企业科技与发展乘用车平台前端模块化设计宋建新Ｌ２，李柳林２，李家烽２（１．上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２４０；２．上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州５４５００７）【摘要】文章阐释了目前乘用车平台化的发展状况，然后对乘用车平台开发中前端模块的布置进行了详细的说明和分析，包括边界条件、重要性能要求。最后分析前端模块的２种布置方案及进行台架试验，结果显示该前端模块布置方案满足性能要求。【关键词】汽车平台；前端模块；模块化【中圈分类号】Ｕ４６２【文献标识码】Ａ【文章编号】１６７４—０６８８（２０１５）０９—００１５—０２器和冷却风扇、发动机进气中冷系统、空调冷凝器、散热器框架集成（散热器左、右立柱总成、散热器上、下横梁总成）、现今主要乘用车生产企业均采用平台战略构建自己的产品系列，有行业分析报告指出，汽车平台开发已占据车企研发支出费用的一半。如何进一步提高产品开发效率、缩短开发周期，以满足市场需求的变化，将更多的资金用于新能源汽车等新技术、新产品的开发，已经成为各企业必须面对的共同课题。进一步削减平台数量、扩大主流单一平台车型覆盖率、提高平台规模效益是不二选择。据有效统计数据显示，目前全球主流几大汽车平台的产量占汽车总产销量的４０％左右【１１。图１乘用车前端模块１引言发盖锁闭系统、前蒙皮、前格栅及各种电子组件和线路布置等（如图１所示）。２乘用车平台化发展现状汽车平台发展至今，已经形成以下３种开发模式。（１）以“大众”为代表的模块化平台，主要特征是看重跨车型和跨细分产品的分布，即每个平台可应对普通轿车、ＳＵＶ、ＭＰＶ等多种车型，以及满足各细分车型区隔的要求，如“大众”横置发动机ＭＢＱ模块平台包括了“大众”集团目前横置平台的所有小型、紧凑型和中型车。台可满足Ｃ级车和Ｄ级车的产品开发闭。（２）以“通用”和“丰田ＴＮＧＡ”为代表的产品架构性平台，不但总产销规模超８００万台，而且单个细分产品区隔的产销规模也非常巨大，通常超过１５０万台，因此更加看重每个细分产品内的最优化。（３）以“马自达ＳＫＹＡＣＴＩＶＥＥ”技术为代表的“泛平台”，由于企业产销规模小，总产销量在１００万台左右，因此３．１在某乘用车平台开发项目中规划有２种车型，５座ＣＡＲ、７座ＭＰＶ，动力总成配置有自然进气发动机、增压发动机。为了降低成本、减少开发费用，平台开发策略定义为前舱功能件实现布置最大共用。以ＣＡＲ自然进气发动机车型配置的前端模块功能件为基础，分析平台前端模块功能件的空间布置差异，结果见表ｌ。表１前端功能件ＣＡＲ１４ＰＹＣＡＲ“Ｅｔ产ＣＭＰｌ”平某平台前端模块功能件空间布置差异自然进气发动机增压发动机肿Ｖ加厚６ｍ共用ＭＰＹ自然进气用增压发动机共用散热罂电子风扇冷凝器中冷器无加宽共用加大面积无ＣＡＲ自然进气共用共用ｃＡＲ自然进气共用增压发动机共用散热器框架集成布置散热器框架集成的布置与散热器的ｘ方向面积大小相关，相比零部件通用化，它更加看重工厂设备等基础设施的共用１３Ｉ。以上３种平台模式都是产品群开发模式，完全颠覆了以往以单个车型开发为主的产品开发模式，在平台开发之初就考虑同一平台所有车型的规划，谋求平台通用化与单个车型独特性的平衡，即以平台通用化削减成本，满足消费者物美价廉的追求，以总成与零部件专用化实现单个车型个性化，满足消费者的多元化需求１４１。