叢 浩Cong Hao

整車架構(gòu)開發(fā)流程研究

叢 浩
Cong Hao

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

大眾MQB(Modular Querbaukasten，橫置發(fā)動機(jī)模塊化平臺)是目前最新的汽車架構(gòu)開發(fā)體系，MQB架構(gòu)通過帶寬變化衍生不同的車型，包括SUV、MPV、轎車等。通過架構(gòu)的應(yīng)用，提升模塊和零部件的通用化水平，降低研發(fā)成本和零部件成本，縮短項(xiàng)目開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)收益最大化。對于架構(gòu)開發(fā)管控，車企建立整車架構(gòu)開發(fā)流程十分必要，整車架構(gòu)開發(fā)流程闡述了架構(gòu)開發(fā)業(yè)務(wù)全過程管理，是對整車架構(gòu)開發(fā)過程的規(guī)范性描述，是整車架構(gòu)開發(fā)管理活動的依據(jù)。

平臺；架構(gòu)；策略；流程

0 引 言

整車架構(gòu)隨先導(dǎo)項(xiàng)目開發(fā)，架構(gòu)、模塊同步完成開發(fā)和驗(yàn)證。整車架構(gòu)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)流程規(guī)定了整車架構(gòu)形成的全過程，從架構(gòu)立項(xiàng)研究到架構(gòu)發(fā)布，旨在明確整車架構(gòu)開發(fā)項(xiàng)目中各相關(guān)人員的職責(zé)和工作范圍，并明確架構(gòu)開發(fā)過程中各里程碑的關(guān)系及節(jié)點(diǎn)所需提交的交付物，確保整車架構(gòu)開發(fā)正常有序進(jìn)行。架構(gòu)開發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)架構(gòu)件的開發(fā)和管理，整車項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)非架構(gòu)件的開發(fā)和管理。架構(gòu)件在不同平臺、不同整車項(xiàng)目間可共享，實(shí)現(xiàn)零部件通用化，在保證產(chǎn)品差異化競爭力的同時，降低投資費(fèi)用和零部件成本、縮短開發(fā)周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)收益最大化。

借鑒通用、大眾整車架構(gòu)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)[1]，建立面向客戶需求為主線的開發(fā)流程，指導(dǎo)開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行項(xiàng)目策劃、業(yè)務(wù)協(xié)同、過程管控和交付管理，統(tǒng)一和規(guī)范各業(yè)務(wù)開發(fā)工作，并通過持續(xù)優(yōu)化保持其先進(jìn)性和適用性。

1 整車架構(gòu)開發(fā)策略研究

1.1 能源規(guī)劃

在多元化市場需求下，產(chǎn)品規(guī)劃在架構(gòu)開發(fā)初期尤為重要，首先需要確定整車架構(gòu)的能源規(guī)劃?；谑袌龅男枨蠛推髽I(yè)自身的產(chǎn)品型譜、技術(shù)型譜規(guī)劃，確定新能源架構(gòu)的類別，如BEV（Electric Vehicle，純電動汽車）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，插電式混合動力汽車）等。新能源規(guī)劃對架構(gòu)的結(jié)構(gòu)以及物理、性能帶寬有重要的影響，以大眾MQB（Modular Querbaukasten，橫置發(fā)動機(jī)模塊化平臺）架構(gòu)為例[2]，MQB架構(gòu)的能源規(guī)劃對動力電池的兼容較差，需要基于MQB架構(gòu)開發(fā)MEB（Modular Electrification Toolkit，模塊化電氣化工具套件）架構(gòu)；所以規(guī)劃必須優(yōu)先確定[3]，其中品牌決定架構(gòu)車型相應(yīng)的上車體形式，性能決定架構(gòu)車型相應(yīng)的續(xù)航里程、安全等要素，尺寸決定架構(gòu)車型相應(yīng)的空間、級別等。

1.2 核心零部件規(guī)劃

基于產(chǎn)品規(guī)劃，需要進(jìn)一步確定核心零部件規(guī)劃。明確動力電池、驅(qū)動電機(jī)、減速器、高壓附件等控制、結(jié)構(gòu)開發(fā)策略。

核心零部件是否能自主生產(chǎn)，或者核心供應(yīng)商是否能給予支持，是支撐新能源架構(gòu)開發(fā)的關(guān)鍵，其中動力電池的設(shè)計(jì)尤為重要。

1.3 平臺選擇

目前大多數(shù)自主品牌采用以傳統(tǒng)燃油車平臺為基礎(chǔ)進(jìn)行平臺改進(jìn)，開發(fā)新能源車型，大量的更改不可避免地導(dǎo)致在空間、造型及離地間隙方面做出讓步。部分企業(yè)開發(fā)全新的純電平臺，基于純電平臺開發(fā)的新能源車型，具備更優(yōu)的輕量化設(shè)計(jì)、更大的續(xù)航里程、更優(yōu)的內(nèi)部空間、更好的NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）體驗(yàn)。

