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2.3 整车性能指标的制定与分解

市场用户评价一款“好车”会说“性价比高”“外观好看”“空间大”“起步快”“超车有劲儿”“皮实”“省油”“好开”“安全”等等,对于汽车企业来说,造一款用户口中的“好车”应该是终极目标。但是,用户评价的语言并不能直接用来指导工程设计,因此,需要将用户的语言转化为技术语言,即整车功能属性或性能开发技术规范,供整车、系统及零部件设计参考。第1章中已经概述了整车15类主要功能属性,这些技术属性与用户语言和汽车专业之间具有一定的对应关系,见表2-3。

表2-3 用户语言与技术属性及专业关联

表2-3不仅描述了“好车”在工程技术开发中的对应规范内容,同时也展示了各技术规范与整车及各系统结构集成设计开发的关联度。将用户语言转换成技术指标是一个重要的关联和逻辑分析过程。基于汽车属性和汽车理论知识建立汽车产品研发的技术开发体系,表2-4列出了用户语言与技术指标关联的一些因素。

表2-4 整车动力经济性的用户语言转换

有了清晰的用户语言与技术指标的逻辑关系,就可以有针对性地进行功能属性开发工作,并指导结构集成设计了。

2.3.1 产品定义与整车性能开发策略

产品定义是整车性能开发策略制定的纲领和基础,也是研发过程中各部门务必共同遵守的原则。能否正确地制定整车性能开发策略直接影响产品在未来市场上的竞争力,对于整车开发具有重要的指导意义。在产品定位及竞争策略明确的情况下,整车性能开发策略才能够顺利执行。产品定义的制定原则源于图2-4所示的四个要素。

1.基于用户市场的需求

开发的产品能否在未来市场成为“爆款”在很大程度上取决于战略规划阶段的产品定义,取决于全面准确的市场需求分析、竞争策略及销售策略的制定。战略规划团队在预研阶段进行了大量市场分析和用户需求研究,从特定车型购买人群的工作状况、收入水平、家庭构成及性格特征等数据分析中,获得此类目标用户的价值观和购车特点,提炼用户购车的关注点。同时,也必须开展对核心及主要竞争车型购买人群的调研工作,以获得对已购车型的评价,尤其关注其抱怨点或痛点作为开发亮点或突破点来制定策略,确保满足市场需求。目标用户购车需求一般包括必须满足的基本需求和如果满足可以获得加分的需求。比如,某车型的目标用户收入较低,对价格敏感,其基本需求是价格,相对动力性他们更看重油耗低、维护费用低和性价比。而对于微型SUV来说,空间的问题经常遭到抱怨,尤其是后排腿部空间或中间地板凸起问题,这些痛点如果解决会对用户购买起到加分的作用。如果不知道用户需要的是什么,或者用户预期的目标无法达成,即使我们已经做得自认为很完美,也可能无法避免失败。表2-5所列为某用户购车关注点“三部曲”,制定竞争策略时各个环节都要考虑到并制定明确的目标。当然,针对不同的用户群体决定其购车因素的组成会有不同。

图2-4 产品定义的四个要素

表2-5 用户购车关注点“三部曲”

应通过对市场需求及销售策略等全面的分析研究来获得准确的竞争策略,即在竞争策略中要明确产品在未来市场中的“卖点”或“优势”,而性能策略是将“卖点”和“优势”进行工程转换,逐步形成各系统的开发准则和目标。

2.基于国家法规或评测的要求

未来在市场上允许销售的汽车产品必须满足相关的政策和法规并通过申报公告获得认证资格,以确保车辆在道路上行驶安全。但是,政府不需要对每辆车都进行检测。不同的国家在机动车规范认证的流程和要求上存在不同程度的差别,需要在开发阶段制定应对方案并核查符合性。