根据功能件布置差异分析可知，满足车身右边中冷器进气管布置空间、大灯安装与散热器的安装工艺空间，散热器在上弯梁、下弯梁右边固定点位置共用，根据不同的发动机性能要求选用不同宽度尺寸的散热器，散热器车身框架中的上弯梁与下弯梁预留安装固定位置，可满足平台散热器框架共用的策略（如图２所示）。３平台化前端模块布置汽车前端模块由多个零部件构成，包括前照明系统、散热３．２中冷器的布置增压发动机空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度变低，中冷器可以冷却进气空气，高温空气经过中冷器的冷【作者简介】宋建新（１９８２一），男。河南挟沟人，上海交通大学机械与动力工程学院在职研究生，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：整车架构开发；李柳林（１９８６一），男，广西上林人。硕士研究生，上汽通用五菱汽车股份有限公司助理工程师，研究方向：发动机舱物理集成；李家烽（１９８３一），男，广西灵山人，上汽通用五菱汽车股份有限公司工程师，研究方向：发动机舱物理集成。ｑｉｙｅｋｅｊｉｙｕｆａｚｈａｎ１５万方数据析。在长度、宽度方向上不能再减小，因此只能降低中冷器高度，减少ｌ根散热扁管与ｌ条散热带，测试结果见表３，结果显示高度下降后的中冷器性能依然可以满足发动机性能要求。表３某增压发动机中冷器参数图２散热器框架集成共用布置ｌ芯体尺寸（长Ｘ宽Ｘ高）（咖）ｌ面积（ｍ蛩ｌ换热性能舶ｍ／ｓ（们ｌ中冷器内压降（ｋＰａ）ｌＪ６３０Ｘ１２３Ｘ１５０７７４９０８０８８≤６．８ｌ却，再进入发动机中。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降１０℃，发动机功率就能提高３％一５％。增压发动机中冷器一般采用中冷器前置、中冷器侧置、中冷器顶置３种布置方案。中冷器前置时，中冷器放置于发动机舱前端、前保险杠后面，中冷器与散热器、冷凝器及冷却风扇集成一个冷却模块，方案普遍应用在乘用车上，中冷器前置可采用２种布置形式。（１）中冷器位于冷凝器与散热器之间，前后布置顺序为冷８３．３冷凝器布置车内热负荷实验分析５座ＣＡＲ车冷凝器最大换热性能约ｋＷ，在边界定义下，其冷凝器散热面积满足制冷性能要求。７座ＭＰＶ车内热负荷相比５座ＣＡＲ增加约２５％，冷凝器换热性能约１０ｋＷ。若采用ＣＡＲ车的布置策略，在当前的边界布置方案下需在高度方向至少增加约８０ｍｍ，冷凝器与中冷器发生干涉。若冷凝器性能不能提升，将严重影响空调系统的性能。考虑车型的前舱结构，选定冷凝器２种布置方案，进行前端模块热交换性台架试验，试验结果见表４。方案一：中冷器与冷凝器前后方向布置，冷凝器加高１００凝器（最前端）一中冷器一散热器一冷却风扇（最后端），如图３所示。该布置方式多用于ＳＵＶ、ＭＰＶ等冷却系统上、下安装支架空间较大的乘用车。ｍｍ，选用现有中冷器成品，两者高度方向上有１２０ｍｍ重叠，中间间隔１０ｍｍ（如图６所示）。方案二：中冷器与冷凝器上下布置，冷凝器加高８０ｍｍ。新开发高度降低的中冷器如图７所示。图３中冷器布置在冷凝器与散热器之间（２）中冷器位于冷凝器前面，前后布置顺序为中冷器（最前端）一冷凝器一散热器一冷却风扇（最后端），该布置方式多用于轿车。根据重力向下的原理，散热器进水管布置在散热器芯体上部，出水管布置在芯体下部，散热器上部分水温比下部分水温要高，需要散发的热量更多，需提供更好的散热环境，且一般车辆前部造型都是上短下长。因此，布置中冷器时应充分利用下部的空间，把中冷器布置在下部，也使得冷却系统性能达到最佳。