陳聰，謝貴山，馬書坤，吳文雙

(1.湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司，湖南長沙 410205；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

汽車主機廠通常會有多個車系，每個系列下又包括多個車型，隨著車型的增多，零部件的種類越來越多，導致零部件技術研發(fā)與管理日益復雜，成本增加，甚至出現(xiàn)其他不可控問題，而平臺化技術可以很好地解決這個問題。平臺化開發(fā)可以實現(xiàn)零部件的共用，從而減少物料種類、縮短研發(fā)周期、共用制造系統(tǒng)與提升質量。平臺化最近幾年受到各主機廠推崇，大眾的MQB、日產(chǎn)雷諾的CMF、豐田最新推出的TNGA架構、吉利與沃爾沃聯(lián)合推出的CMA架構都是采用平臺化的理念，實現(xiàn)比平臺化的更大范圍的概念延展。平臺化對主機廠而言是一項關鍵而復雜的工程，涉及多個部門與眾多零部件，文中所論述的手剎與地板安裝結構的平臺化設計是整車平臺化中一項研究內容。

汽車駐車制動按照驅動方式分為有機械式駐車系統(tǒng)與電子式駐車系統(tǒng)(EPB)。機械式駐車系統(tǒng)，采用杠桿原理的機械手剎(或腳剎)實現(xiàn)駐車制動，主要由手剎操作機構、手剎拉索和后制動器構成[1]。機械式手剎與電子手剎，均是通過剁車盤與剎車片產(chǎn)生的摩擦力來達到控制停車制動[2]，電子手剎操作方式由機械操作機構變成了電子按鈕。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，近年來越來越多的汽車配備電子手剎，但是機械手剎由于其穩(wěn)定可靠，成本低而在中低端車型上依然大量應用。

1 手剎平臺化關鍵尺寸鏈的影響分析

如圖1所示，手剎安裝在焊接在中通道上的手剎安裝板上，提取影響手剎與地板平臺化的關鍵尺寸：

圖1 手剎與地板關鍵尺寸鏈

(1)H30：人體點H到駕駛員腳部前地板的高度，轎車(Car)H30較小，SUV車型最高，MPV與Cross車型處于兩者之間，部分車型MPV與SUV車型一致；

(2)H1：人體點H到手剎手柄中心的距離，平臺內車型保持一致，不同平臺車型可能存在差異；

(3)Ht：中通道Z方向高度，考慮兼容平臺內甚至跨平臺車型，實現(xiàn)地板平臺化；

(4)Hr：中通道手剎安裝板凸臺上表面到中通道頂面的Z向高度；

(5)Hp1：手剎旋轉中心到手柄中心的距離；

(6)Hp2：手剎旋轉中心到手剎安裝面的高度。

這些尺寸鏈等式為

H30+H1=Hp1+Hp2+Ht+Hr

項目開發(fā)前期規(guī)劃平臺內甚至跨平臺車型H30與H1存在一系列值；平臺化手剎Hp1為定值，平臺化地板中通道高度Ht滿足所有車型，即中通道高度也為定值；通過不同Hr與Hp2組合實現(xiàn)不同H30+H1高度的變化。

轎車(Car)由于車身較矮，通常坐姿較低(點H低)，手剎的位置也會相對較低，SUV車型則點H較高，手剎位置相對也較高，為了實現(xiàn)平臺化，需要對手剎與地板進行系列化規(guī)劃與開發(fā)，即分析企業(yè)內部現(xiàn)在與未來的車型，開發(fā)出一定數(shù)量的手剎與前地板，實現(xiàn)最大化零件共用，兼容所有的車型使用，零件的要求種類越少越好，通過以上分析，把手剎安裝板與手剎支座作為可變部分要實現(xiàn)平臺化與系列化是代價最小的可行方案。

2 平臺化尺寸帶寬分析與結構設計

陳東平、沈建東等[3]提出了基于平臺帶寬的車身效率評價概念，文中指出車身架構的尺寸帶寬、動力總成的帶寬、性能帶寬與制造帶寬4種類型。手剎與地板安裝結構平臺化要求能夠兼容平臺內規(guī)劃的Car、MPV、SUV甚至Pickup，并為下一代車型預留良好的拓展性，所以手剎安裝板與手剎支座尺寸帶寬與性能帶寬的設計是核心內容。

手剎支座越高，對手剎本身的強度與剛度來說越不利，經(jīng)過計算分析在最低手剎支座基礎上加高50 mm，在其余邊界條件不更改的前提下，剛度與強度在可接受范圍內，如圖2所示。