汽车产品通过型式认证只是获得了可以在限定区域内销售的许可。而近年来随着汽车产品与人民生活的关系逐渐密切,中国在涉及汽车安全、环保等方面也产生了自愿性汽车产品型式认证。例如,中国新车评价规程(China-New Car Assessment Program,C-NCAP)对市场上购买的新车型按照更严格和更全面的要求进行碰撞安全性能测试,评价结果按星级划分并公开发布,为消费者提供系统、客观的车辆安全评价信息,促进企业按照更高的安全标准开发和生产,从而有效减少道路交通事故的伤害及损失,详见第4章介绍。另外,为了推广健康、节能、环保理念,中国汽车技术研究中心有限公司制定了针对车内空气质量、车内噪声、有害物质、综合油耗、尾气排放等项目的评价体系——中国生态汽车评价,详见第9章介绍。随着电动汽车的发展,还出现了针对电动汽车续航、电耗、充电、安全和动力等五个维度的电动汽车测评管理规则,即EV-TEST。这一系列的评价体系日益受到消费者的认同,逐渐成为不可忽视的产品力,是性能开发策略中重要的部分。新车评价体系的不断完善推动了汽车企业的技术迭代与更新。

3.基于现有产品性能的要求

如何制定符合用户需求的性能是产品开发的核心任务。但不是所有的车型开发都要进行全面的性能开发,要根据整车项目的开发范围来制定相应的性能开发策略及提升方向,做到因地制宜、有的放矢。表2-6列出了常见的几类车型开发对应的性能开发范围。

表2-6 不同车型开发对应的性能开发范围

4.基于现有产品成本优化的要求

近些年,自主品牌的成本控制越来越受到重视,对于全新开发产品来说,成本评估是决定能否立项的关键要素,成本意识贯穿开发始末,通常由设计成本部门负责进行专项管控。由于设计开发之初技术水平的限制,会出现成本较高的“过盈设计”。为了进一步降低单车成本并提高利润,主机厂会对已上市车型进行相应的成本优化设计,即在不影响市场竞争力的前提下优化配置或“过盈设计”带来的成本增加。所以,如何实现性能和成本的综合平衡对一款产品能否获得成功至关重要,这一点在第9章中有详细的论述。

规划部门在立项前期经过大量的市场调研、产品布局和用户需求分析,明确产品开发的必要性,并定义未来所开发产品的关键特征、市场定位、目标人群、生命周期规划和产品竞争策略等一系列产品构想,经过预研项目团队的不断评审及修订,最终输入给产品研发团队进行开发策略的制定。表2-7所列为某车型产品概念的基本信息。

表2-7 某车型产品概念示例

(续)

基于上述产品概念,进一步制定性能开发策略。如何制定适合的性能开发策略呢?目前,各大车企认可且行业普遍采用技术竞争策略(Product Attribute Leadership Strategy,PALS)定义的计算方法来评价新车型各项技术特征的水平。PALS来源于福特产品属性竞争力策略分析,该工作应该在预研阶段完成并随立项建议书同时发布。根据产品竞争力强弱进行等级划分,PALS采用LACU(Leadership、Among of Leaders、Competitive、Uncompetitive)来分别代表不同的等级。其表达如图2-5所示,计算公式见式(2-1)。

图2-5 技术竞争策略正态分布图

式中 x ——所选样本;

——所选样本算术平均值;

σ ——所选样本平均值标准差。

对于汽车PALS的分类区间分别定义L、A、C和U四个等级,具体的定义、分布及占比见表2-8。PALS法则被广泛应用于整车性能目标的制定中。

表2-8 PALS的定义、分布及占比

PALS的制定需要有充足的数据作为依据,而中国成立自主研发中心的年限最长不超过25年,虽然近些年的发展迅猛,但和世界上的百年汽车企业的差距还很大,尤其在与发动机和底盘等核心系统相关的数据积累上还有很多不足。那么如何在没有足够的数据支撑下制定合适的LACU竞争策略呢?目前常见的方法是对标,并引入LACU的思想。首先根据目标市场分析确定出同级别、同类型的所有车型作为竞品车,然后根据价格、销量、口碑及品牌等因素,选出竞品圈中具有代表性的车型,通常是销量领先的车型,样本量至少为三款车型。通过主、客观测试及评价等方式,并结合战略规划的产品卖点来确定开发目标。将LACU竞争策略局限在有代表性的车型范围内,通过与不同水平的代表车型进行对比测试及评价来实现后续的整车性能验收也是在缺少数据支持下的可行方法。

