論汽車吹面出風口平臺化設(shè)計開發(fā)

袁玖華，張志剛

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論汽車吹面出風口平臺化設(shè)計開發(fā)

袁玖華，張志剛

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

文章主要以出風口平臺化設(shè)計開發(fā)為例，來闡述平臺化開發(fā)過程中遇到的問題，以及分析、解決問題的思路，并逐步運用到其他零部件設(shè)計開發(fā)中。出風口平臺化設(shè)計需要考慮諸多因素的影響，通過綜合評價及整車試驗驗證后方能最終確定平臺化開發(fā)方案。

出風口；平臺化；設(shè)計開發(fā)

前言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)自主品牌崛起以及合資品牌低端化策略，造成汽車行業(yè)競爭壓力加劇。針對此現(xiàn)狀，各大主機廠各顯神通，在不影響整車性能的前提下想盡各種辦法降低整車開發(fā)成本，縮短整車開發(fā)周期，以求生存?？刂普囬_發(fā)成本的方法很多，但平臺化開發(fā)策略在整車開發(fā)成本控制中貢獻卓越，同樣，汽車零部件平臺化設(shè)計開發(fā)也可以大大縮短整車開發(fā)周期。

1 平臺化的定義及意義

1.1 平臺化定義

平臺化從概念上講，是指基礎(chǔ)，一般指具有通用性的技術(shù)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)或業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。在汽車開發(fā)過程中，平臺通常是指技術(shù)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而較少的指業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。需要注意的是，通用性不是平臺化，而平臺化的結(jié)果或平臺化具有通用性的特征。

1.2 平臺化的意義

汽車平臺化主要是為了適應(yīng)個性化的需求，縮短汽車的設(shè)計開發(fā)周期及降低整車設(shè)計開發(fā)成本，采用平臺化設(shè)計可以提高通用化的理念，將產(chǎn)品平臺化、模塊化以便以更低的開發(fā)成本和最短的開發(fā)周期來實現(xiàn)更多的產(chǎn)品類型的開發(fā)和生產(chǎn)。

2 平臺化、通用化、家族化之間的關(guān)系

平臺化是通用化的基礎(chǔ)，是同平臺之間的共用，通用化可以是平臺通用，也可以是零部件通用，通用化包括平臺化，而家族化主要是針對汽車造型而言，汽車外觀及內(nèi)飾造型設(shè)計風格相同，稱之為家族化。

3 平臺化出風口設(shè)計開發(fā)

3.1 平臺化出風口介紹

縱觀全球汽車行業(yè)，汽車吹面出風口風格及功能各式各樣，各大汽車廠會根據(jù)各自公司的風格設(shè)計出適合自身的吹面出風口造型。不同的車型出風口的布置位置各異，本文主要介紹儀表板上布置的四個吹面出風口。儀表板上的四個出風口一般以Y0中心對稱，大多數(shù)車型四個出風口均不能通用，少數(shù)車型可以實現(xiàn)兩兩通用，而紳寶X25車型儀表板上的四個吹面出風口平臺化開發(fā)做的相對突出。現(xiàn)以紳寶X25車型出風口設(shè)計為例，說明平臺化出風口的開發(fā)過程。圖1為北汽紳寶X25車型出風口分布示意圖，四個出風口可以任意互換，且裝飾件色彩可以隨整車內(nèi)飾風格變換。

圖1 紳寶X25車型出風口分布圖

紳寶X25吹面出風口結(jié)構(gòu)介紹，如圖2所示：

圖2 出風口結(jié)構(gòu)分解圖

紳寶X25車型吹面出風口，是北汽開發(fā)的首款平臺化出風口，在設(shè)計之初就將平臺化因素及平臺化理念運用到整個開發(fā)過程中，成功完成一款平臺化出風口的設(shè)計開發(fā)，出風口主要由裝飾件、出風口面板、固定框、葉片固定框、出風口內(nèi)腔及出風口葉片組成，并通過旋轉(zhuǎn)出風口面板控制出風口的開關(guān)，調(diào)整出風口裝飾件調(diào)節(jié)出風口葉片吹風角度，實現(xiàn)出風口的功能。下面詳細介紹一下平臺化出風口的開發(fā)流程。