中冷器采用２种布置形式：①中冷器与冷凝器前后布置，高度方向上有重叠（如图４所示）；②中冷器与冷凝器上下布置，高度上不重叠，称为“吕”结构（如图５所示）。图６方案一图７方案二台架试验约束条件如下。（１）散热器控制介质：水，迎面风速为４．５ｍ／ｓ，水流量为８０Ｕｍｉｎ，气液温差为５２℃（３８～９０℃）。（２）中冷器控制迎面风速为４５ｍ／ｓ，热空气流量为０．０８ｋ幽，环境温度为３８℃，进口热空气温度为１５０℃，进口压力为２２０ｋＰａ。（３）冷凝器控制进口压力为１５００ｋＰａ，进口温度为８０℃，出口过冷度为８℃，进风温度为３８℃，风速为４．５ｍ／ｓ。前端模块热交换性台架试验结果见表４。表４前端模块热交换性台架试验结果模块总能力（ｋＷ）冷凝器中冷器散热器换热量换热量换热量（ｋＷ）（ｋ冒）（ｋｌ『）方案模块通风阻抗（Ｐａ）冷凝器冷媒流阻（”ａ）１１３．Ｏ散热器水流阻（ｋＰａ）中冷器介质流阻（ｋＰａ）图４中冷器与冷凝器前后布置，高度方向上有重叠图５中冷器与冷凝器上下布置。高度上不重叠方案ｌ冷凝器＋散热器冷凝器＋散热器＋中冷器敝热器＋中冷器冷凝器＋散热器＋中冷器３１．０５７９．１２５２１６２８１８０．２２８．４３１．４１０１．４５５６．７“２３．８１６１７９．０４．０２８．５３．３某型增压发动机对中冷器的进气性能的要求见表２。表２某增压发动机中冷参数要求ｌｌ中冷器内压降小于６．８ｋＰａ３０．７２０６．７３３２４．２０３１７７．７２８．４３．４３５．４ｌｌ７３ｌｌ６８３７２ｌ６６８１７３９１４４．０２９．１３．０中冷器热侧出口温度小于５０℃ｌｌ方案２冷凝器＋散热器散热器＋中冷器３１．７１６３１．９２６７．３３５６．８２９２４．０８６２５４６５１７０．８１７０．０１４５．０２８５３．５２８．４已知现有一款中冷器成品性能优于某增压发动机参数要求，可以直接应用在该平台上，可降低开发成本及开发时间。经分１６ｑｉｙｅｋｅｊｉｙｕｆａｚｈａｎ（下转第１８页）万方数据甲板焊接。在现场检验中发现，一些船厂工人为徒省事，存在弄虚作假的现象：如船舶甲板机械如系缆桩下方的要求为复板，但看似有一个环形复板，而实际在缆桩下方并无复板，或是有整块的复板，但塞焊的规格远远达不到规范要求。（２）舷侧顶列板与甲板边板角接缝对船舶建造质量至关重要，检验中偶尔会发现，强力甲板的边缘未开坡口，这就难以保证能完全焊透。（觎范》中关于塞焊有明确而具体的要求：圆孔塞焊的间距应不大６结语以上问题是笔者多年在现场检验及图纸审查中发现的较为典型的问题，但现实中存在的问题不止于此。由于生产力水平及船厂质检人员的能力、责任心不够及管理制度存在缺陷，这些看似简单的质量问题，却在这些小型的私营船厂里层出不穷。因此，对于地方船检来说，需要做的不仅仅是检验，还需要指导技术人员施工，指导质检员自检，甚至有时还要充当船于１０倍圆孔直径；长孑Ｌ塞焊的开孔长度应不小于７５衄，孔的宽度应不小于板厚的２倍，孔端部呈半圆形；孔的间距应不大于长孔长度的２倍等。４厚薄板过渡焊接不满足规范要求（觎勘要求强力甲板货舱舱口角隅的圆弧半径ｒ应不小于ｂ／２０（ｂ为货舱舱口的宽度）。位于载货区域的货舱舱口角隅应按规定的形式采用较货舱区域强力甲板增厚０．５倍的加厚板予以补强。这样一来，与货舱角隅甲板相邻的首部甲板或尾部甲板厚度差较大，常见的厚度差有时甚至达到１０ｍｍ。而检验中发现，一些在建船舶施焊时没有将较厚板的边缘削斜，且将不平面布置在甲板背面，造成背面的甲板骨架与甲板的焊接厂质检员的角色。