本文轉自：汽車大漫談

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整車架構的開發與研究

為了能最大限度地把握高效率、高質量和低成本的開發與産品個性化間的平衡，确保在市場競争中形成多個産品，全球各大車企經過長期的研發與實踐，提出了整車架構的概念。目前，整車架構的工程開發技術已成為國内外汽車公司重點研究的技術。

一、整車架構的定義

整車架構零件，是指一系列代表整車關鍵性能的零部件和總成。将這些零件按照系統進行分類是一種通過汽車物理構件的合理組合搭配實現整車功能要求的方法，并且基于這種固定的工程解決方法開發系列産品。架構的概念強調的是工程解決方法的共用，是平台概念中物理“同零件”的抽象化與升華，是更深層次的協同。架構策略提供了一種更加靈活的平衡企業開發制造成本與顧客個性化需求之間矛盾的方法。

二、整車架構的組成

将這些架構零件組裝在一起，就形成了如下圖所示的整車架構：

三、架構策略的意義

四、共用架構車型特性

1、共用的零件和系統

共用的零件和系統是指在多個産品中最大化共用物料清單。在保證工程方案相同的前提下盡最大可能地實現關鍵零件共用。在某個架構下的産品，共用了一套架構件，或者可替代件。共用的策略通過可視化物料清單表示。共用的零件包括如發動機、變速器、懸架、輪胎最大外徑和寬度、前後副車架、轉向系統（型式）和動力總成懸置（型式）等。

2、相似的功能和性能表現

該特征表達了架構下的産品所具備的功能和性能，建立起工程解決方案之“最優性”。這些性能通常包括安全性能如NCAP星級、車身一階結構模态、安全系統的配置如安全帶、底盤懸架跳動範圍、前後軸最大載荷、整車扭轉剛度、承載能力、牽引能力、最大側向加速度和質心高度等等。

3、共用的界面

用以保證關鍵架構零件的共用性；為确保架構零件和系統共用，相關夾具共用，尺寸變幅和制造工藝共享策略，必須有一套關鍵的物理界面（如緊固件類型）和功能界面（如承載能力）。

4、相同的制造體系

統一架構車型相同的制造體系确保企業整體制造規劃的靈活性。制造策略能支持工藝驅動的設計，工廠鍊接，制造工藝，特殊的工廠條件以及達到制造基地遷徙的公司目标。制造工藝包括車身钣金件的沖壓成型工藝，總裝零件的裝配工藝如轉向機構在發動機艙和乘客艙的連接方式，主線的工序（如油漆線、總裝線、焊接線），輪罩的翻邊工藝，料架和物流（模塊化還是層疊化），是否采用激光焊接工藝，定位孔和傳輸孔，門鉸鍊工藝（焊接還是螺接）、制動系統裝配工藝（開環還是閉環）、是否采用矽銅焊接，焊接翻邊的長短等等。

5、一定的尺寸變幅

用共同的工程方案解決關鍵尺寸在一定範圍内的浮動，進一步滿足用戶個性化的需求。通常構架必須具備一定的尺寸變幅範圍，以滿足該構架下不同産品的尺寸變動的要求，包括長寬高、軸距、前後輪距、轉向半徑、踵點到前軸的距離、R點到踵點的距離，R點到地面距離，行李箱容積、前後H點距離、乘客中心到整車中心距離、前風窗下支點、前懸、後懸、白車身名義中心、白車身最大寬度和高度，油箱容積和上車台階高度等尺寸。

而其中最為積極的驅動因素如下圖所示：

1）輪胎規格主要體現在輪胎外徑大小，體現了整車的離地高度；

2）前後排的H點，反映乘客在乘客艙中的坐姿和人機工程布置；

3）是前風擋下支點位置，反映了乘客艙前部邊界條件和前風擋的傾角和駕駛員的前視野；

4）是整車高度，反映了乘客艙的内部空間和整車的整體姿态；

5）是整車的軸距，反映了乘客艙内部的大小，也體現了整車的駕駛靈活性。

五、産品、平台和架構的關系

如果2個産品沿用了相同的關鍵系統、子系統或零部件，則可稱為同平台産品,或者說這2個産品出自同一平台。如果2個平台的關鍵部分采用的是相同的工程解決方案，則稱為同一架構上的2個平台。架構實際上是平台概念基礎上的擴展和往上延伸。

