袁玖華，張志剛

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論汽車(chē)吹面出風(fēng)口平臺(tái)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

袁玖華，張志剛

（北京汽車(chē)股份有限公司汽車(chē)研究院，北京 101300）

文章主要以出風(fēng)口平臺(tái)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)為例，來(lái)闡述平臺(tái)化開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，以及分析、解決問(wèn)題的思路，并逐步運(yùn)用到其他零部件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中。出風(fēng)口平臺(tái)化設(shè)計(jì)需要考慮諸多因素的影響，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)及整車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證后方能最終確定平臺(tái)化開(kāi)發(fā)方案。

出風(fēng)口；平臺(tái)化；設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

前言

隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)自主品牌崛起以及合資品牌低端化策略，造成汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力加劇。針對(duì)此現(xiàn)狀，各大主機(jī)廠各顯神通，在不影響整車(chē)性能的前提下想盡各種辦法降低整車(chē)開(kāi)發(fā)成本，縮短整車(chē)開(kāi)發(fā)周期，以求生存?？刂普?chē)開(kāi)發(fā)成本的方法很多，但平臺(tái)化開(kāi)發(fā)策略在整車(chē)開(kāi)發(fā)成本控制中貢獻(xiàn)卓越，同樣，汽車(chē)零部件平臺(tái)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)也可以大大縮短整車(chē)開(kāi)發(fā)周期。

1 平臺(tái)化的定義及意義

1.1 平臺(tái)化定義

平臺(tái)化從概念上講，是指基礎(chǔ)，一般指具有通用性的技術(shù)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)或業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。在汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，平臺(tái)通常是指技術(shù)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而較少的指業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。需要注意的是，通用性不是平臺(tái)化，而平臺(tái)化的結(jié)果或平臺(tái)化具有通用性的特征。

1.2 平臺(tái)化的意義

汽車(chē)平臺(tái)化主要是為了適應(yīng)個(gè)性化的需求，縮短汽車(chē)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期及降低整車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本，采用平臺(tái)化設(shè)計(jì)可以提高通用化的理念，將產(chǎn)品平臺(tái)化、模塊化以便以更低的開(kāi)發(fā)成本和最短的開(kāi)發(fā)周期來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的產(chǎn)品類(lèi)型的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。

2 平臺(tái)化、通用化、家族化之間的關(guān)系

平臺(tái)化是通用化的基礎(chǔ)，是同平臺(tái)之間的共用，通用化可以是平臺(tái)通用，也可以是零部件通用，通用化包括平臺(tái)化，而家族化主要是針對(duì)汽車(chē)造型而言，汽車(chē)外觀及內(nèi)飾造型設(shè)計(jì)風(fēng)格相同，稱(chēng)之為家族化。

3 平臺(tái)化出風(fēng)口設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

3.1 平臺(tái)化出風(fēng)口介紹

縱觀全球汽車(chē)行業(yè)，汽車(chē)吹面出風(fēng)口風(fēng)格及功能各式各樣，各大汽車(chē)廠會(huì)根據(jù)各自公司的風(fēng)格設(shè)計(jì)出適合自身的吹面出風(fēng)口造型。不同的車(chē)型出風(fēng)口的布置位置各異，本文主要介紹儀表板上布置的四個(gè)吹面出風(fēng)口。儀表板上的四個(gè)出風(fēng)口一般以Y0中心對(duì)稱(chēng)，大多數(shù)車(chē)型四個(gè)出風(fēng)口均不能通用，少數(shù)車(chē)型可以實(shí)現(xiàn)兩兩通用，而紳寶X25車(chē)型儀表板上的四個(gè)吹面出風(fēng)口平臺(tái)化開(kāi)發(fā)做的相對(duì)突出?，F(xiàn)以紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明平臺(tái)化出風(fēng)口的開(kāi)發(fā)過(guò)程。圖1為北汽紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口分布示意圖，四個(gè)出風(fēng)口可以任意互換，且裝飾件色彩可以隨整車(chē)內(nèi)飾風(fēng)格變換。