3.2 平臺化出風口開發(fā)流程

開發(fā)流程如圖3所示：

圖3 出風口開發(fā)流程

縱觀出風口平臺化開發(fā)的整個過程，紳寶X25車型出風口開發(fā)過程中，針對和出風口平臺化開發(fā)強相關(guān)的環(huán)節(jié)進行有效把控，確保出風口開發(fā)完成后，實現(xiàn)平臺化。出風口開發(fā)流程中和平臺化強相關(guān)的環(huán)節(jié)有：概念設(shè)計、總體定義及初步設(shè)計、油泥模型制作、3D數(shù)據(jù)設(shè)計及模檢具制作，介紹如下：

概念設(shè)計：工程部，項目開發(fā)前期，將平臺化理念深入到設(shè)計開發(fā)中，根據(jù)此平臺車型定義及出風口設(shè)計規(guī)范，確定出風口的有效出風面積，出風口設(shè)計規(guī)范中規(guī)定出風口面積按照車型要求如圖4所示。

圖4 出風口截面積要求

紳寶X25是一款小型SUV車型，固此平臺出風口面積定義為4200mm2，并將此要求輸入給造型部，進行概念設(shè)計。

造型部，造型師根據(jù)開發(fā)車型的市場、價格、客戶群定位確定對標車型、車輛主題定義及工程部輸入的平臺化出風口面積，進行整車概念設(shè)計，并將平臺化理念與創(chuàng)意設(shè)計完美結(jié)合，設(shè)計出幾套方案進行相關(guān)評審。概念設(shè)計大方向確定后，造型師根據(jù)確定的方案，進行細節(jié)方面的優(yōu)化設(shè)計并渲染出效果，工程部根據(jù)概念設(shè)計確定的方案出具對應(yīng)效果圖的評審意見，綜合考慮效果圖中出風口平臺化設(shè)計的工程可行性，繼而根據(jù)效果圖（圖5所示）進行平臺化出風口的下一步設(shè)計開發(fā)工作。

圖5 紳寶X25車型吹面出風口效果圖

總體定義及初步設(shè)計：工程部門根據(jù)造型部提供的效果圖，初步分析出風口的平臺化可行性、分塊方案、功能定義及裝配維修性。通過對標分析，確定紳寶X25車型出風口的初步分塊方案，圖6所示：

考慮平臺化設(shè)計，出風口功能初步定義：葉片上下左右可調(diào)節(jié)以滿足出風口氣流范圍要求、出風口開關(guān)要求及風量大小可調(diào)節(jié)，如圖7所示：

圖7 出風口功能定義示意圖

出風口風量大小及開關(guān)通過調(diào)節(jié)出風口面板來實現(xiàn)，順時針旋轉(zhuǎn)為減小風量直至關(guān)閉狀態(tài)，逆時針旋轉(zhuǎn)為增大風量直至風門全部打開。出風角度通過調(diào)整出風口葉片來實現(xiàn)，上下左右均可調(diào)節(jié)。裝配維修方便性，通過出風口正面卡接安裝，方便裝配和維修，更有利于出風口平臺化。通過以上三方面對標分析、方案評審初步完成出風口的總體定義及初步設(shè)計。造型部根據(jù)確定的方案制作油泥模型，進一步完成模型評審。

油泥模型制作：出風口可操控性對于平臺化設(shè)計而言是至關(guān)重要的，包含兩方面的內(nèi)容，其一，出風口操作方便性，其二出風口操作空間，通過油泥模型評審確定人機舒適性，及可操控性，最終確定出風口方案可行性。對于油泥模型而言，出風口人機舒適性主要考察出風口布置位置與儀表板整體造型的協(xié)調(diào)性，因車型而異。油泥模型評審凍結(jié)后，造型部開始制作曲面，工程部門根據(jù)造型提供的曲面進行3D數(shù)據(jù)設(shè)計工作。

圖8 紳寶X25出風口3D數(shù)據(jù)

3D數(shù)據(jù)設(shè)計：出風口初步方案確定后，根據(jù)CAS面進行3D數(shù)據(jù)設(shè)計，數(shù)據(jù)設(shè)計要圍繞平臺化展開，例如，出風口安裝結(jié)構(gòu)相同、方便拆裝等。數(shù)據(jù)階段主要從理論上驗證出風口平臺化方案的可行性，確保出風口分塊方案及功能定義滿足相關(guān)要求，裝配維修方便快捷。紳寶X25出風口3D數(shù)據(jù)如圖8所示。