基于公司的能源規(guī)劃、性能規(guī)劃、品牌規(guī)劃、技術(shù)前瞻性規(guī)劃、技術(shù)型譜等，選擇架構(gòu)策略及平臺開發(fā)模式[4-5]。

2 整車架構(gòu)開發(fā)流程研究

2.1 架構(gòu)開發(fā)啟動

根據(jù)公司戰(zhàn)略和技術(shù)型譜規(guī)劃，將產(chǎn)品需求集成為架構(gòu)開發(fā)需求，對架構(gòu)進(jìn)行初步概念分析，識別潛在的機(jī)遇和競爭力，明確架構(gòu)開發(fā)的必要性和可行性，完成架構(gòu)框架初始化工作，批準(zhǔn)正式啟動架構(gòu)開發(fā)。

2.1.1 建立架構(gòu)開發(fā)組織機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，工程團(tuán)隊(duì)及市場的需求會存在矛盾點(diǎn)，這時需要建立功能塊，進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)的平衡，并統(tǒng)籌考慮各方需求。功能塊可以是機(jī)構(gòu)（產(chǎn)品中心）或者TFT(Task Force Team ，專責(zé)小組)工作組，是在工程和市場之間的中立角色，完成各架構(gòu)方案的取舍，確定架構(gòu)開發(fā)策略。通過市場及工程團(tuán)隊(duì)確定的開發(fā)目標(biāo)，基于多維度評價方法，確定每個目標(biāo)銷售區(qū)域市場和產(chǎn)品關(guān)鍵要素的優(yōu)先級，明確架構(gòu)下產(chǎn)品的定位，平衡架構(gòu)開發(fā)矛盾，確定架構(gòu)開發(fā)框架。組織機(jī)構(gòu)框架示例如圖1所示。

2.1.2 明確架構(gòu)定義及目標(biāo)

架構(gòu)框架明確后，需要確定整車架構(gòu)初始定義，制定架構(gòu)的初始范圍及工程策略。架構(gòu)開發(fā)初期主要工作是型譜和產(chǎn)品規(guī)劃，這部分工作由戰(zhàn)略規(guī)劃、市場部和商品企劃部承擔(dān)。隨著架構(gòu)的開發(fā)，團(tuán)隊(duì)層級逐漸上升，人員范圍逐漸擴(kuò)大。在這個階段工程部門需要明確法規(guī)策略、動力總成策略、初步的競品對標(biāo)策略、性能定位策略、產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等，確定架構(gòu)開發(fā)定義。

圖1 架構(gòu)開發(fā)組織機(jī)構(gòu)

策略目標(biāo)的確定主要途徑是對標(biāo)，但對標(biāo)的信息不足以支撐最終的策略確定，所以在架構(gòu)開發(fā)前期要組織幾輪試乘試駕，參加的人員主要是公司高層和領(lǐng)域?qū)＜?，明確架構(gòu)的策略及架構(gòu)方向，確定主觀性能開發(fā)策略。

主觀性能定位明確后，工程開發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)架構(gòu)競品的定義，進(jìn)行有針對性的競品車拆解和分析，以支持架構(gòu)目標(biāo)定義。通過拆解分析，確定架構(gòu)的載荷路徑、截面、沿用關(guān)系、設(shè)計(jì)理念等。這部分工作，需要有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)和專家主持，需要大量底盤調(diào)教、底盤設(shè)計(jì)、CAE仿真分析、道路測試和主觀評價人員。

2.2 確定架構(gòu)策略

根據(jù)設(shè)定的架構(gòu)開發(fā)方向，對架構(gòu)方案進(jìn)行初步平衡，完成初版架構(gòu)方案。同時批準(zhǔn)架構(gòu)性能定義，明確架構(gòu)的策略意圖和開發(fā)目標(biāo)，發(fā)布初版架構(gòu)開發(fā)策略[6]。

2.2.1 制定架構(gòu)工程策略

確定架構(gòu)定義及目標(biāo)后，需要制定詳細(xì)的工程策略，大致分4個方面：

第一，在架構(gòu)開發(fā)初期確定初步的戰(zhàn)略尺寸帶寬，在架構(gòu)開發(fā)初期不可能確定細(xì)節(jié)尺寸，因此需要制定戰(zhàn)略尺寸，對應(yīng)規(guī)劃型譜的帶寬范圍，工程團(tuán)隊(duì)通過架構(gòu)斷面完成戰(zhàn)略尺寸分析；

第二，對架構(gòu)內(nèi)模塊進(jìn)行初步的參數(shù)定義，以及關(guān)鍵子系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)策略的規(guī)劃；

