商用車特性集成開發技術發展方向

許美星

摘 要：隨著商用車各主機廠技術同質化趨勢的出現，賦予產品特殊的風格與用戶獨特的體驗，將成為新品開發的重要課題。汽車結構是汽車性能實現的載體，而汽車性能是結構定義的表現，是能適應各種使用條件，滿足用戶需求的能力。整車產品的各項性能指標是用戶能夠感知和判斷產品優劣的重要參考。汽車性能集成開發是以用戶需求為核心，多領域、多學科的有效疊加、融合、協調到某單一產品，運用并行工程開發的理念推進各性能的開發與管理，通過目標分解、整合，并充分協調各種矛盾之后，達到較高水平綜合性能的產品目標，保證項目需求的各性能指標的達成。本文對商用車開發性能指標的定義、集成開發的流程、過程管理方法、驗證追蹤、性能集成矩陣構建等做出總結及研究建議，為商用車性能集成模式推出好的案例，致力于引導商用車新一代奔赴性能基因開發階段。

關鍵詞：商用車 性能開發 性能集成 整車架構 產品定義

0 前言

汽車性能集成開發是以用戶需求為核心，多領域、多學科的有效疊加、融合、協調到某單一產品，運用并行工程開發的理念推進各性能的開發與管理，通過目標分解、整合，并充分協調各種矛盾之后，達到較高水平綜合性能的產品目標，保證項目需求的各性能指標的達成。

商用車產品開發必須建立在適應市場競爭力需求的整體目標下立項，基于性能集成的開發目標支撐體系研究。為提高品牌辨識度、打造家族化、差異化、有技術亮點和競爭力的產品，建立平臺架構開發下的重卡性能DNA；基于性能集成開發模式建立指標體系、開發流程以及設計規范，涉及的整車性能有NVH、動力經濟性、耐久可靠性、整車安全、行駛性能、操作品質、智能交互、熱管理及總布置功效等多領域、多指標的個性化設計與匹配工作。為實現重卡產品多個典型場景工況下，用戶能清晰的感知到產品性能特征差異化，建立獨自品牌的屬性特征。

1 性能集成開發的方向及理論支撐

各車企及相關書籍對汽車性能的劃分各不相同，劃分標準及數量取決于企業的技術體系成熟度，商用車依據性能集成對整車影響打包建議劃分為四類：TCO相關為性、耐久性、經濟性、動力性、重量、總布置及功效性、維修保養、腐蝕老化；舒適性相關為NVH、駕駛室舒適型、人機交互、駕駛動力學、操穩平順（平順）、人機工程、熱管理；安全性相關為管理、主動安全、被動安全、 操穩平順（操縱穩定性）、整車EMC；環保及質量相關為材料環保、感知質量。

性能集成開發不僅是技術領域上的多學科多領域的集成開發，更是產品開發目標逐步細化逐步整合的過程，以用戶需求為導向指引開發貫穿產品開發的整車、系統、零部件開發的整個過程。也是通過項目管理將多領域性能開發人員、產品設計人員、工藝人員、質量管理人員、銷售人員等聚集起來，促進溝通與合作，避免產品開發中由于職能造成的空白地帶。

通常整車開發項目中，性能開發包含性能目標的制定、分解、驗證、達成分析及驗收。汽車性能集成是一項系統工程，將客戶需求轉化為性能指標和功能配置，并運用到整車的開發與管理中，從整車級分解到系統級、子系統級和部件級；識別的功能配置分解到架構設計，通過開發測試開驗證每個實體是否滿足需求，并完成整車驗證及認證測試。

基于模型的系統工程與多學科設計優化的結合，通過CAE仿真的軟硬件平臺，輸出工程驗證程序與技術規范：

1）此規范體系必須與產品的性能指標想關聯；

2）同一性能在開發的不同階段可以關聯不同的CAE規范；

3）不同的性能指標可以關聯同一個CAE規范；

4）非直接支撐產品性能的CAE相關文件，不納入CAE規范范疇。

建立商用車性能集成開發管理文件體系是滿足設計要求的重要方法，從能力建設、知識積累、項目應用的PDCA（Plan-Do-Check-Action，全面質量管理）良性循環，保障性能集成開發過程中的延續性、銜接性、覆蓋性，貫穿于整個產品開發與持續迭代過程中：

