汽車開發(fā)階段各類評價模型的應(yīng)用及設(shè)計

聞達

（一汽- 大眾汽車有限公司）

對于種類繁多的乘用車產(chǎn)品，如何保持產(chǎn)品自身的競爭力，在消費者挑剔的眼光中脫穎而出，是每個整車企業(yè)需要認真思考的問題[1-2]。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提升客戶滿意度，通過借鑒跨國車企經(jīng)驗，結(jié)合自身技術(shù)儲備，我國車企從汽車概念開發(fā)到正式批量生產(chǎn)，對于眾多評價要素，諸如造型表面、色彩、皮紋、人機工程、批量結(jié)構(gòu)等，均實現(xiàn)了通過設(shè)計制造相應(yīng)評價模型的方式來對其進行檢查驗證。評價模型的應(yīng)用可以將產(chǎn)品概念轉(zhuǎn)化為實際，輔助設(shè)計者在開發(fā)前期發(fā)現(xiàn)問題，找到優(yōu)化方向，改良設(shè)計，確認方案。因此，文章對于汽車開發(fā)階段的各類評價模型進行了相應(yīng)介紹。

1 評價模型的種類及作用

1.1 按驗證要素分類

根據(jù)驗證要素不同，開發(fā)階段的評價模型主要分為以下5 種。

1.1.1 數(shù)據(jù)控制模型

數(shù)據(jù)控制模型，德語縮寫為DKM（Datan Kontroll Modell）[3]，是采用汽車凍結(jié)造型表面數(shù)據(jù)，按1∶1 的比例制造的靜態(tài)實體物理模型，用于決策層、造型專業(yè)人員評價數(shù)據(jù)的光順度、匹配間隙、圓角、面差等，進而頒發(fā)對數(shù)據(jù)的批產(chǎn)認可，允許批量鋼模及工裝的最終生產(chǎn)。DKM后端局部模型示意圖，如圖1 所示。DKM是架起概念造型與實體汽車的橋梁，真實體現(xiàn)了造型表面的數(shù)據(jù)狀態(tài)及質(zhì)量，對汽車的整體尺寸、線條造型、圓角間隙等都有非常直觀的體現(xiàn)。

DKM 對制造精度（零件精度為±0.15 mm，整車精度為±0.4 mm）要求極高，可對汽車表面數(shù)據(jù)進行多維度的檢查評價及確認，DKM的最終驗收是產(chǎn)品造型被認可的重要標(biāo)志。同時，DKM也是產(chǎn)品正式批產(chǎn)后質(zhì)量評價的重要參考依據(jù)。

DKM可根據(jù)內(nèi)外飾評價區(qū)域進行劃分。外飾DKM展示了汽車外部覆蓋件（如側(cè)圍、頂蓋等）及外部附件（如外后視鏡）的數(shù)據(jù)狀態(tài)；內(nèi)飾DKM同理。

1.1.2 色彩展示模型

色彩展示模型（德語簡稱FAKOM）是數(shù)據(jù)優(yōu)化期間，基于造型凍結(jié)里程碑節(jié)點，根據(jù)造型提供的過程表面數(shù)據(jù)而制作的體現(xiàn)內(nèi)飾狀態(tài)的硬質(zhì)樹脂模型，用于決策層對內(nèi)飾件的顏色定義、包覆皮紋、裝飾縫線、氛圍燈效果進行評審及驗收。FAKOM前端局部模型示意圖，如圖2 所示。FAKOM模型也是按1∶1 的比例設(shè)計制造的靜態(tài)物理模型，精度要求較DKM 低，樣件沒有批量功能，但具備真實質(zhì)感，包覆皮紋的厚度、外觀、觸感、縫線等效果都要盡可能與量產(chǎn)狀態(tài)一致。同時，氛圍燈可以點亮，模擬真實工作狀態(tài)。裝配好后的FAKOM模型與量產(chǎn)車內(nèi)飾效果幾乎無異，真實體現(xiàn)了商品車的內(nèi)飾狀態(tài)，方便決策層在產(chǎn)品開發(fā)前期對內(nèi)飾造型進行評審確認。

FAKOM模型與內(nèi)飾DKM 最本質(zhì)的區(qū)別在于，DKM側(cè)重于尺寸的校核，精度要求高，而FAKOM偏向于美學(xué)的校驗，注重感官上的效果，精度可適當(dāng)放寬。

