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汽車底盤平臺化開發(fā)策略分析

2020-01-08 02:58:00盧海隔陳晶艷胡偉黃緯
汽車工程師 2019年12期
關(guān)鍵詞:底盤豐田輕量化

盧海隔 陳晶艷 胡偉 黃緯

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院)

隨著汽車市場競爭的加劇,人們對汽車的價(jià)格和性能提出了更高的要求,傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)基于單一車型單獨(dú)開發(fā),依靠車型大規(guī)模產(chǎn)量的開發(fā)方式,無法滿足當(dāng)今汽車市場快速發(fā)展的需求,因此,國外各主流車企首先提出了平臺化和模塊化的理念[1-2]。底盤是汽車的筋骨,底盤結(jié)構(gòu)決定了汽車操控性、舒適性等性能特性,底盤平臺化直接影響到企業(yè)和產(chǎn)品的競爭力,文章對汽車底盤的平臺化開發(fā)策略進(jìn)行了深入研究,從國內(nèi)外2 個(gè)角度、3 個(gè)方面進(jìn)行了解析,指出國內(nèi)底盤平臺未來的開發(fā)方向,具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

1 概述

1.1 平臺開發(fā)概念

20 世紀(jì)80 年代,大眾公司提出“汽車平臺”的概念。汽車平臺是在汽車開發(fā)過程中,利用結(jié)構(gòu)類似的底盤模塊和車身模塊,開發(fā)具有不同尺寸、造型和性能的車型。

1.2 平臺開發(fā)意義

隨著現(xiàn)階段汽車產(chǎn)業(yè)智能化、輕量化趨勢的發(fā)展,模塊化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)尤為重要。在平臺開發(fā)初期,考慮同平臺待開發(fā)車型的規(guī)劃,平臺開發(fā)的意義在于提高客戶感知不明顯的零件通用最大化,削減企業(yè)成本,滿足用戶需求。

通過模塊化戰(zhàn)略,即同平臺跨車型、跨級別的研發(fā)和規(guī)?;圃旃灿醚邪l(fā)工藝和設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn):1)大規(guī)模地降低模塊的研發(fā)成本和采購成本,縮短研發(fā)周期。2)降低單車制造時(shí)間及單車研發(fā)深度,減少研發(fā)風(fēng)險(xiǎn),并使生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化從而提高制造質(zhì)量,降低制造成本;3)降低整車質(zhì)量及油耗,提升整車輕量化水平[3]。以提高整車的可靠性和質(zhì)量。

總之,平臺化開發(fā)策略可以最大化地減少零部件開發(fā)種類,優(yōu)化模塊間的組合,提高零部件的通用化率,從而降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期,為企業(yè)帶來持續(xù)性的效益。

2 底盤平臺化開發(fā)現(xiàn)狀

國外對底盤模塊化的研究始于20 世紀(jì)80 年代,國內(nèi)的主機(jī)廠現(xiàn)階段也進(jìn)行了大量的研究,對于發(fā)展中的中國汽車工業(yè),應(yīng)抓住這個(gè)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變革的時(shí)機(jī),提升底盤平臺化和模塊化水平,增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。

2.1 大眾MQB 平臺

大眾集團(tuán)是平臺化開發(fā)的領(lǐng)跑者,不同品牌車型平臺共享,跨車型平臺共用。目前已推出多個(gè)新平臺,如圖1 所示。涵蓋了A00 級到E 級,包括NSF,MQB,MLB,MSB 等平臺[4]。

圖1 大眾四大底盤平臺示意圖

大眾MQB 模塊庫引入模塊族和子模塊,子模塊通過零部件屬性差異及系列化等進(jìn)行區(qū)分。通過平臺庫、模塊庫及子模塊開發(fā)進(jìn)行平臺開發(fā);通過車型庫開發(fā)、車型級別、車型風(fēng)格輸入等完成具體車型差異選型。

大眾MQB 平臺構(gòu)成,如圖2 所示。MQB 平臺在統(tǒng)一的架構(gòu)下最大化地共享標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方案、部件、生產(chǎn)線,提升品質(zhì)、減少成本和周期,增強(qiáng)競爭力。

圖2 大眾MQB 平臺架構(gòu)示意圖

從大眾的經(jīng)驗(yàn)來看,平臺開發(fā)起步早于車型開發(fā),平臺開發(fā)初次驗(yàn)證后,平臺第1 款車型進(jìn)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段。平臺開發(fā)完成后,新車型開發(fā)周期明顯縮短(如MQB 前3 年主要是平臺開發(fā)及驗(yàn)證,后續(xù)車型開發(fā)周期逐步縮短)。平臺開發(fā)周期持續(xù)到同平臺所有規(guī)劃車型開發(fā)結(jié)束,并跟隨車型開發(fā)持續(xù)優(yōu)化。