第三，對特殊車型，如MPV，需要在架構(gòu)初期單獨(dú)設(shè)計(jì)第3排座椅、平地板、后地板等主要架構(gòu)方案；

第四，對物理及性能的定位分析，基于現(xiàn)有資源和可獲取資源完成數(shù)據(jù)分析，初步建立解決方案數(shù)據(jù)庫。

2.2.2 制定架構(gòu)型譜

工程策略確定的過程中，架構(gòu)型譜策略是重點(diǎn)，架構(gòu)型譜根據(jù)架構(gòu)的4個主要特質(zhì)來設(shè)計(jì)。包含發(fā)動機(jī)的布置位置及驅(qū)動形式、軸距及輪距等關(guān)鍵尺寸帶寬、車身承載形式、上車體設(shè)計(jì)理念及地板高度。

根據(jù)戰(zhàn)略規(guī)劃，結(jié)合架構(gòu)分析結(jié)果優(yōu)化技術(shù)型譜，市場再通過技術(shù)型譜提出更詳細(xì)的產(chǎn)品規(guī)劃，確定車輛級別定義、架構(gòu)尺寸。

架構(gòu)車型承載級別的決定因素，是架構(gòu)的特性而不是車輛的級別或者某一車輛的工程分析結(jié)果，比如雖然有些車型屬于C級車，但是由B級架構(gòu)承載設(shè)計(jì)，這是綜合考慮了性能、成本、制造等方面的因素。

2.2.3 架構(gòu)斷面

架構(gòu)斷面設(shè)計(jì)是架構(gòu)開發(fā)前期架構(gòu)尺寸的主要體現(xiàn)方式，是物理帶寬的控制方法。架構(gòu)斷面體現(xiàn)了各架構(gòu)件的布置方案，基本確定局部區(qū)域帶寬。

架構(gòu)斷面主要目的是控制關(guān)鍵尺寸及子系統(tǒng)布置方案，包含架構(gòu)件的接口設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)等。

2.2.4 尺寸帶寬

架構(gòu)尺寸通過戰(zhàn)略尺寸、重要尺寸、細(xì)節(jié)尺寸逐步細(xì)化出來，工程策略確定的過程中，戰(zhàn)略尺寸帶寬是重要指標(biāo)。

首先整車架構(gòu)型譜規(guī)劃確定了車型矩陣，車型矩陣和市場定位確定了架構(gòu)內(nèi)外部尺寸目標(biāo)，基于工程分析，確定架構(gòu)的尺寸帶寬也就是戰(zhàn)略尺寸。

根據(jù)戰(zhàn)略帶寬，可以初步分析架構(gòu)尺寸的工程可行性，以及架構(gòu)尺寸對造型的支持度和造型方向的選擇。

2.2.5 性能帶寬

架構(gòu)開發(fā)策略確定后，需要進(jìn)行性能帶寬分析，確定架構(gòu)模塊的集成狀態(tài)?；诩軜?gòu)尺寸及性能的約束確定架構(gòu)零部件的選型，此階段各模塊已有初步的分析過程數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行相應(yīng)的評估。

架構(gòu)拓?fù)渎窂皆O(shè)計(jì)是確定性能帶寬的重點(diǎn)，架構(gòu)拓?fù)渎窂介_發(fā)是模塊開發(fā)的基礎(chǔ)，需要在架構(gòu)開發(fā)初期明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定性能級別并預(yù)留架構(gòu)空間。比如小偏置碰撞、扭轉(zhuǎn)剛度、NVH、車身空腔結(jié)構(gòu)、底盤硬點(diǎn)規(guī)劃、安全策略、車身能量管理策略、車身力的傳遞路徑、載荷過渡區(qū)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定區(qū)域、側(cè)碰、潰縮空間等。

2.2.6 制造策略

架構(gòu)開發(fā)策略確定后，需要確定制造策略、制造基地的規(guī)劃，要明確到架構(gòu)方案內(nèi)，其中帶寬的設(shè)計(jì)關(guān)系到生產(chǎn)線匹配，需要詳細(xì)論證。雖然MQB架構(gòu)是模塊化設(shè)計(jì)策略，但車型本身之間差異比較大，尺寸柔性區(qū)間也比較大，MQB架構(gòu)的制造策略是安裝工藝共用的生產(chǎn)架構(gòu)，不局限于某一個工廠。對于產(chǎn)銷量相對較少的國內(nèi)車企，建議以生產(chǎn)基地為基礎(chǔ)，制定相應(yīng)的制造策略。

2.3 架構(gòu)方案批準(zhǔn)

根據(jù)初版架構(gòu)開發(fā)策略完成工程方案論證，批準(zhǔn)并發(fā)布終版架構(gòu)策略及附屬方案，同時發(fā)布架構(gòu)件TG0（Time Goal 0，概念時間節(jié)點(diǎn)）數(shù)據(jù)，與架構(gòu)主導(dǎo)的整車先導(dǎo)項(xiàng)目并行開發(fā)。