2.3.2 整车性能目标的制定与分解

整车性能目标的制定是将“无形”的性能开发策略转化为“有形”的目标,而整车结构集成开发是将“有形”的系统部件集成为“无形”的可以达成性能目标的整车产品竞争力。整车性能开发流程中的核心文件VTS中需要定义整车级要求的性能项目、法规清单、验收规范及目标值,由整车性能集成工程师基于整车性能开发策略制定。性能开发策略是实现未来产品预期竞争力的指导性文件,是整车结构集成开发的方向标。而只有方向不足以支撑整车集成设计,量化后的VTS才是用于指导产品设计实现产品竞争力的目标性文件。该文件包括了对工程术语的说明和对数据的定义,文件中定义的各项内容是可以实施和验证的,或者定义评估的等级,而目标的制定务必要正确地体现性能开发策略。

本书第1章中已经介绍过整车功能属性开发的内容,这些相关的性能指标是对用户需求及法规要求的体现,也是产品核心竞争力的具体表现。例如2.3.1节中表2-7所描述的某车型产品概念,其竞争策略是需要将造型、安全和空间定位为L,舒适性、经济性、感知质量和信息娱乐定位为A,其他功能属性达到平均水平C即可。基于以上产品定位,VTS的制定就有了方向,即可确定整车VTS策略。表2-9列出某款车型VTS的PALS定义示例。

表2-9 某款车型VTS的PALS定义示例

(续)

表2-9中的16项属性称为一级指标,通常性能开发策略会对基于产品概念的要求进行定义。而每一个整车性能会因为法规要求或分类方式的不同分解为多个二级指标。例如,对于碰撞安全来说,结构耐撞性、行人保护、约束系统、灯光及信号以及主动安全这些二级指标项目共同构成整车碰撞安全性能。为了达到整体指标的要求,需要制定相应的二级指标开发策略。明确了一、二级的LACU定位,为了达成此宏观目标需要对性能定位建立可量化的指标体系,通常还需要专业资深专家对系统及零部件指标进行策略分解。整车各系统研发人员可通过关联性、匹配性分析逐步建立明确的零部件设计指标,同时建立起可客观测试或主观感知的评价指标与验证体系。汽车是由多个系统及成千上万的零部件构成的,如何保证这些零部件或系统组装后能够满足整车的VTS目标要求呢?关键的任务是将VTS定义的整车性能目标转化为系统、子系统及零部件的设计要求。将整车性能目标分解成各个系统明确的性能指标或控制参数是性能开发活动中的关键环节。系统及子系统技术规范(STS/SSTS)是基于VTS制定的针对此系统所涉及的性能参量和指标值,零部件技术规范(CTS)是基于STS、SSTS制定的针对零部件所要满足的性能参量和指标值,即第1章所提及的性能目标转换及控制的过程(AT&C)。整车性能制定、分解与达成过程的载体是整车结构集成,二者相互依存,其关联性如图2-6所示。

图2-6 整车性能与结构集成开发体系

从立项开始的性能开发工作贯穿了整车开发流程的每个节点。性能开发包括两个阶段。第一阶段是基于性能开发策略制定整车技术规范(VTS),并将整车目标逐级分解至系统、子系统和零部件的技术规范(STS/SSTS/CTS)。第二阶段是实物制造阶段,从零部件到系统再到整车,逐级验证并最终形成达到性能目标的产品。零部件的加工制造务必遵循零部件的性能指标要求,经过实物验证合格的零部件可用于组装成系统或总成部件,系统实物验证合格后才可以进行整车装配,并最终通过整车性能验证合格作为设计认可的依据。当然,如果前期设计阶段未对性能指标做充分的虚拟验证或评估,可能会在实物制造阶段由于零部件在系统及整车匹配性上出现前期设计阶段未发现的问题而造成设计变更,如果无法通过设计变更来达成目标,那么很可能需要经过专家委员会评审后修订性能指标并重新进行复核验收。