下圖為某一架構衍生的産品系列圖，它包含4個平台，其中短軸距平台負責中級的三廂、兩廂轎車及其換代産品的開發；長軸距平台負責中高級别三廂、兩廂轎車及其換代産品；第3、4個平台分别為MPV、SUV平台，承載MPV、SUV系列産品。4個平台分工明确，但在一些原理上共享相同的工程方案，從而大大降低了開發周期及風險。

六、基于整車架構開發的優勢

1、提供了更廣泛和更靈活的産品規劃方式

如果按照平台戰略，由于産品的外形、布置有較大差異，SUV、MPV和轎車等車型很難共平台開發，架構思路的出現避免了一系列新平台各自為政的情況，使公司資源得到最合理的整合。由于架構戰略有共同的功能及其性能的前瞻性，使得規劃部門更早地着手前期規劃，讓人員、經費及硬件盡早到位。

2、以較小代價解決共平台策略車型的單一

在同一架構的指導下，不同平台所衍生出的不同性能的車型給顧客提供了更多的選擇，以較小的代價解決了共平台策略車型缺少變化的問題。

3、大大節省了開發費用

從下圖的統計數據中可以看到，在無法做到同平台的情況下，平台之間共架構的設計理念還能夠大幅縮減工程開發和制造投資費用。

4、降低了同架構車型開發周期和風險

得到驗證的工程方案可以應用于該架構中任意一款車型，産品質量的提升以及售後的反饋都将從中獲益。

5、具有更大的靈活性

由于同架構車型在開發時就考慮了采取一緻的制造體系，對于企業的生産、物流和采購體系也提供了更大的靈活性。下圖是某品牌長軸距和短軸距汽車産品利用架構技術開發的下車體，而下車體是白車身或整車在車身車間、塗裝車間、總裝車間傳送時作為滑橇、吊具的重量支撐載體。共用下車體支點後，可以進行柔性生産，共用生産線。大大節約企業的投資，從而為企業的生産、物流和采購體系提供最大的靈活性。

七、架構幾何搭建方法

整車架構由前端模塊、前風窗下支點位置（前後和上下）、地闆模塊、後行李箱模塊組成，如下圖所示。

1、 前端模塊

前端模塊中最為關鍵的是輪胎的規格，因為輪胎在給定整車寬度的條件下決定了前縱梁的寬度和整車的離地高度，前縱梁寬度為搭配不同的動力總成提供了容納空間，而在給定輪距的條件下，又受到輪胎運動包絡的限制；其次是前縱梁的長度，它決定了發動機艙的長度也就是前懸長度和動力總成布置位置，為不同的動力總成配置提供了必須的空間，同時其前端吸能區域和能量傳遞路徑也決定了不同的前撞安全性能，也需要滿足各種不同安全性能的前撞要求。

2、前風窗下支點位置

這一模塊是人機交互的核心區域。前風窗下支點有前後上下四種組合，前後位置決定了前圍闆的位置，從而決定了乘客艙前端邊界條件和發動機艙的後部邊界；前風窗下支點上下位置在給定整車高度的情況下将決定風窗玻璃的傾角，以及發動機艙的後端高度。前圍闆的上邊沿也決定了引擎蓋後沿高度和前方下視野，同時，前圍闆承接着踏闆、空調箱、儀表闆及其橫梁等重要的操縱總成，直接影響其位置和結構。

3、地闆模塊

地闆的狀态也有長短兩種，如果結合輪胎規格的大小就有四種，分别為短軸距低地闆，短軸距高地闆，長軸距低地闆，長軸距高地闆。這樣就決定了乘客艙的内部空間的長度，離地間隙和乘客上下台階高度。 門檻梁及橫梁的框架結構也是前碰和側碰的能量傳遞路徑，影響整車的安全性能。

4、行李箱模塊

行李箱模塊主要的參數是行李箱的長度，它決定于後懸長度，決定了行李箱的大小以及給定輪胎情況下的離去角。而對于車身的上車體結構，可以分為兩廂轎車（Hatchback/Fastback）、三廂轎車（Notchback或Sedan）、旅行車（Station Wagon）、多用途車MPV（Multi-Purpose Vehicle）幾種主要型式。以這幾種型式為基礎，衍生出三門、五門、雙人跑車（Coupe）、活動頂跑車（Convertible）等幾種針對特定市場和用戶群體的型式。

