重卡駕駛室設計思路與機制*

張永寧，林 琳，胡 睿，黃建國

（云南省機械研究設計院//云南省機電一體化應用技術重點試驗室//云南省先進制造技術研究中心，云南昆明 650031）

0 引言

汽車駕駛室總成作為汽車重要零部件，是汽車的控制樞紐及指揮中心。其對安全、節(jié)能和環(huán)保等技術要求高。2012年，我國汽車產銷量雙超1 900萬輛，產銷量世界第一，但我國汽車開發(fā)能力和技術水平需要提升。特別是重型汽車的駕駛室多數通過技術引進、合作開發(fā)或仿制，缺乏完整的自主開發(fā)和創(chuàng)新能力。因此，在開發(fā)高原型重型汽車駕駛室過程中，通過學習消化國際先進開發(fā)技術，充分運用現代設計手段與技術進行綜合設計，建立企業(yè)的駕駛室開發(fā)機制與流程，自主研發(fā)高檔重型載貨汽車駕駛室，形成了企業(yè)創(chuàng)新能力和產品的競爭力，進一步推動企業(yè)建立和完善自主創(chuàng)新的組織體系和運行機制。

1 重型汽車駕駛室的開發(fā)目標

1.1 技術目標

（1）外觀以線型大圓角造型為主的現代風格，形成獨特、新穎、美觀的具有現代理念和創(chuàng)意汽車駕駛室外觀形狀；

（2）室內舒適性、坐姿舒適性、操縱方便性、視野性對標國內先進水平；

（3）車內噪聲和駕駛室整體隔聲能力達到國家標準；

（4）風阻系數≤0.58（仿真值）；

（5）氣密封性≤750 m3/h；車身密封間隙，保證密封性符合在噴淋壓力70～150 kPa和受試時間15分鐘的條件下，車身的門、窗、側圍、行李艙等不得有滲、漏水現象；

（6）車門的開閉力、平順性不低于國內大型主流廠家同類產品同等水平；

（7）室內熱舒適性、坐姿舒適性、操縱方便性、視野性對標國內先進水平。

1.2 目標控制

（1）經濟目標控制，成本、進度和用戶要求（市場需求）。

（2）技術目標控制，技術指標、設計質量、工藝設計質量、制造質量。

2 設計思路與機制[1-2]

要達到以上目標，在設計時就要采用現代設計方法，通過實施以下幾點，完成目標任務：一是通過計算機仿真和模擬技術進行技術支撐；二是建立科學的設計機制與流程；三是建立科學開發(fā)平臺。

2.1 計算機仿真和模擬技術[3]

應用CAE(Computer Aided Engineering，計算機輔助驗證)技術進行駕駛室的龍骨框架結構及白車身結構靜態(tài)分析、結構動態(tài)分析、安全性分析和疲勞分析；應用CAS(Computer Aided Styling，計算機輔助造型)技術和DMU(Distal Mock—Up，數字原型)技術創(chuàng)建出駕駛室的造型方案、結構和駕駛室殼體及外飾圖；應用CFD(Computational Fluid Dynanmics，計算流體動力學)分析模擬車輛行駛狀態(tài)的風洞試驗；應用VR(Virtual Reality，虛擬現實)技術實現駕駛室內熱舒適性、坐姿舒適性、操縱方便性、視野性等；并進行沖壓成型分析（PamStamp軟件）應用。

2.2 設計機制

盡管汽車駕駛室只是汽車的一個部分，但開發(fā)新駕駛室動輒上千萬、甚至上億元，對汽車新產品是牽一發(fā)而動全身。科學的設計機制與流程，是保證汽車新產品高效高質量的開發(fā)關鍵。

盡管企業(yè)實現了信息化，但是多數企業(yè)，特別是民營企業(yè)技術信息資源人為或管理上造成自愿交換、信息不完全，開發(fā)過程中設計與工藝、制造等信息不共享；風險控制機制不完善，前期規(guī)劃、立項、設計質量等控制不力；開發(fā)機構定位、職責不細；這些都會造成開發(fā)過程延遲，浪費資源，甚至開發(fā)不成功。而這些資源的合理利用，才能使產品開發(fā)達到既定目標。

（1）跨職能開發(fā)的組織機構

設立跨職能開發(fā)團隊矩陣式機構，并明確職責，形成一個能夠使機構中各領域技術人員同時合作的并行環(huán)境。在這一環(huán)境下，開發(fā)人員之間一起并行協(xié)同工作，對產品設計、工藝、制造等上下游各方面進行同時考慮和并行交叉設計，及時地交流信息。

（2）開發(fā)流程管理體系[4]

形成汽車駕駛室開發(fā)的科學管理制度，形成有效的控制體系，通過科學的方法與流程進行新產品創(chuàng)意和構思的搜集、篩選和優(yōu)化；再由控制體系進行管理、評估，保證汽車駕駛室開發(fā)不偏離設定的各種目標。其中最重要的是：人員的激勵機制與培養(yǎng)機制、開發(fā)前期工作的管理、風險管理、進度管理和質量控制管理。

