卡車架設(shè)計(jì)流程

尹民鑫 曹德本

摘 要：車架是卡車的承載主體，一旦設(shè)計(jì)失誤將給主機(jī)廠造成難以估量的后果。設(shè)計(jì)流程的建立使設(shè)計(jì)人員建立清晰的設(shè)計(jì)思路，考慮設(shè)計(jì)的各方面信息，有利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，提高設(shè)計(jì)效率，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期。設(shè)計(jì)流程包含車架設(shè)計(jì)構(gòu)想、車架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)驗(yàn)證、車架數(shù)據(jù)凍結(jié)四個階段。車架設(shè)計(jì)工程師通過與 BM數(shù)據(jù)庫和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的交流并達(dá)成一致后，通過數(shù)據(jù)梳理形成車架總成和主要零部件的構(gòu)想；通過設(shè)計(jì)計(jì)算、與系統(tǒng)布置工程師和 BM交流滿足后完成車架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；試驗(yàn)驗(yàn)證滿足要求且評審?fù)ㄟ^后進(jìn)入數(shù)據(jù)凍結(jié)階段，數(shù)據(jù)凍結(jié)既是本輪工作的終點(diǎn)又是下一輪設(shè)計(jì)和改進(jìn)的起點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：輕卡； 車架 ；設(shè)計(jì)流程

1 前言

輕卡車架（以下簡稱車架）一般由左右對稱的兩根縱梁和若干根橫梁鉚接而成，車架既是卡車的承載主體，又是所有部件的連接基體，被比喻為卡車的脊梁，重要性不言而喻，建立一個適用的流程對于提高車架的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量是重要且必需的，本文主要適用于輕型卡車車架的設(shè)計(jì)流程，其他型式車架或部件也可參考。

2 輕卡車架設(shè)計(jì)流程

從預(yù)研指令下發(fā)之日起，所屬項(xiàng)目進(jìn)入預(yù)研開發(fā)階段，車架即開始進(jìn)入設(shè)計(jì)構(gòu)想，開發(fā)指令下發(fā)后車架進(jìn)入正式開發(fā)，下面對流程每一階段需要做的工作進(jìn)行逐一展開，設(shè)計(jì)流程圖見圖 1。

2.1 車架設(shè)計(jì)構(gòu)想

本階段開始于項(xiàng)目預(yù)研指令下發(fā)后，是項(xiàng)目可行性分析的有效組成部分，是開發(fā)指令的基礎(chǔ)支撐。

與 BM數(shù)據(jù)庫的交流工作：

BM是 benchmark的縮寫，可理解為分析時(shí)依照做出衡量和判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

汽車經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，車架創(chuàng)新空間小，開發(fā)具有競爭力的車架，針對競品的分析尤其重要。對比同類競品車型車架信息庫，了解競品的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，側(cè)重在重量，成本，工時(shí)的分析，以及設(shè)計(jì)創(chuàng)意的采集，構(gòu)想新設(shè)計(jì)車架的主要性能、結(jié)構(gòu)指標(biāo)。注意分析競品不僅僅局限于車架自身而要從整車角度出發(fā)，堅(jiān)持局部服從于整體的原則，確保在產(chǎn)品生命周期內(nèi)整車具備競爭優(yōu)勢或具備與優(yōu)勢竟品抗衡的能力。競品分析的要點(diǎn)是要有對比優(yōu)勢，做出一個具備絕對優(yōu)勢的產(chǎn)品是困難的甚至是不可實(shí)現(xiàn)的，通過分析對比完成車架“對比競品分析報(bào)告”。

對客戶群體反饋信息的收集分析，客戶群體包含目標(biāo)市場的經(jīng)銷商、固定客戶和潛在客戶，分析要充分展示客戶關(guān)注點(diǎn)，重點(diǎn)了解客

22 AUTO TIME

戶對縱梁主截面（承載能力）、縱梁結(jié)構(gòu)形式（直通梁、變截面梁等）、漆面（色彩，防銹等級，表面缺陷等）、孔位布局（后期改裝和加裝部件的方便性）、橫梁（根數(shù)，結(jié)構(gòu)形式，連接方式，分布距離）的需求信息，分析并厘清顯性需求和隱性需求，在滿足整車布置和車架本體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上最大程度的滿足客戶的偏好和使用習(xí)慣，具備吸睛亮點(diǎn)和功能亮點(diǎn)。建立在合理基礎(chǔ)上的用戶需求是設(shè)計(jì)者要考慮的第一要素，設(shè)計(jì)的最終目的是要客戶樂于接受你的產(chǎn)品，通過分析完成車架“客戶需求要素表”。