此階段主要工作是衍生車型的具體細(xì)化分析與論證。在這個節(jié)點(diǎn)需要批準(zhǔn)整車拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案、技術(shù)型譜、系統(tǒng)零部件架構(gòu)解決方案、架構(gòu)衍生策略方案、架構(gòu)成本策略等。

需要特別注意全球車型的概念，全球車企通過架構(gòu)策略調(diào)整工程方案，決策全球車型及國內(nèi)市場的差異化設(shè)計(jì)。如果主機(jī)廠有海外車型同步開發(fā)計(jì)劃，全球車架構(gòu)需要提前考慮。

2.4 架構(gòu)發(fā)布

發(fā)布最終版架構(gòu)開發(fā)策略及方案后，完成架構(gòu)開發(fā)收尾工作。此節(jié)點(diǎn)根據(jù)先導(dǎo)項(xiàng)目驗(yàn)證情況，通過虛擬分析及試驗(yàn)論證，完善架構(gòu)件設(shè)計(jì)，發(fā)布架構(gòu)件TG1（Time Goal 1，造型時間節(jié)點(diǎn)）數(shù)據(jù)，確認(rèn)架構(gòu)完成開發(fā)，對架構(gòu)開發(fā)回顧總結(jié)。

3 項(xiàng)目開發(fā)與架構(gòu)開發(fā)的關(guān)系研究

3.1 項(xiàng)目管理與架構(gòu)管理的關(guān)系

所有的項(xiàng)目開發(fā)都要在架構(gòu)團(tuán)隊(duì)框架下進(jìn)行。架構(gòu)件需要架構(gòu)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行管控，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)更偏重于上車體和內(nèi)外飾的管控。

架構(gòu)開發(fā)的零部件大部分具有長周期性，需要盡早確定，而上車體和內(nèi)外飾開發(fā)周期相對較短。架構(gòu)管理是多車型、跨車型的開發(fā)管理，項(xiàng)目管理主要是單一車型的管理，項(xiàng)目管理需要在架構(gòu)框架下開展工作。架構(gòu)管理需要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的成本控制，因此有些車型需要妥協(xié)讓步，這就需要項(xiàng)目組的配合。

3.2 項(xiàng)目管理與架構(gòu)管理的組織形式

架構(gòu)總師指導(dǎo)項(xiàng)目組及專業(yè)總工開展工作，架構(gòu)總師對模塊、架構(gòu)負(fù)責(zé)，向決策層匯報(bào)。

架構(gòu)開發(fā)組織機(jī)構(gòu)，應(yīng)充分發(fā)揮架構(gòu)管理組織和職能的管理作用，負(fù)責(zé)架構(gòu)的研究、規(guī)劃和開發(fā)管理。

3.3 架構(gòu)開發(fā)與項(xiàng)目開發(fā)的關(guān)系

架構(gòu)的預(yù)留部分是核心，不能輕易變更。如果有新一代架構(gòu)開發(fā)或者大范圍的架構(gòu)更改，需要以架構(gòu)開發(fā)團(tuán)隊(duì)為核心，按流程確定架構(gòu)方案后，以第一臺架構(gòu)車型開發(fā)為節(jié)點(diǎn)引入項(xiàng)目開發(fā)。如果是在已有架構(gòu)帶寬內(nèi)的小范圍修改，直接按項(xiàng)目組形式開發(fā)，確定項(xiàng)目目標(biāo)并進(jìn)行工程分析。架構(gòu)開發(fā)流程如圖2所示。

圖2 架構(gòu)開發(fā)流程

4 結(jié) 論

整個架構(gòu)開發(fā)過程和項(xiàng)目開發(fā)不是先后關(guān)系，而是在架構(gòu)策略節(jié)點(diǎn)同步啟動項(xiàng)目。技術(shù)團(tuán)隊(duì)和組織機(jī)構(gòu)需要支持整車架構(gòu)開發(fā)，并且建立子系統(tǒng)專家團(tuán)隊(duì)，完成整車架構(gòu)的開發(fā)策略并實(shí)施。

架構(gòu)的開發(fā)需要一定的發(fā)展性，一個架構(gòu)的周期是5～8年，需要充分考慮可遇見性的升級，以及架構(gòu)升級帶來的影響，例如底盤系統(tǒng)的電子化、智能座艙、自動駕駛等。

所以工程開發(fā)能力是架構(gòu)開發(fā)的基礎(chǔ)，國內(nèi)主機(jī)廠需要全面提升研發(fā)能力，結(jié)合自身特點(diǎn)和資源，制定符合本公司的架構(gòu)開發(fā)策略。

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2020-08-17

U462

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.06.006

1002-4581（2020）06-0024-04