(tǒng)的反光器聚光，減少燈具成本；LED燈耗電量低，達(dá)到與傳統(tǒng)燈泡同等發(fā)光亮度時(shí)耗電量?jī)H為玻璃殼燈泡的6%，省電節(jié)油；LED燈具有超長(zhǎng)的使用壽命，正常使用壽命在6年以上；車(chē)輛控制電路不易老化。

2.1.5 車(chē)門(mén)防水性加強(qiáng)

改進(jìn)前車(chē)門(mén)為插接式車(chē)門(mén),存在剛度不足、密封不嚴(yán)等問(wèn)題，由于量產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，模具已經(jīng)嚴(yán)重老化，造成制件產(chǎn)品質(zhì)量下降。圖5所示為車(chē)門(mén)改進(jìn)前和改進(jìn)后對(duì)比。

車(chē)門(mén)部件著重從整體剛性、車(chē)身密封性、部件及相關(guān)附件可靠性做改進(jìn)開(kāi)發(fā)。數(shù)模設(shè)計(jì)階段做好玻璃升降的運(yùn)動(dòng)分析、車(chē)門(mén)CAE強(qiáng)度分析；模具開(kāi)發(fā)前進(jìn)行快速成型件的實(shí)車(chē)裝配驗(yàn)證；問(wèn)題解決在工裝樣件產(chǎn)生之前；模型開(kāi)發(fā)中進(jìn)行過(guò)程控制，最終達(dá)到工裝樣件一次裝車(chē)成功。

新車(chē)門(mén)較老車(chē)門(mén)性能優(yōu)勢(shì)為：鉸鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有自動(dòng)回位效果，故障率低；玻璃升降器操作省力；密封性能好；鈑金結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度高、裝配方便；大扶手設(shè)計(jì)可以使車(chē)門(mén)關(guān)閉更方便，經(jīng)人機(jī)工程校核，關(guān)門(mén)后車(chē)門(mén)大扶手可以作為胳膊的支撐，且增加了納物空間。

2.1.6 儀表板裝配工藝性提升

改進(jìn)前儀表板剛性不足，儀表罩安裝工藝復(fù)雜，生產(chǎn)節(jié)拍長(zhǎng)，間隙不勻;改進(jìn)后儀表板為整體本體和獨(dú)立管梁結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后優(yōu)點(diǎn)：提高了表臺(tái)強(qiáng)度，降低了噪聲、弱化了表臺(tái)側(cè)面與門(mén)里板的間隙；前除霜采用分體式結(jié)構(gòu),解決前風(fēng)擋出風(fēng)口外觀形狀不佳的問(wèn)題;前除霜管道采用振動(dòng)摩擦焊與表臺(tái)本體連接，提高了暖風(fēng)管道的密封性，使氣流出風(fēng)量達(dá)標(biāo)。

通過(guò)邊界的白車(chē)身數(shù)據(jù)采集，使全新設(shè)計(jì)的儀表板與原車(chē)匹配，保證產(chǎn)品切換的平穩(wěn)過(guò)渡。

2.1.7 其他部件的改進(jìn)

整體邊板上梁、邊板下梁采取整體輥壓封閉型結(jié)構(gòu)，底板采取“U”型橫梁，邊板采取弧形輥壓結(jié)構(gòu)，即提高整體美觀程度，又增加了邊板的整體剛度及貨箱的承載力，而且提高了貨箱的使用壽命。

2.2 造型討論

概念設(shè)計(jì)效果圖如圖6所示。

經(jīng)分析，認(rèn)為圖6中方案1適合公司目前產(chǎn)品系列的風(fēng)格，工藝性好，因此將其做為最終選定方案。

總體布置草圖設(shè)計(jì)完成后，就可以在確定的基本尺寸基礎(chǔ)上進(jìn)行造型設(shè)計(jì)。汽車(chē)造型設(shè)計(jì)師根據(jù)要設(shè)計(jì)的車(chē)型，首先收集同類(lèi)車(chē)型的圖片資料，對(duì)同類(lèi)車(chē)型進(jìn)行造型上的比較，根據(jù)這些車(chē)型在市場(chǎng)上的受歡迎程度，總結(jié)出目前流行的設(shè)計(jì)趨勢(shì)及時(shí)尚元素作為設(shè)計(jì)的主題或關(guān)鍵詞，然后在做出的多種設(shè)計(jì)方案中選出一種做為最終設(shè)計(jì)方案草圖。

