1、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】16740688(2015)090015021 引言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
2、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。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
3、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。 “Et产CMPl”平台可满足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
4、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。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)、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)。图1乘用车前端模块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
5、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 某平台前端模块功能件空间布置差异自然进气发动机 增压发动机前端功能件CAR 14PY CAR 肿V散热罂 加宽 CAR自然进气共用 加厚6m电子风扇 共用 共用 共用冷凝器 加大面积 cAR自然进气共用 MPY自然进气用中冷器 无 无 增压发动机共用 增压发动机共用31 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，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
6、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)。32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
7、份有限公司工程师，研究方向：发动机舱物理集成。qiyekejiyufazhan 1 5万方数据图2散热器框架集成共用布置却，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、MP
8、V等冷却系统上、下安装支架空间较大的乘用车。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：中冷器与冷凝器前后布置，高度方向上有重叠(如图4所示)；中冷器与冷凝器上下布置，高度上不重叠，称为“吕”结构
9、(如图5所示)。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l 中冷器内压降 中冷器热侧出口温度 ll 小于68 kPa 小于50 l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1 6 qiyekejiyufazhan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l芯体尺寸(长X宽
10、X高)(咖)l面积(m蛩l换热性能舶ms(们l中冷器内压降(kPa)lJ 630X123X150 77 490 8088 68 l33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8 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10 kW。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80 mm，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
11、布置，冷凝器加高100 mm，选用现有中冷器成品，两者高度方向上有120 mm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80 mm。新开发高度降低的中冷器如图7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45 ms，水流量为80 Umin，气液温差为52(3890)。(2)中冷器控制迎面风速为45 ms，热空气流量为008 k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1 500 kPa，进口温度为80，出口过冷度为8，进风温度为38，风速为45ms。前端模块热交换
12、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 冷凝器 中冷器 散热器 通风 冷凝器 散热器 中冷器方案 模块 能力 换热量 换热量 换热量 阻抗 冷媒 水流阻 介质流阻 流阻(kW) (kW) (k冒) (kl) (Pa) (kPa)(”a) (kPa)冷凝器+散热器 31057 9125 21 628 1802 113O 284冷凝器+散热器方案l31410 1455 67“ 23816 1790 40 285 33+中冷器敝热器+中冷器 30720 6733 24203 1777 284 34冷凝器+散热器+中冷器 354ll 7 3ll 6 837 2l 668 173
13、9 1440 291 30方案2 冷凝器+散热器 317167335 24086 1708 1450 28 5散热器+中冷器 31926 6829 25 465 1700 284 35(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。 (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
14、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b20(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05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10 mm。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4 mm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。5其他焊接质量
15、问题(1)规酚要求凡焊缝长度在300 mm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。(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。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
16、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。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，20152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。20153杨文林船舶建造工艺M哈尔滨：
17、哈尔滨工程大学出版社，2014责任编辑：钟声贤(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。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1 8 qiye
18、kejiyufazhan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)：152邱国华汽车模块化设计的应用与发展I设计研究，2002(12)：153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：钟声贤万方数据乘用车平台前端模块化设计作者： 宋建新， 李柳林， 李家烽作者单位： 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)刊名： 企业科技与发展英文刊名： Enterprise Science And Technology & Development年，卷(期)： 2015(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)