對比專利法規(guī)分析，通過專利信息檢索，厘清現(xiàn)有車架專利的權(quán)利要求，一方面在設(shè)計(jì)之初規(guī)避專利風(fēng)險(xiǎn)，避免知識權(quán)利糾紛，另一方面為創(chuàng)新點(diǎn)申請專利進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。車架目前雖然不是法規(guī)件，但是做為整車裝配主體，要保證不能對法規(guī)或法規(guī)件形成干擾，例如 GB 7258 對 VIN碼位置的要求，車架要留出對應(yīng)的打刻位置。通過分析完成車架“專利法規(guī)分析報(bào)告”。

分析公司產(chǎn)品庫和供應(yīng)商零部件資源庫，了解新設(shè)計(jì)車架哪些零部件可以沿用或通過設(shè)計(jì)變更可以通用，了解哪些材料是公司推薦使用，最大程度降低原材料和零部件種類及庫存，初步梳理車架“沿用件清單”和“新開發(fā)件清單”。

分析生產(chǎn)工藝及流程，既要了解公司現(xiàn)有的又要了解新車架投產(chǎn)期的工藝狀況，例如車架縱梁現(xiàn)在采用沖壓成型而后續(xù)采用輥壓成型，縱梁就不宜采用變截面；鉚接由人工鉚接換成機(jī)器人鉚接，就要在鉚接路線和鉚接空間上進(jìn)行適應(yīng)，通過分析與工藝部門一起擬定車架“制造工藝流程”。

分析車架失效模式，通過對已有車架失效模式的分析，在新設(shè)計(jì)車架上加以規(guī)避，失效分析既要建立在公司已有的關(guān)注點(diǎn)也要分析競品的失效方式，做到少走彎路和提高設(shè)計(jì)效率。擬定規(guī)避方案和驗(yàn)證手段。

關(guān)聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)想的互動交流，完成下述工作：

與總布置交流，車架要滿足整車布置構(gòu)想的邊界條件，重點(diǎn)關(guān)注輪距及輪胎包絡(luò)空間與車架寬度的對應(yīng)，懸架結(jié)構(gòu)與車架連接的要求，主要總成的安裝對縱梁、橫梁布局和連接的要求，做到整車布局協(xié)調(diào)，整車布置滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。協(xié)助總布置擬定整車設(shè)計(jì)硬點(diǎn)。

與系統(tǒng)布置工程師交流，重點(diǎn)關(guān)注車架孔位布局和子系統(tǒng)的安裝互動，力求做到零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化、通用化，使管路走向和連接通暢、簡潔、美觀，協(xié)助系統(tǒng)布置工程師擬定關(guān)鍵安裝硬點(diǎn)。

與性能工程師交流，擬定車架的剛度、強(qiáng)度等性能指標(biāo)。

車架設(shè)計(jì)構(gòu)想完成：

車架設(shè)計(jì)工程師通過與 BM數(shù)據(jù)庫和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的交流并達(dá)成一致后，通過數(shù)據(jù)梳理形成車架總成和主要零部件的構(gòu)想，完成“車架設(shè)計(jì)構(gòu)想書”。

在滿足預(yù)研指令和項(xiàng)目評審后完成收斂，進(jìn)入車架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)工作。

雖然本階段具體車型工作定義在預(yù)研指令下發(fā)后進(jìn)行，實(shí)際上 BM分析是一個信息龐大的系統(tǒng)工程，應(yīng)貫穿于產(chǎn)品工程師的整個技術(shù)生命周期，只有持續(xù)連貫的運(yùn)用 BM手法進(jìn)行分析、判斷、總結(jié)和累積，才能使工程師形成系統(tǒng)的思維和職業(yè)敏感點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中才能運(yùn)用自如，做到水到渠成，成為一個優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的產(chǎn)品。

2.2 車架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

本階段工作在車架設(shè)計(jì)構(gòu)想評審?fù)ㄟ^并接到開發(fā)指令后正式開始。此時(shí)整車各系統(tǒng)零部件也進(jìn)行同步設(shè)計(jì)，通過本階段的工作，車架零部件從概念設(shè)計(jì)固化為結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)并滿足制造要求，車架總成技術(shù)狀態(tài)確認(rèn)并與整車各系統(tǒng)的匹配達(dá)到試制試驗(yàn)要求。