當(dāng)草圖繪制到了一定階段后，從設(shè)計(jì)草圖中選出幾個(gè)相對(duì)較好的以進(jìn)行深入設(shè)計(jì)，即繪制被選中草圖的精細(xì)設(shè)計(jì)效果圖。此過(guò)程主要用繪圖軟件實(shí)現(xiàn)，主要的繪圖軟件有Photoshop、Painter以及Alias Skethbookd等。繪制精細(xì)效果圖的目的是為了讓油泥模型師或者數(shù)字模型師 （其使用3D軟件將設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)由效果圖變?yōu)?維數(shù)據(jù)模型，這種模型能夠直接將數(shù)據(jù)輸入5軸銑削機(jī)，銑削出油泥模型）看到更加清晰的設(shè)計(jì)表現(xiàn)效果，以保證模型能更好的與設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖一致。

目前油泥模型的制作由2種技術(shù)手段完成，一種是油泥模型師完全人工雕刻模型；另一種是由數(shù)字模型師根據(jù)設(shè)計(jì)效果圖在A lias等軟件里先建造出3維數(shù)字模型，然后由銑削機(jī)銑削出油泥模型，最后經(jīng)油泥模型師進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整。在油泥制作過(guò)程中設(shè)計(jì)師必須全程跟蹤指導(dǎo)，以確保油泥模型能夠符合設(shè)計(jì)意圖。本文采取的是由油泥模型師直接人工雕刻完成，其油泥模型如圖7所示。

在完成油泥模型制作之后對(duì)模型進(jìn)行評(píng)審，評(píng)審將綜合考慮各種可能影響到生產(chǎn)的因素，其中包括美學(xué)、工藝、結(jié)構(gòu)等，但主要還是對(duì)模型外觀美學(xué)的評(píng)判，通過(guò)評(píng)審挑選出最終定型模型。

油泥模型制作完畢后，為了更直觀的觀察模型通常進(jìn)行貼膜處理，以便檢查表面質(zhì)量和產(chǎn)生逼真的實(shí)車(chē)效果。這時(shí)要進(jìn)行全尺寸模型的評(píng)審，從中選出最終的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其提出一些修改意見(jiàn)。油泥模型師根據(jù)修改意見(jiàn)調(diào)整油泥模型，修改完畢后再次進(jìn)行評(píng)審，并最終確定造型方案，凍結(jié)油泥模型。

3 工程設(shè)計(jì)階段

工程設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是完成改款部分各個(gè)總成及零部件的設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)總成與原型車(chē)總成之間出現(xiàn)的各種矛盾，保證改款后整車(chē)性能滿足目標(biāo)大綱要求。工程設(shè)計(jì)是一個(gè)新款改型車(chē)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)的過(guò)程，各個(gè)總成分發(fā)到相關(guān)部門(mén)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，各部門(mén)按照開(kāi)發(fā)計(jì)劃規(guī)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)分批提交零部件的設(shè)計(jì)方案。

3.1 設(shè)計(jì)硬點(diǎn)確定

在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)之前對(duì)原型車(chē)進(jìn)行邊界硬點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，精確定位相關(guān)部件的尺寸和位置，為各總成和部件分配準(zhǔn)確的布置空間，確定各個(gè)部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)形式、特征參數(shù)、質(zhì)量要求等條件。主要的工作包括翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的檢查布置、大燈的空間布置、儀表板的空間布置、保險(xiǎn)杠及進(jìn)氣格柵的布置等。

3.2 車(chē)身造型及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)生成

車(chē)身造型部門(mén)在油泥模型完成后，使用專(zhuān)門(mén)的3維測(cè)量?jī)x器對(duì)油泥模型進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)包括外形和內(nèi)飾兩部分。測(cè)量生成的數(shù)據(jù)稱為點(diǎn)云，工程師根據(jù)點(diǎn)云使用汽車(chē)A面制作軟件（Alias、IceM-surface、Catia等）來(lái)構(gòu)建該輕型貨車(chē)的外形和內(nèi)飾模型。數(shù)模構(gòu)造通常用UG或Catia等軟件構(gòu)建，在車(chē)身造型數(shù)據(jù)完成后，用該數(shù)據(jù)重新銑削一個(gè)模型，用以驗(yàn)證車(chē)身數(shù)據(jù)是否有誤。該模型通常使用代木或者高密度塑料來(lái)進(jìn)行加工，以便日后保存。結(jié)構(gòu)邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)云如圖8所示。