圖1 紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口分布圖

紳寶X25吹面出風(fēng)口結(jié)構(gòu)介紹，如圖2所示：

圖2 出風(fēng)口結(jié)構(gòu)分解圖

紳寶X25車(chē)型吹面出風(fēng)口，是北汽開(kāi)發(fā)的首款平臺(tái)化出風(fēng)口，在設(shè)計(jì)之初就將平臺(tái)化因素及平臺(tái)化理念運(yùn)用到整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，成功完成一款平臺(tái)化出風(fēng)口的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，出風(fēng)口主要由裝飾件、出風(fēng)口面板、固定框、葉片固定框、出風(fēng)口內(nèi)腔及出風(fēng)口葉片組成，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)出風(fēng)口面板控制出風(fēng)口的開(kāi)關(guān)，調(diào)整出風(fēng)口裝飾件調(diào)節(jié)出風(fēng)口葉片吹風(fēng)角度，實(shí)現(xiàn)出風(fēng)口的功能。下面詳細(xì)介紹一下平臺(tái)化出風(fēng)口的開(kāi)發(fā)流程。

3.2 平臺(tái)化出風(fēng)口開(kāi)發(fā)流程

開(kāi)發(fā)流程如圖3所示：

圖3 出風(fēng)口開(kāi)發(fā)流程

縱觀出風(fēng)口平臺(tái)化開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程，紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口開(kāi)發(fā)過(guò)程中，針對(duì)和出風(fēng)口平臺(tái)化開(kāi)發(fā)強(qiáng)相關(guān)的環(huán)節(jié)進(jìn)行有效把控，確保出風(fēng)口開(kāi)發(fā)完成后，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化。出風(fēng)口開(kāi)發(fā)流程中和平臺(tái)化強(qiáng)相關(guān)的環(huán)節(jié)有：概念設(shè)計(jì)、總體定義及初步設(shè)計(jì)、油泥模型制作、3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)及模檢具制作，介紹如下：

概念設(shè)計(jì)：工程部，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)前期，將平臺(tái)化理念深入到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，根據(jù)此平臺(tái)車(chē)型定義及出風(fēng)口設(shè)計(jì)規(guī)范，確定出風(fēng)口的有效出風(fēng)面積，出風(fēng)口設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定出風(fēng)口面積按照車(chē)型要求如圖4所示。

圖4 出風(fēng)口截面積要求

紳寶X25是一款小型SUV車(chē)型，固此平臺(tái)出風(fēng)口面積定義為4200mm2，并將此要求輸入給造型部，進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。

造型部，造型師根據(jù)開(kāi)發(fā)車(chē)型的市場(chǎng)、價(jià)格、客戶(hù)群定位確定對(duì)標(biāo)車(chē)型、車(chē)輛主題定義及工程部輸入的平臺(tái)化出風(fēng)口面積，進(jìn)行整車(chē)概念設(shè)計(jì)，并將平臺(tái)化理念與創(chuàng)意設(shè)計(jì)完美結(jié)合，設(shè)計(jì)出幾套方案進(jìn)行相關(guān)評(píng)審。概念設(shè)計(jì)大方向確定后，造型師根據(jù)確定的方案，進(jìn)行細(xì)節(jié)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)并渲染出效果，工程部根據(jù)概念設(shè)計(jì)確定的方案出具對(duì)應(yīng)效果圖的評(píng)審意見(jiàn)，綜合考慮效果圖中出風(fēng)口平臺(tái)化設(shè)計(jì)的工程可行性，繼而根據(jù)效果圖（圖5所示）進(jìn)行平臺(tái)化出風(fēng)口的下一步設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。

圖5 紳寶X25車(chē)型吹面出風(fēng)口效果圖

總體定義及初步設(shè)計(jì)：工程部門(mén)根據(jù)造型部提供的效果圖，初步分析出風(fēng)口的平臺(tái)化可行性、分塊方案、功能定義及裝配維修性。通過(guò)對(duì)標(biāo)分析，確定紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口的初步分塊方案，圖6所示：

考慮平臺(tái)化設(shè)計(jì)，出風(fēng)口功能初步定義：葉片上下左右可調(diào)節(jié)以滿(mǎn)足出風(fēng)口氣流范圍要求、出風(fēng)口開(kāi)關(guān)要求及風(fēng)量大小可調(diào)節(jié)，如圖7所示：