對這些模塊進行組合，可以搭建不同的模型，滿足某架構下不同産品的需要下圖所示為組合後的5門溜背式車身型式。

通常車身的型式有三門和屋五門的兩廂轎車3/5HB（Hatch Back），NB三廂轎車(Notch Back)，多用途轎車MPV (Multi-Purpose Vehicle)，旅行車SW (Station Wagon)，雙人跑車Couple，運動型汽車SUV (Sports Utility Vehicle)，廂式貨車VAN，客貨兩用車Pickup等多種，如下圖所示。除此之外，還有這些車身型式的雜交型式Crossover等，但是可以按照架構搭建的元素分為三類車型，小輪胎短軸距低風擋下支點的（包含HB，NB，Couple），大輪胎長軸距高前風擋下支點的（包含SW、VAN和MPV），大輪胎高前風擋下支點的四輪驅動SUV，這樣便于組合進行架構的變化，盡可能提高架構零件和系統之間的共用率。但是不管這些車身型式如何變化，均能通過上述幾何元素的變化和組合方法得以實現。

通常，小輪胎适合三廂和兩廂的轎車，大輪胎适合MPV和SUV等需要滿足離地間隙較高的車身型式；風窗下支點下前和下後位置适合三廂和兩廂轎車，而風窗下支點上前上後滿足乘客姿态布置較高的車身型式如MPV和SUV。

八、基于整車架構的開發流程

在架構概念得到确認後，把共用工程解決方案和模塊化理念所确定的零件及平台中的沿用件統稱為架構件。前期工程的任務就是在市場提出需求時，首先确定這一産品的技術路線及工程工作範疇；确認在現有架構規劃中是否需要重新開發或優化，也就是确定哪些是架構件，哪些是非架構件，并完成架構件的開發。根據每一個項目的不同情況，确定每一個架構件的技術參數或概念設計，需要時直至尺寸數據的發布。

下圖為一種基于架構概念的産品開發過程。在流程上還定義了架構開發的時間節點和提交物，明确架構開發和産品工程的任務，從而保證整個産品的進程，最大限度地做好高效、高質量和低成本的開發和産品個性化之間的平衡。

九、基于整車架構的開發技術

1、整車架構搭建的主要内容

1）動力總成架構

動力總成是汽車的動力源泉和傳動路徑，包括發動機、變速箱、分動箱、傳動軸等零部件。優秀的動力總成是整車動力性、燃油經濟性和排放性能的保證。目前大部分廠家已經将現有動力總成資源和未來開發計劃納入産品型譜規劃。常規動力總成的布置型式有前置、中置、後置3種形式。前置發動機具有散熱環境好、易于均衡配重等優點，是最為常見的形式，在以前輪驅動為主流的中低檔車型得到廣泛應用。而對于性能優越的高檔後驅車和跑車家族，發動機中置或後置常常是作為首選形式。

2）底盤架構

軸距和輪距是決定平台特征的關鍵參數。一般而言，高級别的轎車通常會采用較大的軸距和輪距，以獲得較大的乘客艙容納空間和搭載大排量的動力總成。底盤架構主要包含車架/副車架、懸架系統、轉向系統這些直接影響駕控特性的總成。驅動型式也是比較重要的架構特征，前輪驅動型式具有傳動系統較為簡單、易于實現不足轉向等特點，在大部分乘用車上采用，對于追求駕控樂趣的高端車型比較傾向于采用後輪驅動型式。SUV通常采用兩驅/四驅的組合配置，以滿足城市/鄉村不同道路的使用需求。

3）車身架構

一般乘用車的車身可分為承載車身（Body Frame Integrated）和非承載車身（Body On Frame）兩種型式。非承載車身一般為高地闆結構，它具有獨立的車架結構連接底盤和車身，從而使整車的強度、剛度等得到較大的提高，主要應用于越野性能較強的運動型轎車SUV（Sports Utility Vehicle）、客貨兩用車（Pickup）。承載車身沒有獨立的車架，采用優化的車身底部結構以承載整車重量，具有成本低重量輕等優點，目前在普通轎車及交叉車型（Crossover）上得到非常廣泛的應用。整車車身架構的構造如同積木一樣，是可以通過一些最基本的元素搭建起來的。