1）建立商用車特性指標體系文件，精準轉化客戶可感知的需求；

2）建立集成過程中的技術規范文件，實現商用車設計能力與知識積累的標準化；

3）建立相關程序文件，定義管理過程中的各業務角色定義、職能職責、業務流程、信息與風險等標準化管理。

圖1 性能開發過程的集成

商用車產品開發需要圍繞客戶需求進行細分場景定義，如何更精準的貼近客戶，性能集成開發能兼顧項目的開發時間、成本、高質量的要求，采用并行工程的思想，提高工作效率。

性能集成可以整體把握風險，平衡主次，在工程前期解決主要矛盾；

性能集成可以優化項目開發過程計劃管控，統籌驗證方案與資源；

性能集成能推動研發機制跨部門合作，改善部門墻，無縫整合分散在各處的產品信息，凡事都到整車產品優劣上評價；

性能集成開發有助于技術體系的完善，更易于實現平臺化、系列化、模塊化的開發。

2 商用車性能集成開發方法

2.1 性能集成開發流程及管理辦法

性能指標體系包括整車級性能指標（VDS）、系統級性能指標（SDS）兩級管理，系統級性能指標（SDS）承接整車級性能指標（VDS），最終落實到核心零部件性能指標。

一級指標分類各項特性VDS指標按整車及強相關職能系統模塊承接負責，由項目PAT特性經理定義VDS指標，分解設定SDS指標。

性能指標要素包括：指標名稱、單位、數值、評價標準、責任人、達成狀態。

其中數值包含：概念目標值，競品測試值，基礎車測試值，開發車型目標值，標準要求值、整車仿真驗證值、系統仿真驗證值、零部件仿真驗證值、整車試驗驗證值、系統試驗驗證值、零部件試驗驗證值。

性能指標體系建設需要設定責任主體及負責人對現有指標體系進行評估，制定性能指標體系建設計劃，性能指標責任主體及負責人從標準法規、項目需求、技術趨勢等方面，征詢性能指標體系修訂意見，相關單位牽頭組織性能開發體系建設工作組進行性能指標體系評審，負責性能指標體系審批發布。

性能指標體系動態管理，年度進行修訂更新。（見圖3、表1）

圖3 性能開發工作流程

2.2 指標體系建立及分解方法

一級特性指標，建議分層次重點提升，核心競爭力特性設立專職技術人員負責，動力性，燃油經濟性，重量、駕駛室舒適性，作為重點中重卡管控競爭力特性；可靠性、耐久性、維修保養、感知質量、人機交互、主動安全、駕駛動力學、操穩平順性作為特性能力建設培育，增設特性經理，推動相關特性能力培育及團隊能力建設；被動安全、環境適應性、上裝適應性、材料環保、腐蝕老化、整車EMC等按基礎法規特性研究管理，由強相關職能科室選派人員擔任。增設特性管理工程師，支持特性管理工作，支持平臺總工調度特性PAT完成特性指標設定、過程評估分析、驗證驗收工作。

從概念規劃輸入，進行整車VDS指標定義后，分為兩條路徑，進行性能開發工作：

1）將整車性能指標分解至系統及零部件SDS中，并將產品開發需求傳遞至供應商及本公司設計開發工程師，進行系統零部件開發、仿真、臺架測試，同時將仿真、臺架測試結果反饋至SDS指標中，驗證指標達成情況。

2）根據VDS指標進行整車性能策劃，整車虛擬仿真，整車測試驗證，并將整車仿真、測試結果反饋至VDS指標中，驗證指標達成情況。（見圖4）

根據汽車性能集成流程，需制定從整車、系統、零部件的目標定義、分解、仿真分析、實物驗證與評價業務活動的技術規范，同步覆蓋產品結構、功能分析、材料選型、算法匹配等設計活動的技術規范；

2.3 性能指標定義及驗收標準研究

整車性能指標定義從GS至G9，是以客戶需求為設計導向，“性能定位分析-性能開發策略評估-VDS 定義-SDS分解”為開發主線，開展產品性能指標定義及評價工作， 其中SDS分解需要在G8最終完成， 因此G8閥點納入指標定義過程，以形成完整的指標定義過程閉環。

2.3.1 性能定位分析

性能總工或集成經理依據產品規劃輸入、標桿性能優劣勢分析報告及現有整車技術路線等，制定整車性能總體定位及整車性能開發總體目標（品牌 DNA 及關鍵特性指標）。

用LACU原理，對現有產品進行市場定位和新產品的競爭定位分析，為新產品的工程特性目標定義提供基礎數據。（見圖5）

2.3.2 性能目標轉化

質量屋（QFD）是將客戶需求轉化為產品工程特性需求的工具。通過現有產品與競品、開發產品的市場競爭力與技術競爭力的量化評估，并結合客戶需求、關注度以及與產品特性的關系，識別出功性能需求優先級順序; 圖例為整車動力性、經濟性， 成本、重量及可靠耐久性的 需求轉換，識別出用戶對產 品功能需求順序為購車成本、 可靠耐久、動力性、與燃油 經濟性等使用成本。（見圖6）2.3.3 驗收標準研究