圖7 出風(fēng)口功能定義示意圖

出風(fēng)口風(fēng)量大小及開(kāi)關(guān)通過(guò)調(diào)節(jié)出風(fēng)口面板來(lái)實(shí)現(xiàn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為減小風(fēng)量直至關(guān)閉狀態(tài)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為增大風(fēng)量直至風(fēng)門(mén)全部打開(kāi)。出風(fēng)角度通過(guò)調(diào)整出風(fēng)口葉片來(lái)實(shí)現(xiàn)，上下左右均可調(diào)節(jié)。裝配維修方便性，通過(guò)出風(fēng)口正面卡接安裝，方便裝配和維修，更有利于出風(fēng)口平臺(tái)化。通過(guò)以上三方面對(duì)標(biāo)分析、方案評(píng)審初步完成出風(fēng)口的總體定義及初步設(shè)計(jì)。造型部根據(jù)確定的方案制作油泥模型，進(jìn)一步完成模型評(píng)審。

油泥模型制作：出風(fēng)口可操控性對(duì)于平臺(tái)化設(shè)計(jì)而言是至關(guān)重要的，包含兩方面的內(nèi)容，其一，出風(fēng)口操作方便性，其二出風(fēng)口操作空間，通過(guò)油泥模型評(píng)審確定人機(jī)舒適性，及可操控性，最終確定出風(fēng)口方案可行性。對(duì)于油泥模型而言，出風(fēng)口人機(jī)舒適性主要考察出風(fēng)口布置位置與儀表板整體造型的協(xié)調(diào)性，因車(chē)型而異。油泥模型評(píng)審凍結(jié)后，造型部開(kāi)始制作曲面，工程部門(mén)根據(jù)造型提供的曲面進(jìn)行3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)工作。

圖8 紳寶X25出風(fēng)口3D數(shù)據(jù)

3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)：出風(fēng)口初步方案確定后，根據(jù)CAS面進(jìn)行3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)要圍繞平臺(tái)化展開(kāi)，例如，出風(fēng)口安裝結(jié)構(gòu)相同、方便拆裝等。數(shù)據(jù)階段主要從理論上驗(yàn)證出風(fēng)口平臺(tái)化方案的可行性，確保出風(fēng)口分塊方案及功能定義滿(mǎn)足相關(guān)要求，裝配維修方便快捷。紳寶X25出風(fēng)口3D數(shù)據(jù)如圖8所示。

數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析，從理論上校核出風(fēng)口功能可行性，出風(fēng)口運(yùn)動(dòng)分析如圖9所示：

圖9 紳寶X25出風(fēng)口運(yùn)動(dòng)分析

通過(guò)出風(fēng)口3D數(shù)據(jù)校核及運(yùn)動(dòng)分析，確定理論設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。因紳寶X25車(chē)型開(kāi)發(fā)的是圓形出風(fēng)口，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮儀表板四個(gè)吹面出風(fēng)口通用的問(wèn)題，進(jìn)一步降低開(kāi)發(fā)周期及成本。出風(fēng)口3D數(shù)據(jù)凍結(jié)后，再通過(guò)制作CNC樣件進(jìn)一步驗(yàn)證方案的可行性，確定方案無(wú)問(wèn)題后，下發(fā)數(shù)據(jù)給供應(yīng)商進(jìn)行模檢具的開(kāi)發(fā)工作。

模檢具制作：模檢具設(shè)計(jì)前期，需要和產(chǎn)品及模具供應(yīng)商明確紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口平臺(tái)化的需求，并根據(jù)此平臺(tái)規(guī)劃的車(chē)型及各車(chē)型生命周期內(nèi)的量綱需求，初步確定出風(fēng)口模具材料，以滿(mǎn)足出風(fēng)口平臺(tái)化生產(chǎn)的需求。

出風(fēng)口平臺(tái)化開(kāi)發(fā)流程中，本文主要針對(duì)和平臺(tái)化強(qiáng)相關(guān)的幾個(gè)環(huán)節(jié)做了相關(guān)說(shuō)明，其他環(huán)節(jié)同樣需要慎重考慮，所以我們?cè)诔鲲L(fēng)口平臺(tái)化開(kāi)發(fā)過(guò)程中，都需把平臺(tái)化理念貫穿到每一個(gè)環(huán)節(jié)中，充分考慮平臺(tái)化影響因素，并將平臺(tái)化開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)標(biāo)分析，方案評(píng)審逐一擊破。以紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口平臺(tái)化設(shè)計(jì)應(yīng)用為例，說(shuō)明出風(fēng)口平臺(tái)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思路。