2.2 豐田TNGA 架構(gòu)

TNGA 是豐田最新一代的模塊化整車平臺。該平臺通過創(chuàng)新動(dòng)力總成、打造全新底盤、提高車身剛性、追求更好的安全性以及打磨設(shè)計(jì)等方式,實(shí)現(xiàn)了提高車輛性能和提升產(chǎn)品實(shí)力的目的[5]。

2012 年發(fā)布TNGA 平臺戰(zhàn)略,涵蓋豐田和Lexus品牌,2015 年推出首款車型豐田Prius,已發(fā)布4 款車型,平均每年發(fā)布3 款車型;產(chǎn)品分為B 級、C 級、D級,均涵蓋 Sedan,SUV,MPV 車型,分步實(shí)施,且產(chǎn)品主要為 A/B 級,SUV,Sedan 車型。

正月初七,也稱“人日”。 傳說女媧初創(chuàng)世,在造出了雞狗羊豬牛馬等動(dòng)物后,于第七天造出了人,所以這一天是人的生日。 南朝梁宗懔在《荊楚歲時(shí)記》中記載了兩漢魏晉時(shí)代江南民眾的習(xí)俗:“七日為人日,以七種菜為羮,剪彩為人,或鏤金箔為人,以貼屏風(fēng),亦戴之頭鬢。 又造華勝以相遺。 登高賦詩?!盵19]4 唐代之后,每至人日,皇帝賜群臣彩縷人勝,又登高宴請群臣。 陸龜蒙《人日代客子》說:“人日兼春日,長懷復(fù)短懷。 遙知雙彩勝,并在一金釵?!?/p>

圖3 示出豐田TNGA 架構(gòu)。不同車型的內(nèi)外飾按照不同地域客戶的喜好,追求個(gè)性化的差異(圖3 黃色部分);底盤總成的核心技術(shù)通過TNGA 平臺有效互通,實(shí)現(xiàn)最大化的共用(圖3 粉色部分)?;赥NGA 架構(gòu),豐田通過新開發(fā)懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)來改善底盤基礎(chǔ)性能和可感知性能,從而帶來更舒適的駕乘感受和更優(yōu)的操縱性。

圖3 豐田TNGA 架構(gòu)原理示意圖

豐田計(jì)劃在2020 年在全球范圍內(nèi)將70%的車型轉(zhuǎn)變成TNGA 架構(gòu)的全新產(chǎn)品。2017 年,豐田在中國市場投放首款基于TNGA 架構(gòu)的車型產(chǎn)品。TNGA 平臺擁有3 種底盤系統(tǒng),分別適用于小型車、緊湊型車以及中型車,未來會覆蓋豐田全球市場旗下60%銷量的車型。TNGA 平臺將會追求更極端的零部件共享,據(jù)悉,在多達(dá)四五千種的零部件中,最終會有80%的零部件實(shí)現(xiàn)共享。

2.3 吉利CMA 平臺

CMA 平臺是(Compact Modular Architecture platform)由沃爾沃主導(dǎo),吉利參與共同開發(fā)的全新模塊化平臺。相比沃爾沃SPA 平臺產(chǎn)品,它的車型定位更低,即產(chǎn)品相對更“親民”。

針對不同市場區(qū)間的產(chǎn)品,未來吉利汽車將形成四大模塊化平臺,即 AMA,BMA,CMA,DMA,新能源車和高端車成為重點(diǎn)規(guī)劃平臺[6]。表1 示出吉利汽車平臺及定位。根據(jù)資料顯示,該平臺支持懸架結(jié)構(gòu)的多樣化,后懸架可以根據(jù)車型定位、需求不同,自由選擇扭梁結(jié)構(gòu)和多連桿結(jié)構(gòu)。

表1 吉利汽車平臺及定位表

2.4 廣汽GPMA 平臺

根據(jù)廣汽集團(tuán)平臺化戰(zhàn)略,底盤已經(jīng)搭建了跨B/C級底盤子架構(gòu)和跨A0/A 級底盤子架構(gòu),架構(gòu)內(nèi)基于產(chǎn)品的定位、性能、整車參數(shù)可以在一定的范圍內(nèi)互換及拓展。

底盤模塊劃分為多個(gè)子模塊,并在模塊內(nèi)規(guī)范接口定義、載荷、軸距及輪距等基本參數(shù)的拓展范圍;建立融合硬點(diǎn)設(shè)計(jì)、DMU 分析及調(diào)校優(yōu)化相結(jié)合的開發(fā)流程,最終形成通用性強(qiáng)、性能好、質(zhì)量成本最優(yōu)的多種懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和四驅(qū)/兩驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)等子模塊。

