数字化转型 — 新能源汽车 — 产品设计与研发流程

目录

总揽

1. 策划阶段

在汽车新产品开发之前的策划阶段，企业需要对产品和市场进行调研，了解市场需求和新技术的发展状况，提出准确的市场预测和技术可行性报告，企划部门根据可行性报告，制定项目概念，包括产品车型基本参数、车身样式、同类车型、开发周期、竞争优势、生产地、生产纲领等项目立项的战略文件，成立项目组，启动项目开发。

1.1. 市场调研报告

市场调研，是为了确定产品的预期市场占有率，同时也是为了全面了解市场对该类产品的功能、性能、安全、寿命、外观等方面的需求。

包括：对目前市场上同类产品的技术水平，所使用的新技术、新材料和新工艺等进行预测。同时关注国家的重点项目、科技发展信息及产业结构调整对技术提出的新要求等，关注国家是否有新的技术法规和使用标准等。

1.2. 研发可行性分析报告

从本企业的生产经营角度，进行新产品研发的可行性分析，包括：对产品的开发周期和开发成本等投资作预测，对该产品的产量和盈利能力作预测。

1.3. 产品开发任务书

可行性分析报告评审通过后，将新产品列入企业产品开发计划，然后编写产品开发任务书。任务书一般包含如下内容：

• 产品设计和立项的依据；
• 产品的用途和使用范围；
• 产品的总体方案概述；
• 关键性技术方案；
• 总体布置及主要结构概述；
• 基本的技术参数和性能指标；
• 与其他同类产品的比较和改进目标；
• 对产品的性能、寿命、成本的要求；
• 标准化的综合要求；
• 产品所遵循的法律法规；
• 确定产品的开发周期和开发团队名单；
• 对产品的试制试验周期和上市日期的估算；
• 等等。

2. 设计阶段

2.1. 概念设计

概念设计是汽车设计中最重要的阶段，许多整车参数都在此阶段确定，这些参数决定了整车结构尺寸的详细设计。由于整个系统的复杂性，仅依靠经验和样车试验，无法形成完整科学的设计控制指标，需要依靠 CAE 和 CAD 数字模型等技术。

基于 CAE 技术及大量经验和试验数据的整车数字化仿真体系可以模拟整车在不同路况下的实际响应，为各零部件的精确 CAE 分析提供载荷条件，从而进行复杂的非线性动力学分析、关键部件疲劳寿命分析、整车 NVH 分析。

使用 CAE 分析驱动车身结构设计的方法，在详细 CAD 设计过程之前介入对各种方案的粗略分析，定量地分配强度、刚度、质量等设计控制指标，并设置碰撞安全性目标和 NVH 性能目标，明确车辆动态性能的目标。

2.1.1. 总体布置设计

总布置设计，是汽车的总体设计方案。包括：

• 车厢及驾驶室的布置；
• 发动机与离合器及变速器的布置；
• 传动轴的布置；
• 车架和承载式车身底板的布置；
• 前后悬架的布置；
• 制动系布置；
• 空调装置的布置。
• 油箱、备胎和行李箱等的布置；

经过总布置设计，可确定汽车的主要尺寸和基本结构。

2.1.2. 车身造型效果设计

造型效果设计，用来表现汽车造型效果。造型设计师根据总布置设计确定的电动汽车尺寸和基本形状，来勾画出汽车的大体形象，或绘制构思草图，或绘制彩色效果图。

2.1.3. 制作比例模型

产品模型在造型效果设计的基础上更进一步表达造型构思，更具有立体形象，更有真实感，要求各部分比例严格、曲线流畅、曲面光顺。

过程中，使用了各种绘图软件制作 3D 模型，可以看到更加清晰的设计表现效果，并以此制作产品的缩小比例模型。缩小比例的模型还可以用于风洞试验，用来确定空气动力学特性。

等比例模型，则可以采用 5 轴铣削机铣削制作，这种方法制作一个模型只需要 1 个月甚至更少的时间。

2.2. 工程设计

在汽车造型审定后，就开始着手进行汽车的工程设计，确定整车、部件（总成）和零件的结构。构建汽车的数字化模型，实现数字样车（DMU）可视化。

在工程设计阶段，需要使用 CAE 技术来进行支撑，保证设计满足强度、刚度、疲劳寿命、振动噪声要求和设计质量控制目标，达到优化设计的目的。

2.2.1. 车身造型数据建模

制造等比例模型之后，使用三维测量仪器对模型进行测量，并生成点云数据。工程师根据点云数据，使用曲线软件（e.g. Catia、UG imageware）来构建汽车产品的外形。

• 点云数据
  

• 构建曲面
  

2.2.2. 发动机工程设计

一般新车型的开发都会选用原有成熟的发动机动力总成，然后针对新车型的特点及要求，对发动机行布置，并进行发动机匹配，这一过程一直持续到样车试验阶段，与底盘工程设计同步进行。