4 出風(fēng)口平臺(tái)化開(kāi)發(fā)案例分析

紳寶X25吹面出風(fēng)口設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，充分考慮了平臺(tái)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用，并成功的在紳寶平臺(tái)后續(xù)車(chē)型中得以運(yùn)用?，F(xiàn)以紳寶X35車(chē)型為例，說(shuō)明出風(fēng)口平臺(tái)化運(yùn)用過(guò)程中的主要影響因素、遇到的一系列問(wèn)題及解決方案。

出風(fēng)口平臺(tái)化設(shè)計(jì)運(yùn)用主要影響因素分別體現(xiàn)在：局部造型影響、人機(jī)布置因素、整車(chē)采暖需求等三個(gè)方面，針對(duì)以上三方面的因素分析如下：

4.1 局部造型影響

紳寶X35車(chē)型概念設(shè)計(jì)前期，將紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口以平臺(tái)化清單的形式輸入給造型，造型師在紳寶X35車(chē)型概念設(shè)計(jì)階段需要把平臺(tái)化出風(fēng)口考慮到概念設(shè)計(jì)中，造型部評(píng)估紳寶X25出風(fēng)口對(duì)造型的影響，并根據(jù)紳寶X35儀表板造型做適應(yīng)性調(diào)整，以滿(mǎn)足X35車(chē)型整體造型效果，至此，紳寶X25車(chē)型出風(fēng)口在造型階段完成平臺(tái)化設(shè)計(jì)。紳寶X25/X35車(chē)型儀表板造型對(duì)比如圖10所示：

圖10 紳寶X25/X35車(chē)型儀表板造型對(duì)比

效果圖確定后，造型根據(jù)確定的效果圖出具一版初版CAS供工程分析可行性。通過(guò)不同車(chē)型出風(fēng)口周邊造型特征的差異化，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化應(yīng)用。

4.2 人機(jī)布置因素

（1）出風(fēng)口人機(jī)布置要求

根據(jù)總布置要求，出風(fēng)口中心布置位置Z向高度（相對(duì)于H點(diǎn)）≥330mm，從出風(fēng)口邊緣到99%的眼橢圓切線長(zhǎng)度要＜653mm。不能存在阻擋氣流吹向目標(biāo)位置的障礙物，如圖11所示：

圖11 出風(fēng)口布置原則

依據(jù)紳寶X35車(chē)型的人機(jī)要求，對(duì)平臺(tái)化出風(fēng)口進(jìn)行布置校核，出風(fēng)口布置位置滿(mǎn)足人機(jī)要求。

（2）出風(fēng)口人機(jī)布置要求（出風(fēng)口葉片調(diào)整角度為30°）

圖12 出風(fēng)口氣流范圍

圖13 出風(fēng)口氣流范圍

通過(guò)調(diào)整出風(fēng)口的葉片角度，吹面風(fēng)口有效出風(fēng)面積不少于總出風(fēng)面積的80％時(shí)，氣流應(yīng)能夠吹到乘員的眼橢圓、設(shè)計(jì)H點(diǎn)和兩側(cè)肩膀，如圖12、圖13所示。

圖12、圖13校核結(jié)果顯示，最初平臺(tái)化出風(fēng)口氣流的吹風(fēng)范圍不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（圖12中氣流沒(méi)有吹到H點(diǎn)，圖13中出風(fēng)口氣流沒(méi)有吹到假人的兩肩），通過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)出風(fēng)口的位置，滿(mǎn)足氣流范圍設(shè)計(jì)要求。具體操作方法為：將平臺(tái)化出風(fēng)口在儀表板上沿X正向平移10mm，再沿Y軸向Z的負(fù)方向旋轉(zhuǎn)5°，調(diào)整后校核如下：

圖14 出風(fēng)口布置原則

圖15 出風(fēng)口氣流范圍

根據(jù)圖14、圖15、圖16校核結(jié)果可以看出，出風(fēng)口位置調(diào)整后可以滿(mǎn)足出風(fēng)口的布置及氣流范圍要求。

圖17 CAE分析示意圖

出風(fēng)口布置完成，通過(guò)CAE分析驗(yàn)證出風(fēng)口布置可行性，首先設(shè)計(jì)出風(fēng)口連接風(fēng)道，其次進(jìn)行CAE分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，CAE分析主要考察風(fēng)道的壓降、出風(fēng)口的風(fēng)速以及各風(fēng)口的流量比例是否滿(mǎn)足要求，CAE分析如圖17所示。