下圖是基于某公司同一架構衍生出的多個分支平台車型：三廂轎車、雙門跑車和旅行車。

2、基于架構沿用的車身開發方法

在整車項目開發時，如果決定使用架構沿用策略後，底盤、動力總成的主要零件均為架構件，不會更改，車身、内外飾的開發成為重要工作。而車身的開發對主機廠來說是重中之重，這主要是因為車身自制件中側圍模具的開發，一般從開模數據的發布到正常的投産需要16到18個月時間，是項目的關鍵路徑。在總布置給出的約束條件下，一般采用從下向上，從内到外的車身設計開發方法，如下圖所示。

1）首先，确認沿用的車身架構零件範圍，一般為下車體，在此基礎上，設計後輪罩、門檻加強闆、A柱下加強闆、B柱下内闆、前圍上橫梁；

2）其次，設計A、B、C、D柱内闆、車頂加強橫梁；

3）最後，随着外飾造型面的發布，設計發布車身外闆數據，主要是：四門兩蓋外闆、翼子闆、側圍外闆、頂蓋外闆，從而完成車身數據的發布。

在車身架構開發過程中，通常是先選定動力總成、車輪和其他架構件，在此基礎上開發滿足多種車身型式的車身架構，車身架構的開發主要體現在如下幾個重要方面：

1) 車身型式：如3/5門的兩廂、三廂、敞篷車、旅行車、貨車、SUV和客貨兩用車等

2) 車身骨架類型：集成式車身和車架式車身；

3) 地闆高度：低地闆、中地闆和高地闆三種；

4) 駕駛員位置：左駕和右駕；

5) 乘客的個數：從2個到8個不等。

車身骨架的選擇取決于整車性能要求，如整車安全性能，操縱穩定性和NVH等性能，最關鍵的主要是安全性能。通常不同市場有不同安全性能要求，研究表明，承載式車身在高、中、低端轎車中，都是主流和發展趨勢，在SUV運動性轎車上也是如此，因此在開發車身架構時，優先考慮承載式車身，便于在各種車型之間實現最大化的零件共享。

對于轎車和跑車，為了保證整車的良好的空氣動力學、低油耗（風阻面積小）和操縱穩定性（低質心），通常采用低地闆方式； 對于敞篷車、旅行車以及MPV和城市SUV，通常采用中地闆确保大部分城市工況和小部分郊區的通過性要求，而經濟性和操穩性也不會有太大的變化；對于SUV和皮卡車和廂式貨車，需要非常好的越野性能，因此通常采用高地闆。

在車身架構設計時，地闆高度的變化是通過輪胎規格的變化來實現的，地闆（或車身）本身的變化是較小的。以下從發動機艙、乘客艙和行李箱三個部分來說明車身架構如何搭建的。通常，确定其中某一個車身型式作為研究對象，比如5門的兩廂車，其他車型都是在該車型上衍生出來的。

為了實現各種車型之間的車身零件共用最大化，或為了達到架構共用的目的，兩廂和三廂之間應采用相同的軸距和輪距，整車的高度應盡量相同，而整車的長度盡量差别應控制在500mm内。

下圖所示為四種車型的前艙和行李箱的架構設計要點。兩廂和三廂通常都屬于低H點的車型，除左右駕造成的不同前圍闆以外，其他前艙結構設計都是相同的。而對于H點不同的車型，前圍闆分成上下兩塊闆，下闆相同，而上闆則根據前風窗下支點進行分别設計。此處的MPV和Van是高H點的車型，通常比低H點的車型具有較大的整車重量。

MPV為多種用途車，但主要載客，關注整車的操縱穩定性和乘員安全性，而後者客貨兩用，更多的時候載貨，安全性能要求偏低。因此對于MPV需要設計更強的安全吸能結構，如增設門檻加強闆和中地闆加強闆，以及加強前碰撞吸能塊的材料。由于乘客坐姿通常比普通轎車高，因此通常将座椅安裝支架增高，風擋下支點支撐闆擡高。而Van車型則沒有實施安全碰撞加強措施，也沒有采用增高的座椅支架，但是前風窗下支點支撐闆擡高了。

同樣，上圖所示為車身架構行李箱的設計要點。對于低H點的兩廂和三廂，車身地闆主體是一樣，但是因為三廂和兩廂長度不一樣，後地闆和後縱梁需要根據後懸長度進行調整。同時根據不同市場的對安全性能的要求如北美的US NCAP和歐洲的ENCAP，因此也需要在後地闆和縱梁上增加一些加強闆。而對于MPV，這些加強闆的形狀和大小又有所區别，對于Van，它和MPV一樣在普通轎車車型的基礎上适當回增加軸距，同時因為其客貨兩用的要求，第三排座椅提供7個人的載客能力和靈活的座椅組合方式提供良好的載貨能力。