前面的章节描述了整车技术规范中性能目标的内容、制定策略和开发思路,如何制定符合车型定位并在未来市场具备足够竞争力的性能目标呢?除了必须满足的法规要求外,客户关心的车辆属性很自然地就会成为目标制定的核心性能。对于成熟的车企来说,丰富的数据积累可以支撑新产品的全正向开发,这样的企业通常已经在市场上做了非常完善的产品布局,并在多年的市场实践中积累了大量的产品数据和用户需求数据,已逐渐修正并完善针对不同用户使用车型的开发目标及手段。因此,在进行新产品开发的初期,一方面借助数据库直接调取对应车型的技术规范,另一方面根据市场需求对原有技术规范进行目标修正。不管多么成熟的企业,都需要应对不断变化的市场,对竞争对手及市场需求的研究永远都不过时。为了确保新车型可持续地保持优势,新车型的开发目标应根据市场趋势来进行不断的更新改进。制定整车性能目标要经过选择技术对标车、对标车的主观评价、对标车的客观测试及分析以及整车性能目标的确定等环节。图2-7所示为性能开发目标制定的推演。

图2-7 性能开发目标制定的推演

1.选择技术对标车

战略规划部门参考乘用车市场信息联席会汽车销量数据和借助一些大数据平台的咨询服务来确定新产品定义。选择什么样的竞争车型作为对标车是制定合理并具有竞争力的性能目标的重要因素。首先根据未来产品的市场定位来明确竞品圈,再根据竞品圈中所有车型的整车尺寸、销量占比、价格区间、动力级别及用户口碑等维度对竞品车型进行区分,进一步明确哪些作为市场竞品、哪些作为技术竞品。通常会选择销量及口碑高的车型作为技术对标车,甚至为了确保某些核心竞争力的实现,跨级来选择价格更高的同类车型作为技术对标车。

2.对标车的主观评价

用户的体验决定一切,如何将以“自我”感受为中心的客户语言转化为代表典型“群体”的用户体验的工程语言呢?这需要最贴近用户的整车主观评价,其评价的意义是站在用户的角度来检验所开发车型是否符合用户的性格特点和兴趣爱好。对标车选定之后,首先要进行动、静态的主观评价,目的是确定对标车的整车级主观评价水平。而主观评价的目的就是将区间市场的客户语言转化为用户体验的工程语言,如图2-8所示。另一方面,与现有竞争对手的对比和对竞争对手的发展态势预测分析,也是作为进一步判断未来推出的新车型能否在市场上具有足够竞争力的参考依据。

静态主观评价主要包括感知质量、整车精致性、总布置及人机方面的评价,而动态主观评价主要包括驾驶、舒适性、动力、转向、操控、制动及噪声振动等方面的评价。随着智能化技术在汽车产品上的不断应用,对于智能驾驶功能的评价也纳入了动态主观评价的范畴。总之,凡是可以被用户感知的属性均需要通过专业的主观评价工程师进行全方位的评价与对比分析。表2-10中列出了基于SAE J1441的主观评价分值标准,该标准被广泛应用。随着市场的不断变化,主观评价的分值标准也是在不断变化的。每个车企都有自己的主观评价标准,但都大同小异。

图2-8 主观评价的目的

表2-10 基于SAE J1441 的主观评价分值标准

按照主观评价的相关规范,完成对标车的动、静态评价,通常的动态主观评价需要在试验场地完成,而静态主观评价只需要在相对安静和清洁的环境中进行。另外,还有与周围环境相关的动态评价,如夜间、雨雪天气及高低温等环境适应性评价,主要评价车辆灯光、空调及驾驶性等主观感受。