这不仅要求我们的验船师要具备专业的检验技能，熟悉各项工艺要求，熟悉《观｝酚要求，同时又要有耐心，与船厂工人、质检员等保持良好的沟通，努力做到“一检、二帮、三把关”。注释①由于不同年份的《规范》要求可能存在少许差别，无法逐一罗列，此处统称为《规范》，具体要求可详细查阅适用的《规范》要求。有较大的间隙，严重影响焊接质量，而（觎≯酚的要求是不同厚度的钢板进行对接时，若其厚度差大于或等于４ｍｍ时，应将较厚板的边缘削斜，使其均匀过渡，削斜宽度应不小于厚度差的４倍。参考文献［１］中国船级社．钢质内河船舶建造规范［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１５．［２］中国海事局．内河船舶法定检验技术规则［Ｍ］．北京：人民交通出版社。２０１５．５其他焊接质量问题（１）《规≯酚要求凡焊缝长度在３００ｍｍ以内者，一律采用连续焊。骨材端面与板（如有时）、肘板与板或构件的焊接采用双面连续焊；当船体结构采用间断焊缝时，对骨材的端部、各种构件的切口、切角、开孑Ｌ等部位均应采用连续包角焊缝，而现实中最常见的现象是肘板端部、骨材端部、构件切口、流水孔、施焊孔等无包角焊。（上接第１６页）由台架试验结果可知：经过中冷器的冷却空气会有一定的温升，根据不同的芯体正面积大小、风速，冷却空气的温升也不一样，一般为５。２５℃，而且在相同条件下，芯子正面积越小温升越大。中冷器位于各散热元器件的最前面容易使布置于后面的冷凝器及散热器的冷却温度变高、散热性能变差。为了实现Ｃａｒ、ＭＰＶ车型前舱最大化共用且同时满足空调制冷性能，最终选定方案二。［３］杨文林．船舶建造工艺［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，２０１４．［责任编辑：钟声贤］发成本。（２）平台化开发过程中，前端模块的前期开发应注意不同车型、不同动力总成对散热、空调性能的影响。参考文献［１］刘华，吴珩晓，张亚萍，等．浅析汽车平台演进与模块化战略［Ｉ］．上海汽车，２０１４（１２）：１—５．［２］邱国华．汽车模块化设计的应用与发展［Ｉ］．设计研究，２００２（１２）：１—５．４结论通过对乘用车平台化前端模块的布置分析，可以得出最佳前端模块布置方案。（１）通过预先的模块化设计达到平台优化集成，可以最大化地共用功能零件，减少模具、夹具的开发成本，从而降低开［３］李伟伟，刘小兵，王德明，等．浅谈模块化设计在汽车生产中的应用［Ｉ］．研究与开发，２０１３（１）．［４］张利，张建．汽车底盘模块化设计中客户需求层次分析模型研究［Ｊ］．合肥工业大学学报，２００５（９）．［责任编辑：钟声贤］１８ｑｉｙｅｋｅｊｉｙｕｆａｚｈａｎ万方数据乘用车平台前端模块化设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
宋建新， 李柳林， 李家烽
宋建新(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州545007)， 李柳林,李家烽(上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州,545007)企业科技与发展
Enterprise Science And Technology & Development2015(9)
引用本文格式：宋建新.李柳林.李家烽 乘用车平台前端模块化设计[期刊论文]-企业科技与发展 2015(9)