呂尚峰1 付濤2

（賽科利（煙臺(tái)）汽車(chē)模具技術(shù)應(yīng)用有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

一、汽車(chē)設(shè)計(jì)方法分析

（一）系統(tǒng)工程分析法

系統(tǒng)工程分析法是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的典型構(gòu)成，亦是汽車(chē)設(shè)計(jì)中的重要設(shè)計(jì)方式之一。系統(tǒng)工程分析主要是指設(shè)計(jì)人員通過(guò)特定的分析過(guò)程與分析方法，綜合評(píng)估某系統(tǒng)，以明確系統(tǒng)的各個(gè)組成部分以及彼此間的關(guān)系、確定不同部分間如何進(jìn)行信息傳遞等，從而設(shè)計(jì)出系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部分間的協(xié)調(diào)方法，保障該系統(tǒng)的穩(wěn)定有序運(yùn)行。與其他設(shè)計(jì)方法相比，系統(tǒng)工程分析法中應(yīng)用最普遍的技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)學(xué)計(jì)算方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)。目前，系統(tǒng)工程分析法廣泛應(yīng)用于我國(guó)汽車(chē)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的信息處理階段，包含設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的搜集、分析與處理，系統(tǒng)工程分析法基于數(shù)據(jù)信息提出可選擇的設(shè)計(jì)方案，并予以準(zhǔn)確評(píng)估。

（二）模糊設(shè)計(jì)法

模糊設(shè)計(jì)法，顧名思義，即是指設(shè)計(jì)人員通過(guò)設(shè)定模糊而不清晰的邊界來(lái)限定設(shè)計(jì)操作的過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，模糊設(shè)計(jì)主要是指設(shè)計(jì)人員通過(guò)分析總結(jié)過(guò)往實(shí)踐，從而提取出有效的數(shù)據(jù)信息，完成設(shè)計(jì)指標(biāo)、構(gòu)件系數(shù)以及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，模糊設(shè)計(jì)法在當(dāng)代汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中已獲得了有效的應(yīng)用，尤其是模糊優(yōu)化分析與模糊決策法。其中，模糊優(yōu)化分析能夠針對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)中的不確定性因素進(jìn)行持續(xù)調(diào)整與處理，尤其應(yīng)用在汽車(chē)離合器與變速箱等構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，可在較大程度上確保汽車(chē)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

（三）計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，為工作者解決特定任務(wù)或指標(biāo)提供輔助作用的一套方法。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)包含輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助繪圖以及輔助質(zhì)量控制等。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)強(qiáng)調(diào)了人的主體作用，計(jì)算機(jī)與人是兩個(gè)相互作用、彼此交互的有機(jī)系統(tǒng)，只有二者達(dá)到均衡協(xié)調(diào)，方能確保輔助質(zhì)量。目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)制造業(yè)之中，尤其是汽車(chē)制造。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠構(gòu)建出針對(duì)性的汽車(chē)產(chǎn)品虛擬模型，并根據(jù)設(shè)計(jì)圖面、性能標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)目的等，對(duì)汽車(chē)三維模型進(jìn)行不同方面的試驗(yàn)、評(píng)估，以把握汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的合理性，并針對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行持續(xù)性?xún)?yōu)化。

（四）虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)

虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)作為一種綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法，其主要是基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及其他現(xiàn)代化技術(shù)而形成的。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)主要應(yīng)用于汽車(chē)產(chǎn)品的正式投入生產(chǎn)之前，通過(guò)一系列的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造分析，準(zhǔn)確評(píng)估該種設(shè)計(jì)方案在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的可行性與可操作性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)上的設(shè)計(jì)軟件，將汽車(chē)產(chǎn)品的外部形狀與內(nèi)部構(gòu)造系統(tǒng)性的顯現(xiàn)出來(lái)，大幅度提高了汽車(chē)設(shè)計(jì)的可視化程度。隨后，設(shè)計(jì)人員可充分結(jié)合汽車(chē)市場(chǎng)行情、汽車(chē)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)以及用戶(hù)需求等，對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品的細(xì)節(jié)構(gòu)件進(jìn)行具體化設(shè)計(jì)，包含汽車(chē)設(shè)計(jì)模型的外形、色彩搭配、發(fā)動(dòng)機(jī)等。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)能夠在較大程度上縮短信息數(shù)據(jù)分析與計(jì)算所需耗費(fèi)的時(shí)間，設(shè)計(jì)人員僅需將需要核算的信息數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件，即可根據(jù)此前設(shè)計(jì)的參數(shù)或計(jì)算公式，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算后直接將結(jié)果導(dǎo)出，從而顯著縮短汽車(chē)設(shè)計(jì)周期與人力資本的耗費(fèi)。

二、汽車(chē)零部件輕量化設(shè)計(jì)分析

（一）材料

1.脆裂敏感性?？捎貌牧系那?qiáng)度與抗拉強(qiáng)度比值來(lái)評(píng)價(jià)。結(jié)構(gòu)件受沖擊，且有耐磨需求時(shí)，需要特別注意此比值。一般有耐磨需求時(shí)，通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行表面處理，如滲碳、碳氮共滲、感應(yīng)淬火等，增加表面材料硬度，提高其耐磨性能。但此時(shí)往往會(huì)忽略對(duì)耐沖擊的要求，所以要注意原始材料的選用，及熱處理后屈服強(qiáng)度的變化，避免結(jié)構(gòu)對(duì)脆裂過(guò)于敏感。

