动力总成成车数模搭载之研究

孙华连 黄治民 林泽湖



动力总成成车数模搭载之研究

孙华连 黄治民 林泽湖

东南（福建）汽车工业有限公司

动力总成数模搭载匹配工作的目的在于确实掌握动力总成与已有车体的匹配性与匹配问题点。本文针对动力总成与车体数模搭载匹配过程进行研究，以作为后续整车动力总成改型、新车型开发动力总成搭载匹配工作的参考。结果发现，充分利用3D CAD 进行布置确认可事先掌握与有效地减少实际动力总成搭载时的问题点。

动力总成；搭载；数模

一个全新车型的开发，需要大量的资金及时间，因此，一款车型的生命周期一般都比较长，在其生命周期内，尽管为顺应时代发展进行一些变更，但总体结构（车体①、底盘等）不会发生太大变化。而作为车辆的心脏，动力总成②在科技、成本、排放能耗法规、客户群体等因素的要求下，变更的概率比较大。本文主要为研究现有已存在车型变更动力总成搭载匹配发展过程，为后续新车型开发或其它已有车型动力总成搭载匹配工作提供参考。

1 研究内容与方法

动力总成成车搭载匹配的发展工作实际上与车型开发一样，包含了方案策划阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、样车试验阶段、投产启动阶段。现研究的是概念设计阶段，计算机软硬件技术的发展，为概念设计工作提供极好的便捷方式。

概念设计阶段工作的目的在于确实掌握动力总成与车体的匹配状况与问题点，包括确认动、静态空间间隙、动力总成生产线的装配性、维修性、安全性、动力总成周边件布置设计成立性、日常检查作业便利性等，并将所发现的问题点回馈到工程设计阶段，以利后续零部件细部设计定型。

因车体变更设计费用高、周期长，成车动力总成搭载匹配工作以尽量不变更车体原有部件为原则，但对应新动力总成要求，与总成匹配的相关系统，如进排气、空调系、燃油供给系、操纵控制系、动力总成悬置等，因需确保机能满足，仍需变更。

动力总成成车搭载匹配工作流程详述如下：

2.1 进行设计构想讨论，确定动力总成与车体共用部分及需变更部分。

2.2 建立成车3D数模，主要包含：发动机室数模，安装于发动机室内的各系统及悬吊、传动系统部件数模。对于早期车型，由于当初的设计均为2D，建立3D数模较为困难，可以采用逆向方式取得。

2.3建立动力总成3D数模——现在设计的动力总成，已经全部3D化，此部分3D可直接由动力总成供应商提供。

2.4 在计算机上利用CAD软件（汽车业常用CATIA）整合动力总成并进行校核，校核详细内容如下：

(1) 传动系布置的合理性：传动轴角度、传动轴布置空间校核。

(2) 静、动态空间间隙确认：检查动力总成与车体既匹配相关系统，以及各系统之间在静、动态条件下是否存在干涉，间隙是否有足够的安全距离。需要考虑发动机起动时的旋转以及恶路走行时的动力总成晃动等种种状况。此为，还要考虑到其它系统机构作动时是否会与动力总成发生干涉。

(3) 装配作业性评估：模拟整车装配程序中动力总成与整车结合的过程，检查过程中有无干涉可能,模拟动力总成与整车结合后,各匹配系统的装配作业性,记录潜在的干涉点、难作业点。

(4) 维修作业性：整对售后定期保养项目（如发动机机油及机油滤清器更换、火花塞更换、发动机附件皮带拆装、传感器、线束接插件拆装、发动机悬置支架拆装），确认有无不易操作处。

(5) 安全性确认：确认动力总成与涉及安全的部件（如制动管路、燃油管路等对运动部件、热源有特别要求的保安件）的距离。

(6)动力总成周边相关部件的布置成立性：确认进排气系、冷却系、供油系、发动机控制线束、空调系等在机能满足的条件下，布置的顺畅性、美观性。

(7)日常检查的便利性：确认发动机机油尺、变速器润滑油尺等的拔插，机油添加的便利性，确认发动机号码对应国家法规检查、拓印之便利性。

2.5 设计讨论：针对计算机CAD模拟校核所发现的问题进行讨论，并拟定对策。

2.6 修正数模：根据设计检查讨论后的对策方案修正数模，然后再进行第2.3、2.4项工作。

2.7 制作样件：制作修正后之动力总成及其与车体匹配各系统之样件（为验证搭载性，初期部件可使用快速成型件，或采用NC件，可缩减开发时间及降低模具失败风险）。

2.8 实车匹配试装与确认：为了更好的进行设计工作验证，除了3D数模校核，还可以进行实车验证（静态配线配管，按照严苛的试验规范实车走行）等。

2.9 问题点确认与讨论：针对实车匹配试装所发现的问题点进行讨论，拟定对策。

2.10修正设计：依据2.9讨论确定之对策修正设计。若仅局部设计修正，则该修或重新试作有问题之零件，然后再进行2.7、2.8项工作；若修正涉及的范围比较大，需要重新布置相关匹配系统或动力总成本体变更，则需要再进行第2.3至第2.9项工作。

