1.3 整車結構集成設計現狀與問題

汽車是一個復雜的機電產品，由眾多的零件和系統組合而成。在一個限定的時間里，要完成從策劃、造型、結構集成設計、性能匹配和評價等工作，并有序地批量生產裝配成一輛輛整車，并且滿足車輛所要求具備的各種特征屬性，是一個復雜的系統工程。整車預定的特征屬性是由各個系統和零部件結構集成逐步形成的，而在汽車產品開發設計過程中，所有的系統和零部件都處在結構集成設計和設計變更優化之中，它們之間以及它們對整車屬性特征的影響也在不斷變化。因此，整車集成需要引領和把控汽車產品的結構設計開發過程，確保產品的整車屬性特征在開發目標范圍內，這是整車集成的一項重要任務，也是汽車產品研發的挑戰。

汽車研發必須掌握的核心競爭能力可以從以下10個方面來衡量或評價：①商品競爭力規劃；②造型設計；③正向開發設計；④虛擬仿真驗證；⑤成本設計與管控；⑥試制與試驗；⑦整車裝配；⑧匹配與標定；⑨項目管理；⑩創新導向設計。聚焦于產品開發前期的結構集成設計直接涉及的至少有其中5項。中國自主品牌汽車自主研發經過短短20年的發展，從簡單對標借鑒到當前已具備部分正向開發設計能力，已經取得了巨大的進步，但與百年以上成功品牌比較卻還有較大差距，尤其是在整車集成或結構集成設計這個領域，主要體現在造型、正向設計、整車仿真、成本設計、匹配與標定和創新導向設計這幾個方面的能力不足，導致自主品牌汽車的市場占有率、價格、質量等對比合資品牌仍處于劣勢。

首先是結構集成在造型設計過程中的工程支持和協調能力不足。大多數自主品牌主機廠參與前期造型工程設計的主要是總布置（含人機工程、碰撞安全等），近年來逐漸介入造型同步工程的還有NVH、尺寸工程、感知質量等。但在不影響造型主流和風格的前提之下，評審并提出優化技術方案能力和影響力都十分有限，而諸如輕量化和成本設計等還沒有全面參與造型同步工程工作。

其次是結構集成正向設計開發能力，即在整車設計開發過程中的引領與管控能力不足。其原因在于能力儲備有限，面對錯綜復雜、涉及面廣、既彼此依賴又相互沖突的結構集成設計問題缺乏專家引導或決策。良好的整車結構集成設計是各總成或系統、子系統及零部件結構集成優化設計的綜合體現，絕不是簡單的疊加。例如，整車的模態（NVH的性能參數之一）是車身結構系統模態、底盤結構系統模態、發動機結構系統模態、傳動結構系統模態、所有附件結構系統模態和它們之間連接（如螺栓或襯套）結構集成之后的綜合力學表現，力學上稱為模態綜合。而每一個子系統模態都不同于整車的模態，系統內部機制復雜并且系統之間存在交互作用和彼此影響，需要整車集成統籌、規劃、分解各個系統模態區間，最終通過各系統合理的結構集成設計及綜合平衡來達成整車NVH模態目標。另外，針對汽車某個特定系統的結構設計一般都具有多重性能或屬性目標要求，有些目標在不同系統的結構設計中是相互矛盾或相互制約的。例如，碰撞安全性能希望發動機艙蓋較“軟”（剛度低），以便在發生碰撞時容易壓潰吸收能量，保護車內人員和行人。但“軟”的結構在行駛過程中容易導致發動機艙蓋發生振動、變形和開裂，所以NVH和車身結構耐久設計希望發動機艙蓋更“硬”（剛度高），與碰撞安全性能的要求相矛盾。這就需要整車結構集成來引導和協調，實現綜合平衡的整體結構設計。

結構集成正向設計開發能力不足還體現在基礎平臺能力建設匱乏，主機廠缺乏清晰的整車平臺規劃和數據庫支持。還有各項關聯技術指標的分解、協調及平衡能力欠缺，尤其是當各個專業完成初步設計數據之后的整車結構集成優化能力不足。這導致整車結構集成的引導和管控能力非常有限，往往是各個專業各自為政，分別站在各自專業角度，以滿足與自身直接相關的VTS指標為目的進行設計開發工作，不顧或影響到其他專業領域或整體指標的達成。例如：NVH為達成其車內降低噪聲指標，一味地要求采用昂貴的吸隔聲材料，并增加其鋪放面積和厚度，使得成本與重量大大增加；而碰撞性能要求前艙更大的潰縮空間、剛度更大的乘員艙結構、更多的約束系統配置等，造成造型前懸過長不成比例，車身不能完成其重量和成本目標等。

在通過創新結構集成設計優化來實現低成本產品開發方面，中國自主品牌汽車設計開發一直有所欠缺。主要體現在不懂正確對標優化方法，而是簡單逆向對標甚至直接照搬。例如，整車眾多的性能目標設定不根據購車客戶群的特定需求有重點地突出部分性能屬性亮點，而是采用較高的對標性能目標，造成結構復雜，成本居高不下。當前的全球生態環境發展對汽車提出了更高的環保要求，前瞻性地開展生態結構集成設計，以及全生命周期成本設計，提高全球市場競爭力水平是當前汽車行業一大挑戰。例如，站在顧客購車之后全生命周期立場，在設計開發階段就應該考慮到降低新開發車型汽車保險及維修費用的結構集成設計，以及通過提高裝配效率和減少額外裝配連接零件實現低成本裝配結構創新設計等。

本書正是為解決上述整車正向設計開發結構集成能力不足而特別撰寫的。它涵蓋了幾乎所有整車結構集成設計專業或領域的內容和設計方法。最重要的是，站在整車高度將它們整合到一起，彼此借鑒、引用、及相互參考，通過合理的整車結構集成設計優化、綜合平衡各項屬性指標，最終保證VTS的各項技術屬性指標的達成。本書讓讀者不僅對整車結構集成的內容和工作方法有清楚的了解，還能將各個專業或領域的結構設計有機地關聯起來，通過正確的工作流程和設計方法來實現最優的整車結構集成設計，對于不論項目管理、整車集成還是各個汽車設計專業領域的工程師，站在整車集成高度開展各自結構設計開發工作具有重要指導意義。