2.3 設計流程

2.3.1 市場與技術分析

對未來卡車發(fā)展趨勢與市場前景進行研究，將新車型的一些重要參數和市場與技術定位確定下來（整車與駕駛室）。形成新車型設計目標任務書。一是要明確新車型的形式、功能以及技術特點，二是描述要產品車型的最終定位，最后提出駕駛室設計目標任務書。

2.3.2 概念設計與總體初步設計2.3.2.1汽車總布置草圖

根據新車型設計目標任務書及整車性能要求提出對駕駛室各總成及部件的布置要求和特性參數等設計要求；協(xié)調駕駛室與整車及相關總成間的布置關系和參數匹配關系，確定硬點尺寸和初步布置方案。駕駛室性能達到最優(yōu)并滿足設計目標任務書要求的整車參數和性能指標的汽車。

2.3.2.2 造型設計[5-6]

在基本尺寸的基礎上進行造型設計。這是至關重要的環(huán)節(jié)，包括外形和內飾設計兩部分。對比同類車型進行造型上的比較，確定設計的主題。一是建立效果圖；二是建立3維數字模型，并用VR和CFD在虛擬的環(huán)境中，對數學模型進行仿真分析、虛擬評價、外形修改和優(yōu)化。

2.3.2.3 油泥模型的制作

通過3維數字模型然后由銑削機銑削出多個小比例油泥模型，或3D打印出小比例油泥模型，然后經油泥模型師進行細節(jié)調整。從中選出最終的設計方案，進行1∶1比例油泥模型的制作，進行評審，并最終確定造型方案，凍結油泥模型，并進行曲面光順與高光檢查形成駕駛室數模。

2.3.3 結構設計與工程化[6-8]

2.3.3.1 總布置設計

在前面總布置草圖的基礎上，深入細化總布置設計，準確的描述各部件的尺寸和位置，為各零部件分配準確的布置空間，形成內飾布置圖、外飾布置圖以及電器布置圖。

2.3.3.2 結構設計

對駕駛室拆分，進行結構設計，運用CAE等對駕駛室車身結構進行車身靜態(tài)仿真分析、聯接件結構靜態(tài)仿真分析、結構動態(tài)仿真分析、沖壓成型仿真分析、通過分析對結構進行優(yōu)化，使駕駛室結構強度、剛度、安全性達到預定目標。

2.3.3.3 白車身工程設計

運用虛擬樣機技術，進行駕駛室人機工程性能分析與評價、駕駛室安全性與舒適性分析與評價、確定車身結構方案，對各個組成部分進行詳細設計，使用完成的3維數模，進行運動干涉分析、拆裝模擬分析、零部件之間干涉性分析等工藝性分析，完成裝配關系圖及車身焊點圖。

2.3.3.4 內外飾工程設計

用3維數模進行內外飾工程設計，外裝件的主要設計包括前保險杠、玻璃、車門防撞裝飾條、進氣格柵、后視鏡、車門機構及附件以及密封條。內飾件主要設計包括儀表板、方向盤、座椅、安全帶、安全氣囊、地毯、側壁內飾件、遮陽板、扶手、車內后視鏡等。

2.3.3.5 電器工程設計

對雨刮系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、各種儀表、整車開關、前后燈光以及車內照明系統(tǒng)進設計選型。

2.3.3.6 技術文件

編制詳細的產品技術說明書以及詳細的零部件清單列表，驗證法規(guī)。

2.3.4 樣機試制與試驗

通過快速模具制造出快速試驗樣車模具，并將駕駛室數模發(fā)給模具制造廠制作模具，試驗需要制作各種試驗樣車。進行試驗場測試、道路測試、風洞試驗、碰撞試驗等。對出現的各種問題進行改進設計。

2.3.5 同時制作駕駛室焊接卡具和駕駛室焊裝生產線，經調試，小批量生產，生產出合格駕駛室。

2.4 開發(fā)平臺

為縮短研發(fā)時間，需建立必要的開發(fā)平臺：

（1）建立計算機及知識庫支持的協(xié)同開發(fā)平臺，支持12～24小時同時工作，支持產學研開發(fā)，完善設計標準化、零部件標準化、模塊化，建立工藝標準化；

（2）建立虛擬支持支持產品和工藝開發(fā)虛擬產品平臺，實現市場分析、概念設計及工程設計、工藝設計試驗、產品及產品試驗的虛擬化，減少開發(fā)過程中的實物模型數量；

（3）建立合適的快速試驗樣車模具系統(tǒng)。

3 結束語

在重型汽車駕駛室開發(fā)和整車開發(fā)中，新技術應用和設計機制的建立是關鍵的環(huán)節(jié)，通過這次高原型重型汽車駕駛室過程，應用先進的駕駛室開發(fā)技術與和虛擬現實等開發(fā)技術有機地結合起來，初步建立了一套開發(fā)設計與機制與流程，效果比較好，實踐證證明可以縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)產品的質量。

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