2.碳當(dāng)量計(jì)算。材料碳當(dāng)量對(duì)于預(yù)測(cè)鋼的焊接性能有重要意義。碳當(dāng)量計(jì)算公式已有多個(gè)版本，可以根據(jù)材料的分類(lèi)和結(jié)構(gòu)的用途，選擇適合的碳當(dāng)量計(jì)算公式。對(duì)于汽車(chē)零部件，本文推薦采用美國(guó)金屬學(xué)會(huì)提出的用于評(píng)定淬火碳鋼和低合金鋼的焊接性碳當(dāng)量公式：

w=w(C)+1/6[w(Mn)]+1/5[w(Cr)

+w(Mo)+w(V)]+1/15[w(Ni)+w(Cu)]

評(píng)價(jià)如下：

當(dāng)w＜0.4%～0.6%時(shí)，鋼的焊接性良好，應(yīng)考慮預(yù)熱

當(dāng)w=0.4%～0.6%時(shí)，鋼的焊接性相對(duì)較差

當(dāng)w＞0.4%～0.6%時(shí)，鋼的焊接性很不好，必須預(yù)熱到較高溫度

3.性?xún)r(jià)比。結(jié)構(gòu)件受材料成本影響很大，但采用高強(qiáng)度的材料時(shí)又可以適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)體積。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮材料成本與結(jié)構(gòu)件體積，從而得到最佳方案。

（二）承載

1.構(gòu)件集成化。盡可能減少零件數(shù)量，一方面減少連接工作和材料體積，另一方面還提供了更大的設(shè)計(jì)自由度，更容易實(shí)現(xiàn)極限輕量化。如采用焊接式推力桿支架的橋殼比采用螺栓聯(lián)接式的橋殼輕，而鑄造橋殼由于支架與橋殼可一體化設(shè)計(jì)，比采用焊接支架的橋殼更輕。

2.承載結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免偏轉(zhuǎn)，避免造成如翻轉(zhuǎn)力矩等載荷的產(chǎn)生，即盡可能簡(jiǎn)化主承載結(jié)構(gòu)的受力情況。力及力矩的導(dǎo)入，應(yīng)直接由主承載結(jié)構(gòu)承受。

3.曲率的應(yīng)用。合理的曲率可以提供更強(qiáng)的自然支承。向上隆起的彎板比直板的抗壓能力更強(qiáng)。薄板無(wú)法直立，而彎曲的薄板不僅可以直立還可以承受一定的載荷。

（三）截面

1.面積慣性矩。以最小的體積實(shí)現(xiàn)最大的承載，重要的一步是看哪些材料可以去除。除了優(yōu)化外部結(jié)構(gòu)，還要看內(nèi)部截面。空心型材的面積慣性矩通常高于實(shí)心型材的面積慣性矩。閉口截面比開(kāi)口截面承載能力要強(qiáng)。

2.合理的減重槽。減重槽應(yīng)開(kāi)在載荷較小的區(qū)域，提高結(jié)構(gòu)在主承載方向上的剛度。采用均勻分布的小減重槽，支承剛性比實(shí)心的支撐結(jié)構(gòu)也能高出許多。應(yīng)用最為經(jīng)典的結(jié)構(gòu)是制動(dòng)盤(pán)，內(nèi)外兩側(cè)的壁厚中間是呈蜂窩狀的加強(qiáng)筋，這種結(jié)構(gòu)比實(shí)心制動(dòng)盤(pán)強(qiáng)度好，而且良好的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)還可以加快散熱，提升制動(dòng)器性能。

三、汽車(chē)零部件創(chuàng)新研發(fā)流程體系

為了便于對(duì)產(chǎn)品工程進(jìn)行管理，將產(chǎn)品的研發(fā)分成創(chuàng)新項(xiàng)目、平臺(tái)研發(fā)項(xiàng)目、首次應(yīng)用項(xiàng)目及應(yīng)用項(xiàng)目4類(lèi)（圖1）。作為一個(gè)新項(xiàng)目，需先進(jìn)行創(chuàng)作與評(píng)估創(chuàng)意的階段，在該階段通過(guò)IG1（創(chuàng)新項(xiàng)目評(píng)審）之后，開(kāi)始進(jìn)行預(yù)研。通過(guò)IG2之后即可進(jìn)行概念研究。在概念研究的同時(shí)，通過(guò)評(píng)審可以進(jìn)入到平臺(tái)研發(fā)的項(xiàng)目中。平臺(tái)研發(fā)對(duì)產(chǎn)品的參數(shù)、功能及應(yīng)用進(jìn)行界定。在A樣品測(cè)試完成后，即參與到首次應(yīng)用項(xiàng)目的報(bào)價(jià)過(guò)程。將創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)對(duì)客戶(hù)進(jìn)行介紹，一旦有客戶(hù)接受該產(chǎn)品，即可持續(xù)進(jìn)行B樣品、C樣品和D樣品的開(kāi)發(fā)及測(cè)試，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、供應(yīng)商、生產(chǎn)線(xiàn)與質(zhì)量控制等多方面進(jìn)行驗(yàn)證。在首次應(yīng)用項(xiàng)目的完成過(guò)程中，制訂相應(yīng)的平臺(tái)規(guī)范。該新產(chǎn)品后續(xù)即可按照規(guī)范進(jìn)行新的開(kāi)發(fā)。

圖1

四、結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷深入，中國(guó)的汽車(chē)零部件制造企業(yè)面臨著巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但也有很大的壓力，只有通過(guò)明確的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，通過(guò)有效的研發(fā)創(chuàng)新，才能更好地解決當(dāng)前汽車(chē)零部件企業(yè)所面臨的瓶頸問(wèn)題。