過程檢查活動是保障產品目標驗收的基礎保障，性能集成開發環節增設性能握手業務活動，推動平臺架構、模塊方案、CAE仿真、專項性能參數的交互集成，并參與數據發布前的檢查確認。此流程從開始，在結束。

（1）性能集成基于項目閥點計劃下發特性分析計劃，制定評估、匯報標準模板；PAT結合具體車型指標下發各特性SDS追蹤表。

（2）模塊基于設計方案評估SDS追蹤表指標達成情況反饋PAT，PAT更新VDS追蹤表指標達成分析并評估一級指標風險狀態反饋性能集成。

（3）性能集成完成整車特性達成狀態匯總并定期向產品工程例會通報特性狀態及問題；

性能驗收簽發階段：整車性能集成經理根據整車性能集成開發策劃組織性能目標驗證，并推動試驗計劃的制定及實施，結合試驗報告組織評審目標的達成情況，推動專項性能經理進行問題整改。整車性能驗證工作從開始功性能測試，進行耐久可靠性驗證，驗證設計失效問題改進后再次驗證閉環，至結束。

3 基于平臺架構定義的性能開發

新一代產品創造中，產品平臺是整個系列產品所采用的共同要素的集合，包含架構和共享模塊兩部分，平臺架構搭建是技術概念設計的源頭，是定義產品不同平臺整車布置、重要模塊集成的規則、標準和接口的基因設計；平臺硬點參數設定是產品生命周期內伴隨的基因屬性，而平臺硬點定義的平臺性能是產品特性開發的性能基因。

商用車不同平臺的技術路線構建的核心為：具有競爭力的平臺性能指標；定義平臺指標差異化，才能創造產品不同端次不同檔次產品的定位區格；基于平臺架構定義的平臺特性開發特點：

（1）平臺特性開發的完成時間要早于產品性能，這樣架構的性能才能更好的體現在產品上（符合平臺車型先開發的邏輯）。

（2）平臺特性開發驗證的內容更側重于與架構相關的驗證，這樣架構硬點凍結了與架構相關的平臺性能也就凍結了。

（3）平臺特性開發要確保不同端次產品定位區格，需要不停的優化特性帶寬（不同端次聚焦不同的性能）；產品性能開發更側重于整車所有性能驗證。

（4）平臺特性開發驗證車型，在架構開發初期就開展，沒有相應的原型車（Prototype car），因此需要將架構相關的驗證搭載在改制車或者騾子車 （Mule car）上進行驗證；產品性能開發一般都在相應的原型 車和工裝車上開展。

（5）平臺特性開發目標，通過零部件、系統和整車試驗驗證，重點是要確保架構相關的性能達到目標，目的是為架構最終數據凍結提供參考和依據；產品性能開發重點是要確保整車產品的性能達到客戶需求目標，目的是能夠提供能適應各種使用條件、滿足消費者使用需求及社會環境需求的整車產品排列組合。

（6）平臺特性開發是代次產品的基因屬性開發。

4 結束語

在當前行業發展背景情況下，預期未來5-10年，商用車性能領先將成為產品核心競爭力，最優性價比設定將成為各端次產品核心賣點的重要區格。國內中重卡行業多數仍然停留在以物理空間結構為主的開發模式，車輛作為運輸工具，設定以承載能力為核心目標，優先保證車輛基礎功能；隨著物質文明的進步，消費者對汽車的需求以及核心購買競爭力指標顯然已發生了轉變，通過平臺開發初期的消費者調研活動，識別了客戶最重要的關注點已逐漸轉移到車輛的內在性能。根據本人的研究與項目實踐經驗，在這一趨勢提出以下建議，供相關技術人員參考：

（1）商用車性能集成經驗尚在探索的道路中，積極建立適應企業組織的性能集成開發能力是目前諸多主機廠投入的核心研發能力。

（2）建立完善的性能集成開發流程與體系，孵化性能開發的團隊能力建設與人才培養，輸出行業設計的標準及規范，是中重卡核心競爭力提升的重要方向；此文提供的流程及模板可參考應用。

（3）商用車車企建立基因性能的開發理念，創建各車企獨特的品牌特點，區格于日漸技術同質化的開發模式，逐步建立正向開發，引領國內自主品牌企業技術進步。

（4）全新一代中重卡開發是建立在先進的理念、開發流程體系、數字平臺支撐 、平臺架構定義、基因性能開發基礎上。

參考文獻：

[1]詹樟松.汽車性能集成開發[M].北京：機械工業出版社，2021.

[2]程源.基于汽車架構的性能開發與集成驗證[J].汽車工業研究，2022（02）：59-61.

[3]卡車平臺架構理論與實踐[Z].北汽福田汽車股份有限公司內部講義.

[4]A6新平臺重卡項目性能集成開發報告[Z].北京福田戴姆勒汽車有限公司內部報告.