1.1.3 人機工程模型

人機工程模型（德語簡稱為SIKI 模型）為內(nèi)飾乘員艙模型，用來檢查總布置方案和人機工程操作性，由方案總布置小組及經(jīng)理人員從人機工程學(xué)角度對乘員艙內(nèi)的操控按鈕及元件進行評價，從而獲得對設(shè)計方案的認可。

SIKI 模型根據(jù)過程表面數(shù)據(jù)按1∶1 比例設(shè)計制造，主要用來評價駕乘人員的空間舒適感和人機操作便利性。根據(jù)輸入要求不同，SIKI 的部分樣件（如換擋桿、安全帶、后備箱等）可機械活動，但不具備實際電器功能。坐在SIKI 模型內(nèi)部，仿若置身于一個真實的駕駛艙內(nèi)，可以真切體驗空間大小，感受是否擁擠，也可觸碰按鈕開關(guān)，評價位置設(shè)計是否合理。

1.1.4 數(shù)據(jù)檢查模型

數(shù)據(jù)檢查模型，德語縮寫為DCM（Design Check Modell），是根據(jù)未凍結(jié)的車身鈑金結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，按1∶1的比例設(shè)計制作，外飾部分進行簡化，用于檢驗樣件的安裝及匹配的功能模型。DCM 車身模塊模型示意圖，如圖3 所示。DCM 是一款鋁合金制造的“標(biāo)準(zhǔn)白車身”，通過安裝最新狀態(tài)零件，整體上從尺寸精度、固定方式、間隙感受以及外形輪廓等方面評價車身范圍安裝件的開發(fā)狀態(tài)，以便決策開發(fā)方案和變化點。

圖3 數(shù)據(jù)檢查模型（DCM）車身模塊模型示意圖

DCM是靜態(tài)模型，模擬的白車身具備部分機械和電器功能，包含大部分內(nèi)外飾的安裝點及部分內(nèi)外飾的簡化模塊，用以驗證開發(fā)階段零件的匹配性，也會用于零部件的拆裝評價。

1.1.5 動態(tài)造型體驗?zāi)Ｐ?/p>

動態(tài)造型體驗?zāi)Ｐ停抡Z縮寫為DEF（Design Erlebnis Fahrzeug），是根據(jù)造型表面數(shù)據(jù)按照1∶1 的比例設(shè)計制造的整車外飾造型模型，并能以小于50 km/h的速度在室外行駛。其用于決策層從不同角度對整車外飾造型及車身比例在行進過程中的狀態(tài)進行評價和認可，是具備行駛功能的造型體驗車。

1.2 按評價范圍分類

評價模型按照評價范圍可分為整車模型與局部模型。整車模型要求反映整個汽車的全部數(shù)據(jù)狀態(tài)或功能要求，可以是外飾也可以是內(nèi)飾；局部模型要求反映汽車局部區(qū)域零件的數(shù)據(jù)狀態(tài)或功能，雖然展示范圍有限，但應(yīng)用非常普遍。

整車模型的制作范圍較大，制作成本很高，當(dāng)決策層發(fā)現(xiàn)整車模型的某個區(qū)域并不美觀或者功能不符合要求時，會根據(jù)需要有針對性地制造一個此區(qū)域的局部模型來進行二次評審。如果對某一區(qū)域設(shè)計思路較多，想法不能確定，需要進行實物對比才能敲定最優(yōu)方案，這樣就需要對多個版本數(shù)據(jù)制作多個局部模型，供決策層比較分析。

按驗證要素分類的5 種模型中，除DEF（只能是整車模型）外，其余均可以設(shè)計為整車模型或局部模型。

2 模型的組成

DKM、FAKOM模型、SIKI 模型的組成相似，包括骨架、樹脂樣件、車輪夾具、批量件以及各種用于調(diào)整裝配的標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件。其中，骨架作為核心在內(nèi)部支撐起整個模型，各種零件按一定順序依次裝配到骨架上。