整车主观评价的工具包括质量功能分解(Quality & Function Development,QFD)、人体评价能力和统计学。其中,QFD法是将项目的质量要求、客户意见转化为项目技术要求的专业方法,它从顾客对产品质量要求出发,先识别出客户在功能方面的要求,然后把功能要求与产品或服务的特性对应起来,根据功能要求与产品特性的关系矩阵,以及产品特性之间的相关关系矩阵,进一步确定技术要求。QFD矩阵主要是用来确定项目质量要求的,形状看起来像房子,于是又称“质量屋”。质量功能分解的目的主要是利用关联关系分析,实现用户语言到零部件设计指标逐级转化,判断用户语言与性能指标、各性能指标与相关联因素之间的关联性,最终为各级性能目标设定提供依据。表2-3初步建立了用户语言与专业模块的关联性,而恰恰是整车评价体系担任了这个转化过程的“裁判员”,对评价指标的制定及验收起到决定性作用。当前的整车评价内容通常如图2-9所示。

图2-9 整车评价

人体评价能力主要依靠视觉、听觉、嗅觉和触觉来完成评价,分别对应人体的眼睛、耳朵、鼻子和身体接触反馈。人体的各种感知器官将力、加速度、位移、温度及声音等主观信息传递给大脑形成主观感受,经过训练的专业工程师已通过大量的强化训练在大脑中建立了一套评价体系,经过与标准的对比分析获得评价车型的分值。为了便于统计,会制定主观评价打分表。例如,表2-11为某车型驾驶动力性总体(一级指标)主观评价打分表,表2-12为分解细化的驾驶动力性加速性能(二级指标)评价打分表。

表2-11 某车型驾驶动力性总体(一级指标)主观评价打分表

表2-12 某车型驾驶动力性加速性能(二级指标)主观评价打分表

(续)

主观评价专业工程师们完成全部车型、全部整车用户体验性能的主观评价后会形成类似表2-11和表2-12的统计表格。要获得最终的评价结果,还需要对所有样本的数据进行统计和分析。

通常评价的最小样本(专业工程师人数)不能小于3个,并且针对某项指标的各样本的评价分值应该趋于收敛而非发散,否则需要重新评价。如图2-10所示的主观评价分值统计,图2-10a的评价分值分布是合理的,评价统计平均值可作为制定性能指标的依据,图2-10b的评价分值明显存在分散性,需要重新进行主观评价,甚至需要增加样本量来进行专门的评价。

图2-10 主观评价分值统计

3.对标车的客观测试及分析

为了进一步明确某一性能的具体控制指标,需要对技术对标车型进行客观测试,为性能目标的制定奠定数据基础。客观测试内容涵盖整车16大性能中所有可以客观测量的数据,一般根据项目开发的范围选择对标车的客观测试项目。对于全新开发的车型来说,测试的项目会更全面。以整车动力性为例,需要完成如表2-13中所列的测试内容。

表2-13 动力性客观测试清单

4.整车性能目标的确定

按照表2-13中列出的国家标准推荐的试验方法完成所有对标车型的测试后对测试数据进行对比分析,并根据性能开发策略完成整车性能目标的初步确定。

例如,针对某项性能指标的测试结果见表2-14,性能竞争策略的定义是A,即接近领先的水平,那么该项性能指标的目标值可以根据对标车的测试结果及式(2-1)制定。目标值的取值趋势需要根据实际情况,同时考虑成本和开发投入的因素来制定。

表2-14 对标车测试数据整理

初步确定的目标值可作为初始目标签批发布。随着开发工作的深入,开展了相应的虚拟仿真验证或者手工样车的验证,发现经过多次优化验证目标值不可达成,则需要对目标值进行修订。整车性能目标的制定是一项非常严肃的工作,一旦确定就不可轻易修改,若经过多次试验验证,仍无法达成,方可提出修改申请,并经过专家委员会的评审决策是否修改。