3.3 快速成型件的驗(yàn)證及工裝樣件的制造

在生成改進(jìn)部分?jǐn)?shù)據(jù)及快速成型件驗(yàn)證后，進(jìn)行工裝樣件制作過(guò)程。改進(jìn)后車(chē)身前臉數(shù)模如圖9所示。

現(xiàn)代的工裝件模具生產(chǎn)已經(jīng)與傳統(tǒng)加工大相徑庭。CAM使得加工精度和效率大幅度提升；模具的成形設(shè)計(jì)過(guò)程中，CAE使沖壓拉延件能夠預(yù)先評(píng)估，在分析中及時(shí)修正設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，從而降低拉延過(guò)程中制作件的拉裂等缺陷；流塑分析使注塑加工工藝性得到改善，減少模具后期的調(diào)整，注塑件基本上實(shí)現(xiàn)了一次性裝配成功。

4 樣車(chē)試驗(yàn)階段和量產(chǎn)階段

4.1 樣車(chē)試驗(yàn)階段

樣車(chē)的試驗(yàn)包括性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)。性能試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)階段各個(gè)總成以及零部件經(jīng)過(guò)裝配后能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并修改完善設(shè)計(jì)方案；可靠性試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證汽車(chē)的強(qiáng)度以及耐久性。樣車(chē)試驗(yàn)根據(jù)國(guó)家制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)進(jìn)行。根據(jù)試制、試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，再進(jìn)行第2輪試制和試驗(yàn)，直至產(chǎn)品定型。

對(duì)本改進(jìn)輕型貨車(chē)樣車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)其存在保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足易出現(xiàn)抖動(dòng)、大燈密封不嚴(yán)等問(wèn)題，通過(guò)采用保險(xiǎn)杠內(nèi)部做加強(qiáng)筋、大燈安裝孔位及密封條配合調(diào)整等措施，最終產(chǎn)品達(dá)到批量生產(chǎn)的要求。

4.2 量產(chǎn)階段

a. 在項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)始后，一般會(huì)在第1版數(shù)模完成前后開(kāi)始對(duì)各零部件總成進(jìn)行招標(biāo)，尋找開(kāi)發(fā)商對(duì)各零部件總成進(jìn)行前期開(kāi)發(fā)研究和準(zhǔn)備工作，在確認(rèn)所有設(shè)計(jì)都完成后就會(huì)通知各供應(yīng)商對(duì)各零部件總成進(jìn)行快速成型或模具樣件試制。

b.在設(shè)計(jì)更改完成后跟蹤供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)情況，此過(guò)程包括技術(shù)上的支持、依據(jù)開(kāi)發(fā)商反饋結(jié)果更改設(shè)計(jì)方案等。

c.根據(jù)整車(chē)供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)情況和整體進(jìn)度，再根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行第1次樣車(chē)的試制 （一般5～10臺(tái)），這些樣車(chē)主要用來(lái)驗(yàn)證車(chē)身模具、車(chē)身焊接夾具、各系統(tǒng)的相互裝配關(guān)系及相關(guān)零部件的性能等。同時(shí)，從該批車(chē)中抽出3臺(tái)狀態(tài)較好的樣車(chē)用于進(jìn)行國(guó)家公告和4×104km整車(chē)性能試驗(yàn)。

d.根據(jù)第1次試制結(jié)果，反饋問(wèn)題更改和完善車(chē)身模具、焊接夾具及相關(guān)零部件性能等。

e.再經(jīng)歷第2次試制、第3次試制、第1次小批量試制、第2次小批量試制、第3次小批量試制，經(jīng)過(guò)以上反復(fù)完善的過(guò)程后，直到問(wèn)題都解決后此款車(chē)才達(dá)到上市要求。

1 何人可.工業(yè)設(shè)計(jì)史.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

2 王受之.世界現(xiàn)代設(shè)計(jì)史.北京：中國(guó)青年出版社，2002.

3 萬(wàn)軍，等.逆向工程中數(shù)據(jù)點(diǎn)云精簡(jiǎn)方法研究.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004.

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5 戴靜.逆向工程數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究：[學(xué)位論文].南京:南京理工大學(xué)，2003.

6 王秀峰.快速原型制造技術(shù).北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.