DCM由鋁合金鑄造的車身鈑金件、安裝點鋼制鑲塊和裝配工具件組成。

DEF 由量產(chǎn)車平臺、內(nèi)層車身鈑金、玻璃鋼框架、樹脂材料涂層和裝配工具件組成。

3 評價模型的設(shè)計

由于各類評價模型的功能作用及精度要求不同，所以設(shè)計方法也各異。

3.1 DKM的設(shè)計

DKM的骨架設(shè)計是整個模型設(shè)計的基礎(chǔ)，骨架根據(jù)需要可設(shè)計為一體化鑄鋁或方鋼焊接形式；不論采用哪種形式，均需要滿足以下4 點要求：

1）骨架整體結(jié)構(gòu)堅固，加強梁設(shè)計合理，具備足夠的強度、剛度，以防止變形。

2）綜合造型表面數(shù)據(jù)考慮整體尺寸（長×寬×高），合理選取各大型零件（包括側(cè)圍、前后保險杠、前蓋等）安裝定位點；合理布局骨架內(nèi)部結(jié)構(gòu)，預(yù)留裝配空間。

3）合理布置測量建系點，保證樣件裝配過程中始終有足夠數(shù)量的點位用于建系，同時需要注意測頭打點時不會與骨架干涉。

4）設(shè)計完成后，需要對骨架承重形變進行仿真分析。需要注意的是，骨架的設(shè)計質(zhì)心要盡量接近骨架的幾何中心，骨架沿中心對稱的區(qū)域質(zhì)量也要均衡，避免加載零件后發(fā)生傾斜。

DKM的零件設(shè)計即根據(jù)得到的表面光順數(shù)據(jù)，設(shè)計單件背部裝配結(jié)構(gòu)。因為零件間的匹配間隙是DKM評價的重點，所以需要將每個零件單獨拆分出來進行設(shè)計。大多數(shù)模型零件通過銑削實現(xiàn)，因此零件設(shè)計要充分考慮選材合理性和銑削可行性；極個別零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，銑削成本較高或不能實現(xiàn)，需要采用SLA，F(xiàn)DM，SLS 等3D 打印工藝制作。3D 打印的材料成本極高，零件設(shè)計在保證必要強度的前提下要注意減輕質(zhì)量。另外，零件設(shè)計要盡量保持單件的獨立性，使其可在裝配本體上獨立拆裝，不影響其它單件。

3.2 FAKOM模型的設(shè)計

FAKOM模型的骨架設(shè)計與內(nèi)飾DKM類似，一般采用方鋼焊接形式。但由于FAKOM模型側(cè)重效果的展示，所以骨架復(fù)雜程度大大降低，去掉了一部分加強結(jié)構(gòu)及零件的導(dǎo)向、調(diào)整結(jié)構(gòu)，屬于簡化版的DKM 骨架。現(xiàn)階段，F(xiàn)AKOM模型骨架已逐漸由方鋼焊接過渡為鋁型材拼接形式，這樣不僅簡化了制作工藝，節(jié)約了成本，而且縮短了模型制造周期。鋁型材骨架具備輕便、靈活、制作快捷的特點，在骨架制作方面優(yōu)勢十分明顯。除精度要求高的DKM外，簡易的局部FAKOM模型、SIKI 模型均可以用鋁型材骨架做為內(nèi)部支撐。

FAKMO 模型的零件設(shè)計原則與DKM 基本一致，但由于不對裝配精度、圓角間隙做過高要求，故可對部分零件做合并簡化，銑出假縫即可，對顏色不同的部位進行遮蔽噴漆。需要注意的是，F(xiàn)AKOM模型會涉及皮紋的包覆，被包覆的零件需要單獨拆件，常用皮紋（包括海綿）的厚度一般為1～6 mm，要根據(jù)皮紋厚度對零件A 面設(shè)置合理的過切量。

3.3 SIKI 模型的設(shè)計

SIKI 模型的骨架設(shè)計與FAKOM模型類似，但需要另外追加一些批量件安裝結(jié)構(gòu)，比如后排座椅安裝點、安全帶卷軸固定結(jié)構(gòu)等。同F(xiàn)AKOM模型一樣，由于裝配精度較DKM低，所以骨架也在逐漸由方鋼焊接向鋁型材拼接形式轉(zhuǎn)變。

SIKI 模型的零件設(shè)計在FAKOM模型的基礎(chǔ)上進一步簡化，無功能要求的部分可設(shè)計為一體，進行整體銑削。如門護板總成，除雜物兜、門扣手、門窗按鈕由于無法整體銑削需要單獨拆件外，其余零件均可合成一體。