數(shù)據(jù)設(shè)計完成后，通過運動分析，從理論上校核出風口功能可行性，出風口運動分析如圖9所示：

圖9 紳寶X25出風口運動分析

通過出風口3D數(shù)據(jù)校核及運動分析，確定理論設(shè)計滿足要求。因紳寶X25車型開發(fā)的是圓形出風口，設(shè)計過程中需要考慮儀表板四個吹面出風口通用的問題，進一步降低開發(fā)周期及成本。出風口3D數(shù)據(jù)凍結(jié)后，再通過制作CNC樣件進一步驗證方案的可行性，確定方案無問題后，下發(fā)數(shù)據(jù)給供應(yīng)商進行模檢具的開發(fā)工作。

模檢具制作：模檢具設(shè)計前期，需要和產(chǎn)品及模具供應(yīng)商明確紳寶X25車型出風口平臺化的需求，并根據(jù)此平臺規(guī)劃的車型及各車型生命周期內(nèi)的量綱需求，初步確定出風口模具材料，以滿足出風口平臺化生產(chǎn)的需求。

出風口平臺化開發(fā)流程中，本文主要針對和平臺化強相關(guān)的幾個環(huán)節(jié)做了相關(guān)說明，其他環(huán)節(jié)同樣需要慎重考慮，所以我們在出風口平臺化開發(fā)過程中，都需把平臺化理念貫穿到每一個環(huán)節(jié)中，充分考慮平臺化影響因素，并將平臺化開發(fā)過程中遇到的問題，通過對標分析，方案評審逐一擊破。以紳寶X25車型出風口平臺化設(shè)計應(yīng)用為例，說明出風口平臺化設(shè)計開發(fā)思路。

4 出風口平臺化開發(fā)案例分析

紳寶X25吹面出風口設(shè)計開發(fā)，充分考慮了平臺化設(shè)計及應(yīng)用，并成功的在紳寶平臺后續(xù)車型中得以運用。現(xiàn)以紳寶X35車型為例，說明出風口平臺化運用過程中的主要影響因素、遇到的一系列問題及解決方案。

出風口平臺化設(shè)計運用主要影響因素分別體現(xiàn)在：局部造型影響、人機布置因素、整車采暖需求等三個方面，針對以上三方面的因素分析如下：

4.1 局部造型影響

紳寶X35車型概念設(shè)計前期，將紳寶X25車型出風口以平臺化清單的形式輸入給造型，造型師在紳寶X35車型概念設(shè)計階段需要把平臺化出風口考慮到概念設(shè)計中，造型部評估紳寶X25出風口對造型的影響，并根據(jù)紳寶X35儀表板造型做適應(yīng)性調(diào)整，以滿足X35車型整體造型效果，至此，紳寶X25車型出風口在造型階段完成平臺化設(shè)計。紳寶X25/X35車型儀表板造型對比如圖10所示：

圖10 紳寶X25/X35車型儀表板造型對比

效果圖確定后，造型根據(jù)確定的效果圖出具一版初版CAS供工程分析可行性。通過不同車型出風口周邊造型特征的差異化，實現(xiàn)平臺化應(yīng)用。

4.2 人機布置因素

（1）出風口人機布置要求

根據(jù)總布置要求，出風口中心布置位置Z向高度（相對于H點）≥330mm，從出風口邊緣到99%的眼橢圓切線長度要＜653mm。不能存在阻擋氣流吹向目標位置的障礙物，如圖11所示：

圖11 出風口布置原則

依據(jù)紳寶X35車型的人機要求，對平臺化出風口進行布置校核，出風口布置位置滿足人機要求。

（2）出風口人機布置要求（出風口葉片調(diào)整角度為30°）

圖12 出風口氣流范圍

圖13 出風口氣流范圍

通過調(diào)整出風口的葉片角度，吹面風口有效出風面積不少于總出風面積的80％時，氣流應(yīng)能夠吹到乘員的眼橢圓、設(shè)計H點和兩側(cè)肩膀，如圖12、圖13所示。

