胡軍 林卉

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

汽車模塊化設(shè)計就是將汽車產(chǎn)品的某些零部件組合在一起，構(gòu)成一個具有特定功能的子系統(tǒng)或總成，將這個子系統(tǒng)或總成作為通用性的模塊與其他汽車產(chǎn)品零部件進行組合，構(gòu)成新的更大的系統(tǒng)或總成。在汽車研發(fā)過程中，這些相對獨立的汽車產(chǎn)品模塊被直接選用，能夠快速生產(chǎn)出多種汽車系列產(chǎn)品，縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，快速滿足用戶需求[1]?；谀K化設(shè)計理念，文章提出一種汽車用前端模塊總成的模塊化設(shè)計思路和應(yīng)用方法，經(jīng)過驗證，該模塊可以同時用于同一車型臺車或架構(gòu)的轎車、MPV及SUV等車型。

1 前端模塊總成模塊化設(shè)計要求

基礎(chǔ)車型平臺采用動力總成為前置，驅(qū)動形式為前驅(qū)兩驅(qū)/四驅(qū)的SUV車型?；A(chǔ)車型以搭載1.3T/1.5T汽油發(fā)動機和AT/MT/DCT變速箱為動力總成。由于基礎(chǔ)車型為前置前驅(qū)的兩驅(qū)/四驅(qū)車型，需要拓展至轎車、MPV等車型，前端模塊總成必須滿足多車型通用。

前端模塊總成的技術(shù)方案需要滿足如下條件：

1）明確需要在同一個車型平臺上開發(fā)的不同車型種類，包含轎車、MPV及SUV；

2）車型平臺上開發(fā)車型種類確定后，后續(xù)車型種類的關(guān)鍵系統(tǒng)及零件總成（如：動力總成、輪胎型號及懸架形式等）和各個車型的主要技術(shù)參數(shù)（如：整車質(zhì)量、主要尺寸、動力性、經(jīng)濟性及空調(diào)性能等）需要明確，不能有大的變更，否則會影響前端模塊總成的通用性；

3）前期明確搭載的關(guān)鍵系統(tǒng)及零部件，如發(fā)動機、變速箱及驅(qū)動形式等，需要對同一平臺的轎車、MPV及SUV等車型做有規(guī)劃的前瞻性布置，不同的車型均可以合理分配使用有限的布置空間，使用相同的模塊化方案；

4）除了合理的布置方案，各關(guān)鍵系統(tǒng)及零部件在進行總體設(shè)計時首先需要考慮的是盡可能同時兼容轎車、MPV及SUV等車型，因為關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)差別大而確實無法共用的，也要盡可能在對外接口上通用[2]。

根據(jù)項目開發(fā)需要，該前端模塊總成是由冷凝器、中冷器、散熱器及風(fēng)扇分總成、前端模塊骨架總成等主要零部件組成。其中，冷凝器通過螺栓固定至中冷器，中冷器與散熱器通過螺栓固定，散熱器通過軟墊固定在前端模塊骨架總成上。前端模塊總成主要部件及發(fā)動機艙總布置簡圖，如圖1所示。

圖1 前端模塊總成主要部件及發(fā)動機艙總布置簡圖

2 性能仿真分析

該前端模塊總成結(jié)構(gòu)集成度高，安裝點少，需要進行大量的CAE分析，并不斷優(yōu)化，直到滿足設(shè)計目標(biāo)。

2.1 強度與模態(tài)分析

該前端模塊總成對結(jié)構(gòu)強度要求較高，且對結(jié)構(gòu)模態(tài)有較大影響。

經(jīng)過仿真分析，前端模塊總成在5 g向上沖擊工況下，冷卻系統(tǒng)最大應(yīng)力為41.6 MPa，出現(xiàn)在散熱器水室根部，該應(yīng)力值遠小于材料拉伸強度，滿足強度要求；5 g向下沖擊工況下，冷卻系統(tǒng)最大應(yīng)力為26.3 MPa，出現(xiàn)在散熱器水室根部，該應(yīng)力值遠小于材料拉伸強度，滿足強度要求；1 g緊急制動工況下，冷卻系統(tǒng)最大應(yīng)力為8.4 MPa，遠小于材料拉伸強度，滿足強度要求；1 g右轉(zhuǎn)工況下，冷卻系統(tǒng)最大應(yīng)力為9.3 MPa，遠小于材料拉伸強度，滿足強度要求。模態(tài)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，散熱系統(tǒng)沒有明顯局部模態(tài)，振型和振動頻率與前端模塊保持一致，結(jié)構(gòu)的1階模態(tài)為24 Hz，滿足結(jié)構(gòu)要求。其中，前端模塊總成應(yīng)力分布，如圖2所示，散熱系統(tǒng)的1階模態(tài)振型，如圖3所示。

