張永寧，林 琳，胡 睿，黃建國(guó)

（云南省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院//云南省機(jī)電一體化應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室//云南省先進(jìn)制造技術(shù)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(duì)安全、節(jié)能和環(huán)保等技術(shù)要求高。2012年，我國(guó)汽車產(chǎn)銷量雙超1 900萬(wàn)輛，產(chǎn)銷量世界第一，但我國(guó)汽車開發(fā)能力和技術(shù)水平需要提升。特別是重型汽車的駕駛室多數(shù)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、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(guò)程中，通過(guò)學(xué)習(xí)消化國(guó)際先進(jìn)開發(fā)技術(shù)，充分運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段與技術(shù)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，建立企業(yè)的駕駛室開發(fā)機(jī)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(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步推動(dòng)企業(yè)建立和完善自主創(chuàng)新的組織體系和運(yùn)行機(jī)制。

1 重型汽車駕駛室的開發(fā)目標(biāo)

1.1 技術(shù)目標(biāo)

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

（2）室內(nèi)舒適性、坐姿舒適性、操縱方便性、視野性對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平；

（3）車內(nèi)噪聲和駕駛室整體隔聲能力達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；

（4）風(fēng)阻系數(shù)≤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(shí)間15分鐘的條件下，車身的門、窗、側(cè)圍、行李艙等不得有滲、漏水現(xiàn)象；

（6）車門的開閉力、平順性不低于國(guó)內(nèi)大型主流廠家同類產(chǎn)品同等水平；

（7）室內(nèi)熱舒適性、坐姿舒適性、操縱方便性、視野性對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

1.2 目標(biāo)控制

（1）經(jīng)濟(jì)目標(biāo)控制，成本、進(jìn)度和用戶要求（市場(chǎng)需求）。

（2）技術(shù)目標(biāo)控制，技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)質(zhì)量、工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量、制造質(zhì)量。

2 設(shè)計(jì)思路與機(jī)制[1-2]

要達(dá)到以上目標(biāo)，在設(shè)計(jì)時(shí)就要采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，通過(guò)實(shí)施以下幾點(diǎn)，完成目標(biāo)任務(wù)：一是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真和模擬技術(shù)進(jìn)行技術(shù)支撐；二是建立科學(xué)的設(shè)計(jì)機(jī)制與流程；三是建立科學(xué)開發(fā)平臺(tái)。

2.1 計(jì)算機(jī)仿真和模擬技術(shù)[3]

應(yīng)用CAE(Computer Aided Engineering，計(jì)算機(jī)輔助驗(yàn)證)技術(shù)進(jìn)行駕駛室的龍骨框架結(jié)構(gòu)及白車身結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析、安全性分析和疲勞分析；應(yīng)用CAS(Computer Aided Styling，計(jì)算機(jī)輔助造型)技術(shù)和DMU(Distal Mock—Up，數(shù)字原型)技術(shù)創(chuàng)建出駕駛室的造型方案、結(jié)構(gòu)和駕駛室殼體及外飾圖；應(yīng)用CFD(Computational Fluid Dynanmics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))分析模擬車輛行駛狀態(tài)的風(fēng)洞試驗(yàn)；應(yīng)用VR(Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)實(shí)現(xiàn)駕駛室內(nèi)熱舒適性、坐姿舒適性、操縱方便性、視野性等；并進(jìn)行沖壓成型分析（PamStamp軟件）應(yīng)用。

2.2 設(shè)計(jì)機(jī)制

盡管汽車駕駛室只是汽車的一個(gè)部分，但開發(fā)新駕駛室動(dòng)輒上千萬(wàn)、甚至上億元，對(duì)汽車新產(chǎn)品是牽一發(fā)而動(dòng)全身?？茖W(xué)的設(shè)計(jì)機(jī)制與流程，是保證汽車新產(chǎn)品高效高質(zhì)量的開發(fā)關(guān)鍵。