圖12、圖13校核結(jié)果顯示，最初平臺化出風口氣流的吹風范圍不滿足設(shè)計要求（圖12中氣流沒有吹到H點，圖13中出風口氣流沒有吹到假人的兩肩），通過平移、旋轉(zhuǎn)出風口的位置，滿足氣流范圍設(shè)計要求。具體操作方法為：將平臺化出風口在儀表板上沿X正向平移10mm，再沿Y軸向Z的負方向旋轉(zhuǎn)5°，調(diào)整后校核如下：

圖14 出風口布置原則

圖15 出風口氣流范圍

根據(jù)圖14、圖15、圖16校核結(jié)果可以看出，出風口位置調(diào)整后可以滿足出風口的布置及氣流范圍要求。

圖17 CAE分析示意圖

出風口布置完成，通過CAE分析驗證出風口布置可行性，首先設(shè)計出風口連接風道，其次進行CAE分析驗證設(shè)計方案，CAE分析主要考察風道的壓降、出風口的風速以及各風口的流量比例是否滿足要求，CAE分析如圖17所示。

根據(jù)CAE分析結(jié)果，優(yōu)化風道數(shù)據(jù)，最終滿足設(shè)計要求，如圖18所示：

圖18 連接風道CAE分析結(jié)果

備注：出風口相關(guān)參數(shù)設(shè)計要求：風速：7.5 m/s～10.5 m/s，壓降≤100Pa，流量分配：1:1:1:1。

4.3 整車采暖要求

整車采暖要求主要由性能分析部進行相關(guān)工作的分析驗證，項目前期開發(fā)階段，將出風口平臺化的信息輸入給性能分析部，性能工程師會根據(jù)出風口的出風面積及其他影響整車采暖的因素一起分析整車采暖是否滿足要求，對于同平臺上開發(fā)的車型，出風口平臺化對整車采暖影響不大。

綜上，出風口平臺化影響因素諸多，本文主要從設(shè)計角度出發(fā)，詳細說明出風口平臺化過程中分析問題、解決問題的思路，使平臺化出風口滿足新車型的人機布置、操作舒適性、拆裝方便性等要求，最終完成平臺化設(shè)計，截止目前此出風口已經(jīng)在北汽十一款車型上完成平臺化開發(fā)，其中六款車型出風口完全實現(xiàn)平臺化通用、三款車型出風口部分平臺化通用（昌河系列出風口葉片按照昌河要求調(diào)整，出風口其他零部件平臺化開發(fā)），兩款車型跨平臺通用化（北京BJ系列車型為越野車平臺開發(fā)車型），如圖19所示：

圖19 出風口平臺化車型展示

5 結(jié)論

平臺化開發(fā)作為日趨成熟的設(shè)計方法，不僅可以用于汽車吹面出風口等零件或系統(tǒng)，也可以用于汽車其他功能件的開發(fā)。平臺化開發(fā)能夠確保在產(chǎn)品開發(fā)過程中，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)風險及整車開發(fā)成本，同時通過規(guī)模效應(yīng)也可以降低產(chǎn)品的模具費用及產(chǎn)品單價成本，提升產(chǎn)品競爭力。本文以汽車吹面出風口平臺化開發(fā)為例，介紹了平臺化開發(fā)的具體過程，希望對其他產(chǎn)品平臺化設(shè)計開發(fā)有借鑒意義，樹立更完善的平臺化設(shè)計理念，運用到汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中。

[1] 張慶更.論汽車平臺化設(shè)計.沈陽華晨汽車工程研究院.

[2] 黃清鋆.平臺化開發(fā)策略在門鎖功能件上的應(yīng)用研究.泛亞技術(shù)中心.

[3] 陳春柳.平臺化座椅骨架設(shè)計探討.

Analysis of Automotive Airvent Platformization Design and Development

Yuan Jiuhua, Zhang Zhigang

( Beijing Automotive Technology Center, BAIC MOTOR Co., Ltd, Beijing 101300 )

The article mainly takes the design and development of the airvent platform as an example to illustrate the problems encountered in the process of platform development, as well as the ideas of analyzing and solving problems that gradually applies them to the design and development of other parts. The platform design of the outlet needs to consider the influence of many factors, and the platform development plan can be finally determined after the comprehensive evaluation and the test of the whole vehicle.

Air Vent;Platform;Design Development

U462

A

1671-7988(2018)21-191-05

U462

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袁玖華，男，大學(xué)本科，現(xiàn)工作于北京汽車股份有限公司汽車研究院，任職儀表板工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.065