2.2.3. 白车身工程设计

白车身的设计工作是在车身造型结构基础上进行的，所谓的白车身指的是车身结构件以及覆盖件的焊接总成，包括发动机罩、翼子板、侧围、车门以及行李箱盖在内的未经过涂装的车身本体。白车身是保证整车强度的封闭结构。譬如；我们经常提及的丰田“GOA”车身。

这些部件依然使用三维数模软件来见构建，譬如UG、CATIA等，并进行材料的选择，工艺性分析焊接、装配等分析。

2.2.4. 内外饰工程设计

内饰件主要设计包括：仪表板、方向盘、座椅、安全带、安全气囊地毯、侧壁内饰件、遮阳板、扶手、车内后视镜等；外装件的主要设计包括：前后保险杠、玻璃、车门防撞装饰条、进气格栅、行李架、天窗、后视镜、车门机构及附件以及密封条。

2.2.5. 底盘工程设计

底盘包括：传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统。

设计主要工作包括: 尺寸、结构、工艺功能及参数方面的定义、计算，根据计算数据完成三维数模；然后根据三维数模进行模拟试验及零部件的样品的制作；根据三维图完成设计及装配图。

2.2.6. 电器工程设计

负责全车的所有电器设计，包括：雨刮系统、空调系统、各种仪表、整车开关、前后灯光以及车内照明系统。

经过以上各个总成系统的设计，工程计阶段完成，最终确认整车设计方案。此时可以开始编制详细的产品技术说明书及详细的零部件清单列表，验证法规。确定整车性能后，将各个总成的生产技术进行整理合成。

2.3. 模拟分析

这一阶段的工作取决于汽车的性能目标，关键在于建立完善的分析方法和评价策略。

2.3.1. 模拟碰撞分析

模拟碰撞分析，目的在于提高产品的被动安全性能。在产品设计阶段及时发现产品被动安全性能方面的缺陷，提出改进措施，确保产品及时通过国家规定的各种被动安全性能方面的法规，避免产品投入市场后出现不良的反映及其带来的各种严重后果。

2.3.2. 模拟流体分析

流体分析，主要考虑车外流场对汽车的阻力和升力、车内空调系统通风口的设计、发动机舱的散热、制动系统的散热等，考察整车外形是否流畅，空调系统是否可以快速调节车内所有地点温度，发动机舱和制动片是否散热良好等。

在产品设计阶段就可以预测产品的空气动力学特性，确保产品制造出来后符合设计时的空气动力学的要求。通过流体动力学分析验证和改进流体及热传导对产品性能的影响。

2.3.3. NVH 指标分析

NVH 性能是评价车辆舒适性的重要指标，直接关系到产品的市场形象。NVH 分析有助于匹配产品结构中各子系统的振动频率特性，合理分布各子系统的振动频率和振型，以消除振动过程中的耦合现象 ，从而改善产品的振动特性，降低产品的噪音，提高产品的舒适性能。

2.3.4. 模拟产品疲劳寿命分析

产品疲劳寿命是现代设计的一个重要指标。它有助于提早发现产品结构的强度及疲劳耐久性方面的问题，对高应力区域提供优化解决方案。

通过合理地分配结构中的各种载荷，从而改善其疲劳耐久性能，提高产品的可靠性能。疲劳寿命设计需要了解产品的使用环境。疲劳耐久性分析包括悬挂组件强度、车门强度、引擎盖强度、行李箱盖强度等。随着市场竞争的日趋激烈，产品的寿命成为树立产品品牌形象的重要指标。

2.3.5. 模拟冲压仿真分析

冲压成形仿真有助于确定产品的可制造性，优化冲压方向，工艺补充，坯料估算和排样。此部分成熟的应用软件有 ETA 公司的 DYNAFORM 和 LSTC 公司的 LS-DYNA。

可以在设计阶段预测产品冲压成形中可能出现的质量缺陷（如起皱、开裂等），进而对产品设计进行优化, 以消除成形缺陷。

3. 样车试验阶段

试制试验阶段是产品由图纸走向实践的过程，进行样机试制试验并进行小批试制，验证产品图样、设计文件和工艺文件、工装图样的正确性；验证产品的适用性、可靠性和安全性，并完成产品的鉴定。通过小批量试制，进行产品的各种形式试验和试销，确认产品的性能和适应性。

3.1. 样车试制

样机试制是指根据设计图样生产零部件，进行样机组装试制。汽车的样机试制不仅是按汽车零部件图纸生产，还需要对生产所用到的一些辅助模具、检具进行设计，包括编制工艺文件和制作必要的工装设备。

3.2. 风洞试验

3.3. 试验场测试

3.4. 道路测试

3.5. 碰撞试验