根據(jù)CAE分析結(jié)果，優(yōu)化風(fēng)道數(shù)據(jù)，最終滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，如圖18所示：

圖18 連接風(fēng)道CAE分析結(jié)果

備注：出風(fēng)口相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)要求：風(fēng)速：7.5 m/s～10.5 m/s，壓降≤100Pa，流量分配：1:1:1:1。

4.3 整車(chē)采暖要求

整車(chē)采暖要求主要由性能分析部進(jìn)行相關(guān)工作的分析驗(yàn)證，項(xiàng)目前期開(kāi)發(fā)階段，將出風(fēng)口平臺(tái)化的信息輸入給性能分析部，性能工程師會(huì)根據(jù)出風(fēng)口的出風(fēng)面積及其他影響整車(chē)采暖的因素一起分析整車(chē)采暖是否滿(mǎn)足要求，對(duì)于同平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的車(chē)型，出風(fēng)口平臺(tái)化對(duì)整車(chē)采暖影響不大。

綜上，出風(fēng)口平臺(tái)化影響因素諸多，本文主要從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，詳細(xì)說(shuō)明出風(fēng)口平臺(tái)化過(guò)程中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路，使平臺(tái)化出風(fēng)口滿(mǎn)足新車(chē)型的人機(jī)布置、操作舒適性、拆裝方便性等要求，最終完成平臺(tái)化設(shè)計(jì)，截止目前此出風(fēng)口已經(jīng)在北汽十一款車(chē)型上完成平臺(tái)化開(kāi)發(fā)，其中六款車(chē)型出風(fēng)口完全實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化通用、三款車(chē)型出風(fēng)口部分平臺(tái)化通用（昌河系列出風(fēng)口葉片按照昌河要求調(diào)整，出風(fēng)口其他零部件平臺(tái)化開(kāi)發(fā)），兩款車(chē)型跨平臺(tái)通用化（北京BJ系列車(chē)型為越野車(chē)平臺(tái)開(kāi)發(fā)車(chē)型），如圖19所示：

圖19 出風(fēng)口平臺(tái)化車(chē)型展示

5 結(jié)論

平臺(tái)化開(kāi)發(fā)作為日趨成熟的設(shè)計(jì)方法，不僅可以用于汽車(chē)吹面出風(fēng)口等零件或系統(tǒng)，也可以用于汽車(chē)其他功能件的開(kāi)發(fā)。平臺(tái)化開(kāi)發(fā)能夠確保在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)及整車(chē)開(kāi)發(fā)成本，同時(shí)通過(guò)規(guī)模效應(yīng)也可以降低產(chǎn)品的模具費(fèi)用及產(chǎn)品單價(jià)成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。本文以汽車(chē)吹面出風(fēng)口平臺(tái)化開(kāi)發(fā)為例，介紹了平臺(tái)化開(kāi)發(fā)的具體過(guò)程，希望對(duì)其他產(chǎn)品平臺(tái)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)有借鑒意義，樹(shù)立更完善的平臺(tái)化設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用到汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中。

[1] 張慶更.論汽車(chē)平臺(tái)化設(shè)計(jì).沈陽(yáng)華晨汽車(chē)工程研究院.

[2] 黃清鋆.平臺(tái)化開(kāi)發(fā)策略在門(mén)鎖功能件上的應(yīng)用研究.泛亞技術(shù)中心.

[3] 陳春柳.平臺(tái)化座椅骨架設(shè)計(jì)探討.

Analysis of Automotive Airvent Platformization Design and Development

Yuan Jiuhua, Zhang Zhigang

( Beijing Automotive Technology Center, BAIC MOTOR Co., Ltd, Beijing 101300 )

The article mainly takes the design and development of the airvent platform as an example to illustrate the problems encountered in the process of platform development, as well as the ideas of analyzing and solving problems that gradually applies them to the design and development of other parts. The platform design of the outlet needs to consider the influence of many factors, and the platform development plan can be finally determined after the comprehensive evaluation and the test of the whole vehicle.

Air Vent;Platform;Design Development

U462

A

1671-7988(2018)21-191-05

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袁玖華，男，大學(xué)本科，現(xiàn)工作于北京汽車(chē)股份有限公司汽車(chē)研究院，任職儀表板工程師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.065