至此基本已完成VTS目标制定。VTS是衡量产品整车属性的标准,是整车开发过程中各阶段判断实物验收合格与否的依据,同样也是系统技术方案制定的基础。为了达到整车性能目标(VTS),需根据系统匹配分析,对总成及部件提出性能指标要求(STS/SSTS/CTS),AT&C是VTS和STS之间的控制环节,是性能模块设计必须控制及分析的项目,用以指导总成及零部件指标的设定。

性能目标的分解工作是根据AT&C原则将整车性能目标或系统性能目标“打散”分解到系统、子系统或零部件设计规范(STS/SSTS/CTS)中,为后期整车结构集成奠定重要的理论基础。STS/SSTS是对VTS的保证和支撑,是总成及零部件设计必须控制的技术要求,在系统匹配计算分析报告中要进行充分的校核与分析,从而指导系统及零部件的工程设计开发,为最终实物质量验收合格奠定基础。而对于CTS,一般会根据实际情况的需要来确定是否需要制定、分解和细化。图2-11所示为性能目标的分解。

图2-11 性能目标的分解

以舒适性为例,用户在乘坐和驾驶过程中感知到的车辆特点都与舒适性存在或多或少的关系。通常,舒适性分为行驶舒适性和空间舒适性。行驶舒适性可以进一步区分为行驶平顺性和整车NVH性能。而空调性能、内部空间设计和内饰的色彩、材质、气味等都属于空间舒适性的范畴。行驶平顺性是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时,能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉,以及保持所运货物完整无损的性能。影响车辆平顺性的因素主要有路面的凸凹不平、发动机的振动、轮胎不平衡和传动系统的振动等,这些影响因素通过轮胎、悬架、悬置等弹性元件过滤后传递到座椅、转向盘和地板等部位并被驾驶员及乘员所感知,其传递关系如图2-12所示。

影响平顺性的因素主要是车速、悬架结构、系统阻尼、轮胎、悬架质量(车身、车架、发动机和传动系统等)和非悬架质量(车轮、轮胎、制动总成等)等。汽车在行驶过程中,车身振动的频率较低,共振区通常在低频范围内。为了避免共振而保证车辆具有良好的平顺性,应使会引起车身共振的行驶速度尽可能地远离汽车行驶的常用速度。设计悬架结构时为了提高汽车行驶平顺性,应尽量减小悬架刚度,即增大静挠度。但刚度降低会增加非悬架质量的高频振动位移。而大幅度的车轮振动有时会使车轮离开地面,前轮定位角也将发生显著变化,在紧急制动时会产生严重的车辆“点头”现象。转弯时因悬架侧倾刚度的降低,车身会产生较大的侧倾角。因此,对于不同的车型,平顺性的要求也不尽相同。阻尼系统的阻尼是振动激励在传递路径上的关键元件,其作用是将冲击力尽可能降低。为了达到减振的效果,常把减振器的压缩行程的阻尼和伸张行程的阻尼设计为不同的值,当弹性元件被压缩时,为了减小减振器传递的路面冲击力,选择较小的相对阻尼系数;而在弹性元件的伸张行程,为使振动迅速衰减,选择较大的相对阻尼系数。

图2-12 影响驾驶员舒适性的外界激励的传递路径

为了提高汽车行驶平顺性,轮胎径向刚度应尽可能减小。在采用足够软的悬架的情况下,在相当大的行驶速度范围内,低频共振的可能性完全可以消除。但轮胎刚度过低,会增加车轮的侧向偏离,影响稳定性,另外,还会使滚动阻力增加,缩短轮胎寿命,同时增加油耗。因此,轮胎选型过程是平衡这些矛盾的一个过程。

乘坐舒适性在很大程度上还与座椅的结构、尺寸、布置方式和车身(或载货汽车的驾驶室)的密封性(防尘、防雨、防止废气进入车身)、通风保暖、照明、隔声等效能,以及是否设有其他提高乘客舒适感的设备(钟表、收音机等)等有关。另外,空间舒适性和操作的便利性也会影响整车舒适性。如前排空间、后排空间、行李舱空间、头部空间、腿部空间、乘员间距离、高度、宽度、座椅尺寸等指标都是用来量化空间舒适性的指标参量。座椅的支撑性和包裹性、驾驶员的视野、后排地板的平整度以及各种开关操作的力度等都是用户评价车辆舒适性的指标项。借助关联性方法可以将舒适性的目标分解到相关总成及零部件的各性能指标要求中,这里同样会用到质量屋(QFD)分析方法。