十、車身架構的評價

車身架構在很大程度上代表了基于該架構衍生的汽車産品的性能，也表明了該架構對各種産品的包容性，因此有必要對車身架構進行評價，确保後續産品開發的靈活性和良好的基礎。

一般地，車身架構可以采用如下指标進行衡量：

1、共用比例

在預期開發的幾種車型中，如果車身架構共用零件的比例越高，表明了後續開發的工作越少。整車車身因為共享比例較高，模具分攤的成本越低。

判斷車身架構是否具有很好的靈活性，隻需确認該架構是否良好地保護了不同市場的要求和各種車型不同特點，比如左右駕，兩驅和四驅，是否能在不同的國家和地區進行制造。

2、成本

目前，汽車産品的競争越來越激烈，各主機廠也采用了很多不同的手段進行競争，其中成本是至為關鍵和直接的方法。對于車身架構來說，成本意味着更多的零件共用，更好的材料規格組合，最簡單的制造工藝等。

3、架構的性能

主要體現在安全性能和NVH性能等。前者直接表現在NCAP星級上，五星的整車和三星的整車之間的車身是具有很大的區别的。而後者主要體現在車身的剛度（彎曲剛度和扭轉剛度）。

4、總布置效率

這和整車總布置相關的指标，但是卻和車身密切相關的，如前排乘客踵點到後排H點之間的水平距離和整車長度的比值--長度效率。踵點到車點垂直高度和整車高度的比值—高度效率。車身結構上就是前圍闆的布置和前座椅支架。

十一、基于架構沿用的整車開發

整車架構零件，是指一系列代表整車關鍵性能的零部件和總成。将這些零件按照系統進行分類是一種通過汽車物理構件的合理組合搭配實現整車功能要求的方法，并且基于這種固定的工程解決方法開發系列産品。架構的概念強調的是工程解決方法的共用，是平台概念中物理“同零件”的抽象化與升華，是更深層次的協同。架構策略提供了一種更加靈活的平衡企業開發制造成本與顧客個性化需求之間矛盾的方法。

1、基于架構沿用的整車總布置研究

下圖是某公司在同一架構上開發的三廂、兩廂轎車、MPV和SUV的總布置圖。圖中明确了産品系列型譜的尺寸帶寬，從宏觀上較為清楚地比較和說明了各款車型的關鍵特征變化。

2、基于架構沿用的整車開發研究

以現有成熟産品兩廂轎車拓展衍生為三廂轎車為例，簡要說明基于架構沿用的整車開發流程和各階段主要需關注的工作。

1）産品需求定義

這是産品的細分市場分析階段。需要通過調研掌握目前競争對手的産品特性，并預測未來市場變化和新技術的應用，确定自身産品的定位和目标用戶群。同時，通過大樣本的潛在用戶分析，充分了解用戶的基本需求，從而明确配置需求。

2）項目内容明确

這是對市場需求的解讀和理解階段。對于架構沿用的開發而言，需要研發部門在滿足市場需求的前提下，達到整車架構沿用的最大化，從而節省開發成本和時間。通過這階段的工作，可以對新産品的更改範圍做出框架式條款約束。

3）面向産品的造型設計

這是工程與造型的互動和平衡階段。工程部門需要根據新産品更改範圍的框架式條款，研究并提出明确的造型限制條件；造型部門需要依據工程提出的要求和條件，在可接受範圍内，完成造型開發工作。

4）産品詳細設計

在該階段進行各車型的詳細設計，并進行多輪的虛拟評審，以确保高質量的進行3D和2D數據的發布。

5）試驗與驗證

這個階段主要是新産品的試制與試驗階段，與全新架構開發基本類似。在試制和試驗過程中，發現和解決在此過程中出現的設計問題，并在上市前将問題解決掉。

十二、結語

基于整車架構的汽車開發已經成為越來越多汽車企業考慮的技術路線，通過對整車架構和基于整車架構開發汽車的研究分析，能對正在考慮實施架構策略的研發和規劃部門有一定的參考意義。

十三、号外

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