盡管企業(yè)實(shí)現(xiàn)了信息化，但是多數(shù)企業(yè)，特別是民營(yíng)企業(yè)技術(shù)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(guò)程中設(shè)計(jì)與工藝、制造等信息不共享；風(fēng)險(xiǎn)控制機(jī)制不完善，前期規(guī)劃、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)質(zhì)量等控制不力；開發(fā)機(jī)構(gòu)定位、職責(zé)不細(xì)；這些都會(huì)造成開發(fā)過(guò)程延遲，浪費(fèi)資源，甚至開發(fā)不成功。而這些資源的合理利用，才能使產(chǎn)品開發(fā)達(dá)到既定目標(biāo)。

（1）跨職能開發(fā)的組織機(jī)構(gòu)

設(shè)立跨職能開發(fā)團(tuán)隊(duì)矩陣式機(jī)構(gòu)，并明確職責(zé)，形成一個(gè)能夠使機(jī)構(gòu)中各領(lǐng)域技術(shù)人員同時(shí)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(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造等上下游各方面進(jìn)行同時(shí)考慮和并行交叉設(shè)計(jì)，及時(shí)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(xué)管理制度，形成有效的控制體系，通過(guò)科學(xué)的方法與流程進(jìn)行新產(chǎn)品創(chuàng)意和構(gòu)思的搜集、篩選和優(yōu)化；再由控制體系進(jìn)行管理、評(píng)估，保證汽車駕駛室開發(fā)不偏離設(shè)定的各種目標(biāo)。其中最重要的是：人員的激勵(lì)機(jī)制與培養(yǎng)機(jī)制、開發(fā)前期工作的管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、進(jìn)度管理和質(zhì)量控制管理。

2.3 設(shè)計(jì)流程

2.3.1 市場(chǎng)與技術(shù)分析

對(duì)未來(lái)卡車發(fā)展趨勢(shì)與市場(chǎng)前景進(jìn)行研究，將新車型的一些重要參數(shù)和市場(chǎng)與技術(shù)定位確定下來(lái)（整車與駕駛室）。形成新車型設(shè)計(jì)目標(biāo)任務(wù)書。一是要明確新車型的形式、功能以及技術(shù)特點(diǎn)，二是描述要產(chǎn)品車型的最終定位，最后提出駕駛室設(shè)計(jì)目標(biāo)任務(wù)書。

2.3.2 概念設(shè)計(jì)與總體初步設(shè)計(jì)2.3.2.1汽車總布置草圖

根據(jù)新車型設(shè)計(jì)目標(biāo)任務(wù)書及整車性能要求提出對(duì)駕駛室各總成及部件的布置要求和特性參數(shù)等設(shè)計(jì)要求；協(xié)調(diào)駕駛室與整車及相關(guān)總成間的布置關(guān)系和參數(shù)匹配關(guān)系，確定硬點(diǎn)尺寸和初步布置方案。駕駛室性能達(dá)到最優(yōu)并滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)任務(wù)書要求的整車參數(shù)和性能指標(biāo)的汽車。

2.3.2.2 造型設(shè)計(jì)[5-6]

在基本尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行造型設(shè)計(jì)。這是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，包括外形和內(nèi)飾設(shè)計(jì)兩部分。對(duì)比同類車型進(jìn)行造型上的比較，確定設(shè)計(jì)的主題。一是建立效果圖；二是建立3維數(shù)字模型，并用VR和CFD在虛擬的環(huán)境中，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真分析、虛擬評(píng)價(jià)、外形修改和優(yōu)化。

2.3.2.3 油泥模型的制作

通過(guò)3維數(shù)字模型然后由銑削機(jī)銑削出多個(gè)小比例油泥模型，或3D打印出小比例油泥模型，然后經(jīng)油泥模型師進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整。從中選出最終的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行1∶1比例油泥模型的制作，進(jìn)行評(píng)審，并最終確定造型方案，凍結(jié)油泥模型，并進(jìn)行曲面光順與高光檢查形成駕駛室數(shù)模。

2.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程化[6-8]

2.3.3.1 總布置設(shè)計(jì)