通過設(shè)計(jì)計(jì)算，完成以下工作：

車架工作時(shí)要承受扭轉(zhuǎn)、彎曲等多種載荷產(chǎn)生的彎矩和剪切力，同時(shí)受到來自路面和車橋的激勵而產(chǎn)生的振動，設(shè)計(jì)中除了要有足夠的強(qiáng)度、足夠的抗彎剛度和合適的扭轉(zhuǎn)剛度保證汽車對路面的適應(yīng)性外，合理的振動特性也是十分重要的，以避開汽車在行駛過程中各部件產(chǎn)生的共振，導(dǎo)致部件的早期損壞，減低汽車的使用壽命。

設(shè)計(jì)工程師將車架數(shù)模提交給 CAE工程師，CAE工程師搭建車架在整車條件下的計(jì)算模型進(jìn)行分析，通過對彎曲、扭轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向、制動等各種典型工況對車架進(jìn)行分析計(jì)算，并計(jì)算車架自由狀態(tài)下的模態(tài)。 CAE工程師將計(jì)算結(jié)果和車架設(shè)計(jì)師交流改進(jìn)直至車架的強(qiáng)度、剛度、模態(tài)滿足要求。協(xié)助 CAE工程師完成“車架計(jì)算分析報(bào)告”。

關(guān)聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流，完成以下工作：

與總布置工程師交流，確定車架寬度滿足輪距布置要求，懸架安裝點(diǎn)滿足軸距和整車姿態(tài)要求，橫梁布置滿足駕駛室安裝和動力系統(tǒng)安裝要求，車架滿足其他系統(tǒng)零部件的安裝和動態(tài)、靜態(tài)間隙要求，達(dá)成設(shè)計(jì)硬點(diǎn)共識。協(xié)助總布置完成并發(fā)布“總布置硬點(diǎn)設(shè)計(jì)報(bào)告”。

與系統(tǒng)布置工程師交流，車架工程師將設(shè)計(jì)信息傳達(dá)給各系統(tǒng)布置工程師并接受系統(tǒng)布置工程師的信息反饋。交流包括孔位的布局原則和孔徑規(guī)格，盡量做到孔位的標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)整車的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)，簡化設(shè)計(jì)校核，縮短后期系列車型的開發(fā)周期，提高零部件的沿用率；交流也包括零部件形位公差，方便系統(tǒng)布置工程師建立設(shè)計(jì)尺寸鏈，進(jìn)行尺寸工程校核；與系統(tǒng)布置工程師交流的同時(shí)也應(yīng)邀請 CAE工程師參加，將車架的動態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力及變形告知系統(tǒng)布置工程師，使系統(tǒng)布置工程師避開動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變較大區(qū)域，并對較大靜應(yīng)力變形區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)補(bǔ)償和采取應(yīng)對措施。通過以上交流達(dá)成安裝硬點(diǎn)共識，協(xié)助系統(tǒng)布置工程師發(fā)布“安裝硬點(diǎn)報(bào)告”。

BM分析在本階段也是必須進(jìn)行的，車架主結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)構(gòu)想階段已經(jīng)得到確認(rèn)，可能會有發(fā)生偏離初始設(shè)想的變化，但變化都應(yīng)是可控的。本階段主要工作是零部件設(shè)計(jì)和工藝的融合，做到設(shè)計(jì)、制造和裝配基準(zhǔn)的統(tǒng)一，零部件的結(jié)構(gòu)通過現(xiàn)有工藝可以經(jīng)濟(jì)高效無損傷的制造，零部件的設(shè)計(jì)精度要和工藝精度吻合，目的是設(shè)計(jì)要能被制造完整的表達(dá)出來；車架孔位較多，設(shè)計(jì)時(shí)要注意設(shè)計(jì)裝配識別孔或簡易組合識別標(biāo)記，方便車架本體裝配或其他零部件裝配，避免錯漏裝。

車架在滿足上述條件的前提下，即可制作完成車架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，同時(shí)完成“失效模式分析”以便后續(xù)進(jìn)行失效分析，完成“試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃”指導(dǎo)后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證，完成“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”指導(dǎo)后續(xù)檢查驗(yàn)收、完成“ EBOM”指導(dǎo)數(shù)據(jù)管理，完成“新開發(fā)件清單”和“沿用件清單”方便生產(chǎn)管理和成本核算。以上工作完成并評審?fù)ㄟ^后，進(jìn)行階段車架數(shù)據(jù)凍結(jié)和歸檔，完成本階段工作，進(jìn)入試驗(yàn)驗(yàn)證階段。