圖2 前端模塊總成應(yīng)力分布

圖3 散熱系統(tǒng)的1階模態(tài)振型

2.2 機艙熱管理分析

整車需要搭載2款不同的發(fā)動機，因此整車?yán)鋮s系統(tǒng)需要同時兼顧2款發(fā)動機的冷卻及同平臺各種車型的冷卻需求。

文章進行了怠速、中低速、高速工況機艙流體各項仿真分析，各工況下經(jīng)過冷卻模塊的冷卻液流量和風(fēng)速，如表1所示。

表1 多工況冷卻模塊流量及風(fēng)速分析

仿真分析發(fā)現(xiàn)，中低速、高速工況（高速工況機艙流場分析，如圖4所示）各項性能要求均可滿足設(shè)計目標(biāo)要求，但怠速工況下仍存在回流問題，需要優(yōu)化。怠速工況下，機艙內(nèi)氣流從冷凝器下方回流至冷凝器前方，回流攜帶機艙熱量，會造成冷凝器進氣溫度升高，減弱冷卻效果。通過在冷凝器兩側(cè)與格柵之間增加導(dǎo)流板，在下格柵與冷凝器底部之間增加導(dǎo)流板，并多次仿真分析優(yōu)化，最終解決了該問題[3]。

圖5 前端模塊總成模塊化拓展

3 樣車裝車驗證及試驗驗證

3.1 樣車裝車驗證

達到仿真分析目標(biāo)要求和零部件及總成的DMU檢查以后，進入樣車制造環(huán)節(jié)，對該模塊化方案進行系統(tǒng)的樣車試制驗證。

樣車試制過程中充分驗證前端模塊總成內(nèi)部各個零部件間及與周邊零件的間隙，直至達到各開發(fā)控制要素的要求。同時驗證前端模塊總成的裝配工藝可行性，確保滿足前端模塊總成的所有裝配工藝要求[4]。

3.2 試驗驗證

樣車制造完成后，需要對模塊化方案進行系統(tǒng)的試驗驗證，包括整車環(huán)境模擬試驗、碰撞試驗、強度試驗、剛度及模態(tài)試驗、整車耐久試驗等試驗項目。經(jīng)過充分驗證，基礎(chǔ)車型的試驗結(jié)果完全滿足前期設(shè)定的目標(biāo)要求。

4 模塊化拓展

根據(jù)轎車、MPV及SUV等車型布置和性能的不同需求，選擇相同的前端模塊總成結(jié)構(gòu)。經(jīng)機艙總布置分析、DMU檢查、樣車裝車驗證及試驗驗證，該前端模塊總成在同一平臺不同車型（轎車、MPV及SUV）上可以通用。該前端模塊總成的模塊化拓展，如圖5所示。

5 結(jié)論

文章以汽車前端模塊總成為研究對象，設(shè)計了一種由冷凝器、中冷器、散熱器及風(fēng)扇分總成、前端模塊骨架總成等主要零部件高度集成的前端模塊總成結(jié)構(gòu)，其具備集成度高、質(zhì)量輕、安裝點少及多車型通用等優(yōu)點。通過仿真分析的方法，論證了該模塊在同一平臺不同車型之間應(yīng)用的可行性，通過整車試驗驗證充分證明了所提出的模塊化方案滿足了整車各項性能要求，達到了開發(fā)目的。但由于此方案的中冷器夾在冷凝器和散熱器及風(fēng)扇分總成中間，存在中冷器散熱不足的風(fēng)險。該前端模塊總成及其散熱系統(tǒng)僅適用于中小型車型平臺，對于散熱要求高的大排量渦輪增壓發(fā)動機，就需要另外選擇合適的前端模塊總成及其散熱系統(tǒng)。

2018年1—6月汽車工業(yè)產(chǎn)銷情況

1—6月，汽車產(chǎn)銷1 405.77萬輛和1 406.65萬輛，同比增長4.15%和5.57%，與上年同期相比，產(chǎn)量增速回落0.49百分點，銷量增速提升0.83百分點。其中乘用車產(chǎn)銷1 185.37萬輛和1 177.53萬輛，同比增長3.23%和4.64%；與上年同期相比，增速均有所提升；商用車產(chǎn)銷220.40萬輛和229.11萬輛，同比增長9.41%和10.58%，與上年同期相比，產(chǎn)銷增速呈一定回落。

1—6月，基本型乘用車（轎車）產(chǎn)銷566.09萬輛和569.40萬輛，同比增長3.02%和5.46%；運動型多用途乘用車（SUV）產(chǎn)銷511.94萬輛和496.47萬輛，同比增長9.62%和9.68%；多功能乘用車（MPV）產(chǎn)銷85.79萬輛和88.19萬輛，同比下降17.10%和12.72%；交叉型乘用車產(chǎn)銷21.54萬輛和23.47萬輛，同比下降23.78%和25.88%。