2.3.3 整车性能目标的验证

整车、系统及零部件的功能属性能否达到预期的目标,需要不断的分析和验证,而这个过程中最重要的验证手段是计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)虚拟验证方法,尤其在设计开发阶段,整车结构集成设计与CAE虚拟验证工作几乎同步开展。随着数字模拟软硬件技术的飞速发展,CAE虚拟仿真精度在不断提升,很多传统的实物验证方法逐渐被虚拟验证手段替代,不仅节约了大量的试验资源,也大大缩短了开发周期。

图2-13清晰易懂地展示了CAE验证和实车验证在整车开发过程中不同时期的权重。实际上,早在预研阶段,CAE虚拟仿真工作就已经在平台选型和制定初始整车性能策略中开展。随着造型数据和工程数据的不断细化,CAE虚拟仿真工作变得尤为重要,不仅是不同阶段数据冻结发布的依据,也是数据开发阶段整车性能目标达成的主要验收手段。

图2-13 整车开发阶段中的CAE验证与实车验证

在没有CAE参与的整车设计开发中,对于复杂结构的部件设计完全依靠经验或照搬照抄的方式完成,没有对结构强度、刚度或匹配性等进行有效充分的理论校核,只能等待实物验证来校核设计的合理性。在计算机仿真技术没有应用之前只能依靠这样的手段进行整车开发,而带来的后果是实物验证中出现的问题很多,问题的整改必然要修改设计或制造工艺,而每一次整改都只是一次试错的过程,难以保证整改后的实物验证一次通过,这样的循环整改过程中所投入的财力、物力和时间的代价都是很昂贵的。20世纪90年代中期,CAE虚拟仿真技术开始逐渐应用到整车设计开发中,一些能对白车身刚度、强度、模态和流体动力学等进行简单虚拟仿真的手段参与了设计校核,一些设计问题可以在零部件加工之前发现并修改,从而减少后期的设计变更。随着CAE虚拟仿真技术的不断发展完善,可以在设计阶段开展的验证内容不断增加,并出现了多学科、多目标的优化仿真技术,整车设计开发阶段CAE逐渐占据不可替代的主导地位。这种方式的设计开发不仅可以在早期发现更多的设计缺陷,从而减少试制样车数量,并且避免了后期出现设计变更而进行重复的试验验证,其更有价值的作用是大大缩短了开发周期,加快了产品迭代升级,提升了企业竞争力。图2-14所示为CAE在整车开发中的作用。本章的2.4节中将对虚拟验证优化设计体系的内容和流程进行详细的阐述。

图2-14 CAE在整车开发中的作用

汽车是一个很复杂的集成产品,而CAE虚拟仿真在设计开发阶段,主要是结构耐久、NVH、被动安全、空气动力学、多体动力学、人机校核、运动校核、同步工程等方面应用得很成熟,并且在整车开发中已经成为不可缺少的技术手段,也因此带来了减少投入和缩短周期的利好。但是,不管虚拟仿真做得多精确也避免不了与整车实际的制造状态存在较大的差异,这是因为计算方法和资源的限制,建模过程中存在一定的假设条件,比如弹性阻尼元件或联接结构的简化,另外也无法预估制造工艺带来的匹配性问题,仿真模型中也不可能包含所有可能的使用工况。所以,整车实车测试及试验还是不能缺少的验证环节。表2-15列出了主要的实车测试验证内容,供参考。

表2-15 实车测试验证内容 bPIxwiZzji8o+TU9MwfMrfm+77Cf1rSL9eZmIjj8jbyIhCBpBg9GqDiLxDjul8K/

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