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)驗(yàn)證是對前期設(shè)計(jì)計(jì)算的最終檢驗(yàn)，是車架設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，在上一階段“試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃”指導(dǎo)下進(jìn)行。

首先完成車架在規(guī)定工況下的應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)，用以核對前期計(jì)算模型的符合性，在偏差允許范圍內(nèi)則認(rèn)為前期計(jì)算分析有效，超出偏差則需調(diào)整計(jì)算模型直至調(diào)整設(shè)計(jì)以達(dá)到預(yù)期目的。整車搭載路試試驗(yàn)以模擬車架的使用性能，路試搭載無故障，車架達(dá)到設(shè)計(jì)目的，完成設(shè)計(jì)凍結(jié)。路試出現(xiàn)故障，則進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)直至路試通過。試驗(yàn)驗(yàn)證的故障和偏差都應(yīng)更新至“失效模式分析”單中，以便后續(xù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注并避免事故的再發(fā)生。試驗(yàn)驗(yàn)證評審?fù)ㄟ^后進(jìn)入數(shù)據(jù)凍結(jié)階段，試驗(yàn)驗(yàn)證評審不通過則進(jìn)入車架數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)流程，所有的試驗(yàn)結(jié)果以“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”形式存檔。

2.4 數(shù)據(jù)凍結(jié)

數(shù)據(jù)凍結(jié)是對車架設(shè)計(jì)本階段工作的最終評價(jià)，數(shù)據(jù)凍結(jié)后，車架數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)發(fā)放單一起發(fā)送至下游部門使用，同時(shí)進(jìn)入 BM數(shù)據(jù)庫作為下一次設(shè)計(jì)的基點(diǎn)數(shù)據(jù)引用，數(shù)據(jù)凍結(jié)后允許對數(shù)據(jù)進(jìn)行 VAVE變更和因其他系統(tǒng)變更而引起的關(guān)聯(lián)變更，后續(xù)進(jìn)行的變更不會引起車架的基礎(chǔ)性的變動，否則進(jìn)入上一個設(shè)計(jì)流程循環(huán)，在產(chǎn)品生命周期內(nèi)經(jīng)過設(shè)計(jì)驗(yàn)證的車架的顛覆性的變更一般是有害的和不鼓勵的。

3 結(jié) 論

車架設(shè)計(jì)構(gòu)想階段需要進(jìn)行持續(xù)、系統(tǒng)、目的明確的 BM分析和專業(yè)交流，使車架的各項(xiàng)指標(biāo)與需求和現(xiàn)實(shí)吻合；車架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是建立在滿足整車各系統(tǒng)要求和自身性能指標(biāo)基礎(chǔ)上，通過 BM分析能夠在制造和裝配時(shí)正確表達(dá)設(shè)計(jì)思想；試驗(yàn)驗(yàn)證是對設(shè)計(jì)計(jì)算的最終檢驗(yàn)，完成車架理論和實(shí)際工作工況的相互驗(yàn)證；數(shù)據(jù)凍結(jié)是對車架設(shè)計(jì)本階段工作的最終評價(jià)；以上四個階段工作完成表明設(shè)計(jì)車架可供下游部門使用。

車架設(shè)計(jì)每一階段都要的工作都要評審?fù)ㄟ^后才能進(jìn)入下一階段工作，每個階段都有明確的交付物用于核查和存檔。

設(shè)計(jì)流程的建立使設(shè)計(jì)人員建立清晰的設(shè)計(jì)思路，全面而具體的考慮設(shè)計(jì)的各方面信息，通過設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)差錯提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期。車架做為卡車的重要部件，通過完善的流程使問題在投放市場前得以解決，避免進(jìn)入市場后出現(xiàn)重大問題將給主機(jī)廠造成難以估量的后果。

設(shè)計(jì)流程的建立和完善不可能一蹴而就，隨著使用經(jīng)驗(yàn)的積累和驗(yàn)證而逐步完善，隨著技術(shù)和設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步而發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟廣均 . 信息資源管理導(dǎo)論 .北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]葛楊 .邱志明 .設(shè)計(jì)方法學(xué) .哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2013.

[3] 余志生 .汽車?yán)碚?.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2009.

[4] 張洪欣 .汽車設(shè)計(jì) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996.

[5]孟明辰 .并行設(shè)計(jì) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999.