廣汽GPMA 底盤架構(gòu),如圖4 所示。B/C 級底盤子架構(gòu)和A0/A 級底盤子架構(gòu)可以覆蓋A 級到C 級別車型開發(fā),能夠提供靈活拓展的方案,可以根據(jù)不同車型的軸距、輪距設(shè)計(jì)做適應(yīng)性調(diào)整。

圖4 廣汽GPMA 底盤架構(gòu)示意圖

3 汽車底盤平臺開發(fā)策略

3.1 通用化

模塊化平臺應(yīng)把變化作為設(shè)計(jì)的前提,盡可能地減少零部件種類,提高車型底盤通用化水平。

底盤通用化水平的提升依賴于整車參數(shù)的設(shè)定。大眾在MQB 平臺開發(fā)初期即考慮了整車和發(fā)動(dòng)機(jī)艙布置的最優(yōu)化,平臺化約束可變部分和不可變部分,重新對零部件開發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,從而將零部件通用化水平提高到新的水平,MQB 模塊化平臺定義,如圖5 所示。

圖5 MQB 模塊化平臺定義示意圖

基于國內(nèi)外主流車企通用化策略,底盤前懸模塊應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)載荷、輪距、姿態(tài)、輪胎的拓展。同時(shí),提升滾阻、拖滯優(yōu)化空間,兼容主動(dòng)懸架技術(shù)和輕量化材質(zhì)。

乘員艙關(guān)聯(lián)模塊需要適應(yīng)Sedan、SUV、MPV 等車型胯點(diǎn)(H 點(diǎn))、車身框架(BOF)的差異,以及底盤電控智能人性化技術(shù)(線控制動(dòng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng))。

機(jī)艙關(guān)聯(lián)模塊需要兼容不同的動(dòng)力總成配置,鋁合金副車架、真空助力器、空心穩(wěn)定桿。

后軸模塊需要實(shí)現(xiàn)載荷、輪距、姿態(tài)、輪胎的配置、2WD/4WD 的拓展,同時(shí),提升滾阻、拖滯的優(yōu)化空間,兼容主動(dòng)懸架技術(shù)、輕量化材質(zhì)和智能四驅(qū)技術(shù)。

通過以上通用化策略的實(shí)施,底盤各零部件能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度通用,共用工藝化設(shè)備,大幅縮短研發(fā)周期,提高推陳出新的速度,最大程度地降低開發(fā)和采購成本。

3.2 智能化

根據(jù)整車開發(fā)要求、車型定位,綜合選擇適配模塊。在平臺車型開發(fā)初期,考慮未來技術(shù)發(fā)展趨勢,對開發(fā)周期內(nèi)可落地的技術(shù),提前規(guī)劃布置預(yù)留,以應(yīng)對未來落地的需求。

MQB 平臺在降低開發(fā)成本的同時(shí),規(guī)劃平臺內(nèi)可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、多次碰撞自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)等多樣化模塊,根據(jù)車型項(xiàng)目需求,選擇性搭載應(yīng)用,在實(shí)現(xiàn)平臺化的同時(shí)體現(xiàn)差異性,滿足了客戶的差異性需求。

3.3 輕量化

通過平臺化設(shè)計(jì),如穩(wěn)定桿布置、線束優(yōu)化等手段,設(shè)計(jì)底盤零部件的最優(yōu)化載荷帶寬,從而使得平臺化車型達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì),降低整車質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)輕量化水平提升。MQB 平臺輕量化設(shè)計(jì),如圖6 所示。

圖6 MQB 平臺輕量化設(shè)計(jì)示意圖

MQB 平臺較以往車型的整車質(zhì)量平均降低了40 kg左右。該平臺的底盤結(jié)構(gòu)采用85%的高強(qiáng)度鋼材料,并廣泛應(yīng)用熱成型工藝,質(zhì)量比原來降低18 kg。通過模塊化載荷帶寬設(shè)計(jì)和性能、耐久等驗(yàn)證,將輕量化水平提升到新的高度。

4 結(jié)論

文章結(jié)合國內(nèi)外平臺化的開發(fā)現(xiàn)狀和未來模塊化發(fā)展需求,提出了一套適用于汽車底盤模塊化的開發(fā)策略。

今后汽車平臺化開發(fā)時(shí),需要改變以往單車型開發(fā)的模式,基于汽車市場企劃、整車基本參數(shù)以及底盤領(lǐng)域中長期戰(zhàn)略規(guī)劃開展,在通用化、智能化和輕量化3 個(gè)方面開展產(chǎn)品開發(fā)和制造,從而降低開發(fā)成本,同時(shí)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品競爭力的提升。

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