在前面總布置草圖的基礎(chǔ)上，深入細(xì)化總布置設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確的描述各部件的尺寸和位置，為各零部件分配準(zhǔn)確的布置空間，形成內(nèi)飾布置圖、外飾布置圖以及電器布置圖。

2.3.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)駕駛室拆分，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用CAE等對(duì)駕駛室車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行車身靜態(tài)仿真分析、聯(lián)接件結(jié)構(gòu)靜態(tài)仿真分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真分析、沖壓成型仿真分析、通過(guò)分析對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使駕駛室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、安全性達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

2.3.3.3 白車身工程設(shè)計(jì)

運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，進(jìn)行駕駛室人機(jī)工程性能分析與評(píng)價(jià)、駕駛室安全性與舒適性分析與評(píng)價(jià)、確定車身結(jié)構(gòu)方案，對(duì)各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，使用完成的3維數(shù)模，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(guān)系圖及車身焊點(diǎn)圖。

2.3.3.4 內(nèi)外飾工程設(shè)計(jì)

用3維數(shù)模進(jìn)行內(nèi)外飾工程設(shè)計(jì)，外裝件的主要設(shè)計(jì)包括前保險(xiǎn)杠、玻璃、車門防撞裝飾條、進(jìn)氣格柵、后視鏡、車門機(jī)構(gòu)及附件以及密封條。內(nèi)飾件主要設(shè)計(jì)包括儀表板、方向盤、座椅、安全帶、安全氣囊、地毯、側(cè)壁內(nèi)飾件、遮陽(yáng)板、扶手、車內(nèi)后視鏡等。

2.3.3.5 電器工程設(shè)計(jì)

對(duì)雨刮系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、各種儀表、整車開關(guān)、前后燈光以及車內(nèi)照明系統(tǒng)進(jìn)設(shè)計(jì)選型。

2.3.3.6 技術(shù)文件

編制詳細(xì)的產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明書以及詳細(xì)的零部件清單列表，驗(yàn)證法規(guī)。

2.3.4 樣機(jī)試制與試驗(yàn)

通過(guò)快速模具制造出快速試驗(yàn)樣車模具，并將駕駛室數(shù)模發(fā)給模具制造廠制作模具，試驗(yàn)需要制作各種試驗(yàn)樣車。進(jìn)行試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試、道路測(cè)試、風(fēng)洞試驗(yàn)、碰撞試驗(yàn)等。對(duì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2.3.5 同時(shí)制作駕駛室焊接卡具和駕駛室焊裝生產(chǎn)線，經(jīng)調(diào)試，小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)出合格駕駛室。

2.4 開發(fā)平臺(tái)

為縮短研發(fā)時(shí)間，需建立必要的開發(fā)平臺(tái)：

（1）建立計(jì)算機(jī)及知識(shí)庫(kù)支持的協(xié)同開發(fā)平臺(tái)，支持12～24小時(shí)同時(shí)工作，支持產(chǎn)學(xué)研開發(fā)，完善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、零部件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，建立工藝標(biāo)準(zhǔn)化；

（2）建立虛擬支持支持產(chǎn)品和工藝開發(fā)虛擬產(chǎn)品平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)分析、概念設(shè)計(jì)及工程設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)試驗(yàn)、產(chǎn)品及產(chǎn)品試驗(yàn)的虛擬化，減少開發(fā)過(guò)程中的實(shí)物模型數(shù)量；

（3）建立合適的快速試驗(yàn)樣車模具系統(tǒng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在重型汽車駕駛室開發(fā)和整車開發(fā)中，新技術(shù)應(yīng)用和設(shè)計(jì)機(jī)制的建立是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過(guò)這次高原型重型汽車駕駛室過(guò)程，應(yīng)用先進(jìn)的駕駛室開發(fā)技術(shù)與和虛擬現(xiàn)實(shí)等開發(fā)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，初步建立了一套開發(fā)設(shè)計(jì)與機(jī)制與流程，效果比較好，實(shí)踐證證明可以縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量。

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