一般情況下，SIKI 模型安裝的批量件需要實現(xiàn)以下功能：座椅位置能夠正常調(diào)節(jié)；車門采用批量鉸鏈及限位器，可實現(xiàn)車門張角限位作用；前后安全帶實現(xiàn)功能；通過彈簧或氣撐模擬制動踏板力；中扶手可垂直打開，便于查看儲物盒空間，同時，可通過支撐桿模擬中扶手的不同高度位置；轉(zhuǎn)向盤具備高度調(diào)節(jié)功能；換擋桿可模擬在不同擋位時的空間位置。

3.4 DCM的設(shè)計

DCM分為車身模塊和車門模塊。

車身模塊又分為前、中、后3 個模塊。1）前部模塊在汽車A 柱之前，由方鋼焊接而成，配合安裝鋼板，用于檢查匹配前保險杠總成、前大燈總成、前蓋、翼子板等汽車前端零件的批量結(jié)構(gòu)。2）車身主體結(jié)構(gòu)在B 柱后側(cè)約200 mm 處較為平順的區(qū)域一分為二，分成中部與后部模塊，前后側(cè)圍通過臺階搭接，采用定位銷與螺栓定位鎖緊。分為兩體除了便于銑削，還方便車型后續(xù)小改款而延伸到DCM模型的局部變更，獨立模塊更利于拆換。中部與后部模塊都是將白車身的內(nèi)外鈑金合并，設(shè)計為一體，把內(nèi)外飾件的安裝孔單獨摳出，設(shè)計為大量鋼制鑲塊，通過兩釘兩銷固定在鋁合金車身上。車身主體結(jié)構(gòu)用于檢查匹配車頂內(nèi)飾總成、衣帽架總成、后蓋總成等汽車中后部零件的批量結(jié)構(gòu)。

車門模塊由門外鈑金模塊、門內(nèi)鈑金模塊及大量裝配鑲件組成。內(nèi)外鈑金模塊以特定形式鎖緊后通過鉸鏈固定在小車上，鉸鏈設(shè)計與實車一致，如圖4 所示。門外板模塊要部分掏空（保留防撞梁結(jié)構(gòu)，以加強整體強度），方便內(nèi)部樣件安裝操作，車門內(nèi)外鈑金模塊要依實際鈑金型面適當(dāng)加厚，一般加厚6～8 mm。車門作為獨立模塊，匹配安裝在車門上的零件時，可直接在小車上裝配；匹配車門周邊零件時，需將車門安裝到車身模塊上。

圖4 數(shù)據(jù)檢查模型（DCM）車門模塊示意圖

3.5 DEF的設(shè)計

DEF 模型的評價聚焦于外飾造型，設(shè)計的核心內(nèi)容是對汽車外觀作出更改，但同時又要保留車輛自身的駕駛屬性。一般設(shè)計方法為：保留量產(chǎn)車平臺及動力總成，將外層鈑金去除，按新版外飾造型向汽車內(nèi)側(cè)偏置15～20 mm，制作玻璃鋼或碳纖維框架，最后在框架外側(cè)涂覆聚氨酯材料進行整車銑削，如圖5 所示。

圖5 動態(tài)造型體驗?zāi)Ｐ停―EF）涂覆后效果

DEF 只需駕駛側(cè)車門具備開啟功能即可，對其他車門不做功能要求，只體現(xiàn)造型即可。

4 結(jié)論

各類評價模型在乘用車開發(fā)流程中發(fā)揮著重要作用，幫助決策層在不同維度對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行檢查確認。由于評價內(nèi)容不同，功能需求各異，不同模型的設(shè)計方法也各有特色。即使針對同一種模型，根據(jù)客戶輸入的不同信息，也要適當(dāng)?shù)卦黾踊蚝喕O(shè)計，具體問題具體分析，重點體現(xiàn)的要做詳細，輔助評審的盡可能簡化，以節(jié)省人力，降低成本。由于在整個開發(fā)過程中，造型表面會不斷經(jīng)過數(shù)據(jù)優(yōu)化，在特殊情況下，會要求在單一模型上體現(xiàn)其它模型的評價內(nèi)容，比如，在SIKI 模型上展示一些內(nèi)飾零件的氛圍燈效果，這就需要在對應(yīng)位置增加設(shè)計。因此，設(shè)計者在設(shè)計過程中要全面考慮各種問題。