2.11最终结果确认：动力总成数模定案，汇整匹配过程中的问题点及对策履历以作为下阶段工作参考。

2 应用实例

以云内动力D19 1.9 L高压共轨柴油搭载于某款轻客车为研究对象，进行上述匹配工作流程。云内D19柴油机是应对国家能源环保政策推出的面向乘用车市场的高性能、低能耗、环保的新一代柴油动力总成，某轻型客车为已量产车型，早期曾使用柴油发动机，但控制方式为机械式，与现在的电子控制差异太大，且目前使用的发动机为汽油发动机，故对动力总成的搭载造成很大限制，而动力总成相关匹配系统与动力总成在设计上的相互影响程度亦很高。

本次动力总成搭载匹配工作前提：底盘不变，车体大钣金件原则上不变。

车体及动力总成3D数模如图1、图2，其中，车体侧3D为逆向后之模拟边界，经过初步CAD 3D数模模拟搭载后（图3）发现之重要问题有：

(1) EGR阀与右侧钣金干涉，且阻碍进气管路布置。

(2) 增压器出口角度不佳，导致进气管布置空间狭小，与车体左纵大梁（车架）干涉。

(3) 机油尺无法与中置物盒支架干涉，日常作业无法拔出。

(4) 发动机油底壳与发动机托架横梁（非动力总成部件，车体侧，可变更）干涉。

(5) 空调压缩机与发动机托架干涉与发动机厂讨论后,对策为:

① EGR位置变更，且由横式布置变更为纵向布置。

②增压器壳体旋转60度（无需更改模具）。

③机油尺形状、朝向变更，改为朝右向。

④发动机托架设计变更（经过评估发动机变更技术可行性很小）。

⑤空调压缩机支架变更，压缩机高度提升，发动机托架变更。

图1 车体边界图

图2 D19TCI动力总成

图3、车体、动力总成整合图

为确认动态间隙，可使用ADAMS CAE软件进行动力总成运动学分析，确定各工况下（起步、换档、转弯、刹车）发动机的各向运动量（图4、图5）

图4 动力总成-车体整合各工况转动最大角度（无限制状态）

图5 动力总成-车体整合各工况转动最大平移距离（无限制状态）

动力总成按图6方向组装，与车体无干涉发生，且空间充裕，无需变更发动机及车体部件。模拟生产装配过程，按图7流程，生产作业性无问题，装配过程顺畅，生产线无需太大改变。

图6 动力总成/车体组装过程

图7 动力总成/车体组装流程

经过2次数模修正，动力总成及车体配合系统设计方案基本定案，再根据最终方案试作样件，然后进行实车匹配试装。

经过实车搭载试装确认，发现如下问题：

（1）油底壳离地间隙较小，客户使用有磕碰地面凸起物隐患。

（2）机油滤清器维护作业空间小，需拆卸进气管路方可更换。

上述两问题在3D 数模模拟搭载时即经发现，但为了节省成本，发动机本体、车体不做变更，考虑目前国内道路的改善，问题1对策为油底壳增加钢板保护罩，问题点2经与服务单位讨论予以接受。

总结本次动力总成搭载匹配工作可以发现：

（1）与以前本公司其他项目搭载动力总成试装比较，本次试装工作问题明显减少。

（2）为让动力总成搭载更完善，车体件作出适当的让步是必须的，成本需要综合考虑。

（3）新车型车体之开发，应充分考虑未来动力总成变更之可能，预留足够之空间以对应同排量柴油动力、或高一排量级的汽油动力（笔者总结分级如下：1.0 L以下，1.0~1.3 L, 1.3~1.6 L，1.6~1.8 L, 1.8~2.0 L……）。

4 结论

(1) 利用3D CAD（如CATIA）数模进行动力总成搭载匹配模拟工作可以缩短概念设计周期，且在设计初期即可清楚了解边界条件，无须制作实体即可多次进行搭载优化，寻找最佳搭载方案，减少开发费用。因此，建立完整的准确的3D数模是首要工作。

(2) 为让车辆能够匹配不同型式的动力总成，车辆相关匹配系统得设计应该考虑的更为周全，更有计划性，留足后续修改所需的余裕量及弹性。反过来，为了使动力总成能够较为弹性的匹配不同目标车型，动力总成本体尺寸应该尽量紧凑，发动机附件系统布置方案更灵活。

(3) 除了确认空间搭载的成立性，搭载匹配模拟亦可以延伸到分析模拟的领域，尤其是动力总成性能分析、NVH分析等，使实车匹配发展后才显现的问题尽量降到最少，减少投资，缩短时间。

[1] Ronald Jaklisch Digital Mock up of Yunnei Diesel D19 Engine into Delica & Freeca Vehicle AVL List GMBH 2007

[2] 张小虞,等.汽车工程手册[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 林慶銘.汽車工程學[M],臺灣全華科技出版f社,2002.

① 车体：本文特指除开动力总成之底盘、车身（承载式车身含车架）相关部件。

② 动力总成：本文特指发动机及传统系统。

Research of Integrating Powertrain System with Vehicle by Digital Mockup

Sun Hualian，Huang Zhimin, Lin Zehu

(Research and Development Center, Southeast (Fujian) Motor Company，Fuzhou 350119, China )

To determine the matching condition and difficulties is essential to integrating powertrain system with vehicle by digital mockup. The process of integrating powertrain system with vehicle by digital mockup is researched to provide data for the integration of new powertrain system or new vehicle model development. It is indicated that installing the powertrain system in the vehicle by using 3D digital mockup can effectively reduce problems that may occur in the actual integration.

powertrain integration; embarking; digital mockup