圖2 手剎支座加高

手剎安裝板保證最小更改設計，如圖3框示部分與手剎安裝接口相關位置為可變部分，其余位置均保持不變，在保證零部件能成型前提下，圖3(b)比圖3(a)高30 mm。手剎安裝板材料選擇BLD，厚度1.0 mm，內部加強板材料BLD，厚度1.5 mm。

圖3 手剎安裝板最低與最高狀態(tài)

通過以上分析，通過手剎安裝板與手剎支座的可變部分，可以實現(xiàn)0～80 mm的H30+H1值調整帶寬，實現(xiàn)4種組合如下：

(1)H30+H1最低，手剎安裝板與手剎支座都處于最低狀態(tài)，平臺內轎車使用(Car)，圖4(a)所示，此時Hr=0，Hp2=0；

(2)H30上移30 mm，手剎安裝板最高，手剎支座最低，滿足平臺內其他坐姿稍高轎車或者旅行車，圖4(b)所示，此時Hr=30 mm，Hp2=0；

(3)H30上移50 mm：手剎安裝板最低，手剎支座最高，滿足平臺內MPV或者SUV高度，圖4(c)所示，此時Hr=0，Hp2=50 mm；

(4)H30+H1最高，手剎安裝板最高，手剎支座最高，從+50 mm至+80 mm高度為未來更高點H車型預留，圖4(d)所示，Hr=30 mm，Hp2=50 mm。

圖4 不同手剎與地板組合示意

如圖5所示，以上4種組合都要保證手剎與手剎拉索運動包絡在位置1距離不小于10 mm，地板下方固定拉索與地板在位置2距離不小于5 mm。

圖5 手剎與地板距離要求

3 平臺化性能帶寬性能分析

每一種狀態(tài)的尺寸組合對應一種性能，最差性能與最好性能之間則構成了性能帶寬，性能帶寬的確定可以避免設計風險，縮短設計周期，減少多輪反復結構優(yōu)化與CAE分析環(huán)節(jié)。

3.1 分析方法與指標

國家標準GB 7258—2004：7.4.2規(guī)定手操縱時，乘用車不應大于400 N，其他機動車不應大于600 N，但一般操縱人員操縱力在200 N左右[4]。丁曉明等[5]通過利用Abaqus在不同工況下進行剛度分析來尋找影響手剎行程增加的關鍵項,并對影響行程增加的關鍵量進行分析，選擇對手剎機構進行優(yōu)化。文中論述分析工況見表1。

表1 剛度與強度分析工況與指標

3.2 分析結果

位移與強度計算結果如圖6所示。

圖6 位移與強度計算結果

從計算結果得出以下結論：

(1)當Hr=30 mm，Hp2=0時，中通道變形最小，手柄位移最小，加強板與安裝板應力都是最小狀態(tài)。對比Hr=0 mm，此時手剎安裝板與加強板由于較為平，其剛度比“凸包”狀態(tài)要低；

(2)Hr=0，Hp2=50 mm，中通道變形最大，手柄位置最大，加強板與安裝板應力最大。此時由于Hr=0，手剎安裝板與加強板的剛度處于下極限，而手剎本身剛度對比Hr=0，Hp2=0與Hr=0，Hp2=50 mm可以看出，Hp2越大，手剎本身剛度越差；

(3)中通道位置Hr=0，Hp2=0大于Hr=30 mm，Hp2=50 mm狀態(tài)，而手柄的位移前者低于后者，說明此時手剎旋轉點加高50 mm對剛度的影響大于地板凸包降低的影響。

從上述分析可以得知，當中通道與手剎剛度最好，手柄位移也最小，應力最小，反之則位移最大，應力最大，所以Hr=30 mm，Hp2=0為性能帶寬的下極限，Hr=0，Hp2=50 mm為性能帶寬的上極限，調整手剎安裝板與手剎旋轉點高度，剛度與強度變化都在此范圍內。

4 驗證與應用

某平臺新車型開發(fā)過程中，第一代車型規(guī)劃了CAR、MPV與SUV三款車型，后續(xù)拓展開發(fā)了包括旅行跨界車以及針對第一代車型進行換代，在開發(fā)過程中，對于采用H30+30 mm與H30+50 mm的點H變化，地板與手剎的選用完全通組合重用實現(xiàn)，避免了方案的反復調整與多輪CAE分析，并且保證了平臺內最大的零件共用率與最少的總成零件種類。H30+H1在0～80 mm之間的尺寸帶寬與性能帶寬具有良好未來車型延展性。

5 結束語

汽車平臺化是一項復雜的系統(tǒng)工程，文中所論述內容為汽車平臺化設計的一項子課題，通過對多款車型進行總結分析，結合設計經(jīng)驗，總結了手剎及車身安裝結構的平臺化設計的方法，并在實際車型開發(fā)中展開應用。