汽车开发流程

怎么开发一台汽车

摘要：研发一台汽车是一个非常复杂的系统工程，以至于它需要几百号人花费上3-4年左右的时间才能完成。不同的汽车企业其汽车的研发流程有所不同，本文论述的是正向开发一台汽车的研发流程。研发流程包括管理、设计、组织等方方面面的辅助流程。专业的汽车设计开发流程是汽车研发中的核心流程，这一流程的起点为项目立项，终点为量产启动，主要包括5个阶段：一、方案策划阶段；二、概念设计阶段；三、工程设计阶段；四、样车试验阶段；五、投产启动阶段。

1.方案策划阶段

1.1市场调研

汽车市场调研包括市场细分、目标市场选择、产品定位等几个方面。对相关的市场信息进行系统的收集、整理、纪录和分析，可以了解和掌握消费者的汽车消费趋势、消费偏好和消费要求的变化，确定顾客对新的汽车产品是否有需求，或者是否有潜在的需求等待开发，然后根据调研数据进行分析研究，总结出科学可靠的市场调研报告，为企业决策者的新车型研发项目计划，提供科学合理的参考与建议。

对参考样车进行分析研究，确定其优势和不足，结合市场情况提出所开发产品的目标定位。

对潜在的供应商进行货源可行性评估，评价他们在满足质量、供货能力及开发水平的前提下提供总成和部件的能力。识别价格及质量具有相对竞争力的供应商，以满足产品定位的要求。将所有涉及该过程的开发伙伴协调在一起，整合资源满足用户最大需求。在供应商和制造者之间建立信息沟通，提升整个汽车生产链运作的效率，并增进更高层面上的技术创新。

1.2项目可行性分析

在市场调研的基础上生成项目建议书，进一步明确汽车形式（也就是车型确定是微型车还是中高级车）以及市场目标。可行性分析包括外部的政策法规分析、以及内部的自身资源和研发能力的分析，包括设计、工艺、生产以及成本等方面的内容。

根据市场及用户需求，选定各分总成，初步确定整车基本参数，在此基础上完成人体布置和各类运动分析，视野分析，手触及空间分析和仪表可视性分析等。该过程借助三维设计软件模拟完成，分析出现的问题反馈到模型中进行调整，使所设计的汽车满足现代汽车高水平的驾驶操作性、乘坐舒适性和居住性等要求。

在完成可行性分析后，就可以对新车型的设计目标进行初步的设定，设定的内容包括车辆形式、动力参数、底盘各个总成要求、车身形式及强度要求等。

2.概念设计阶段

概念设计阶段的任务主要包括总体布置草图设计和造型设计两个部分。

2.1总体布置草图

* 车厢及驾驶室的布置，主要依据人机工程学来进行布置，在满足人体的舒适性的基础上，合理的布置车厢和驾驶室。

* 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。

* 制动系的布置。

* 油箱、备胎和行李箱等的布置。

* 空调装置的布置。

2.2造型设计

进行总体布置草图设计后，在其确定的基本尺寸的基础上进行造型设计。汽车的造型设计现在已经成为汽车研发中至关重要的环节，包括外形和内饰设计两部分。而造型设计过程也分为设计和模型制作两个阶段。

2.2.1造型设计阶段

设计阶段包括设计草图和设计效果图两个阶段。

草图构思：设计草图。设计草图是设计师快速捕捉创意灵感的最好方法，最初的设计草图都比较简单，它也许只有几根线条，但是能够勾勒出设计造型的神韵，设计师通过设计大量的草图来尽可能多的提出新的创意。每个设计师都会对少数几个自己认为比较好的草图进行完善，包括绘制多个角度的草图，进一步推敲车身的形体，突出造型特征等等。

初步定稿：草图加说明。当思路比较明确以后可以绘画一张草图，这时候汽车的主体线条和大方向上的细节设计应该都有所表现，在适当的地方加进简单说明，为下一环节做准备。 理念表达：效果图。加入细节描绘和色彩，通过精致的绘画表达这款车的直观感受和立体效果。这是汽车设计的重要环节之一，就好像时装设计效果图一样，将是决定模型制作的关键。有些效果图是手绘的，马克笔、色粉或者喷枪都会采用，也有设计师利用电脑绘画。效果图和最后的整车的细节未必完全相同，但是表现出来的气质却是一脉相承。

随着计算机辅助设计的发展，汽车设计方法方便和快捷，越来越多的设计师开始使用各种绘图软件进行效果图的绘制，主要的绘图软件有Photoshop、Painter以及Alias Sketchbook等。设计师绘制精细效果图的目的是为了让油泥模型师或数字模型师（其使用3D软件将设计师的设计由效果图变为三维的电脑数据模型，这种模型能够直接将数据输入5轴铣削机，铣削出油泥模型）看到更加清晰的设计表现效果，以便保证以后的模型能够更好的与设计师的设计意图相一致。设计效果图绘制完毕以后要进行一次评审，这次评审会决定让其中的几个方案进行1：5的油泥模型制作。

2.2.2模型制作阶段

虽然历经数十年，制作油泥模型依然是汽车设计生产中的必要环节，这是一种类似橡皮泥的黏土，但是更加坚硬，成型后的细节需要用刀刮削才能完成。一般先要制作比例小的油泥模型作为提案，通常由设计师亲自操刀，大约两三个月才能最后完工。

油泥模型的制作也有两种方法。一种是油泥模型师完全人工雕刻模型，另外一种是由数字模型师根据设计效果图，首先在Alias等软件里建造出三维数字模型，然后由铣削机铣削出油泥模型，然后经油泥模型师进行细节调整。当然在油泥制作过程中设计师必须全程跟踪指导，以确保油泥模型能够符合自己的设计意图。

在完成小比例油泥模型制作后，公司高层将会对模型进行评审，这是第一次对实物模型进行评审，他们将综合考虑影响到生产的各种因素，包括：美学、工艺、结构等。但主要还是对模型外观美学的评判，通过评审挑选出其中2-3个方案进行1：1的全尺寸油泥模型制作。 传统的全尺寸油泥模型都是完全由人工雕刻出来的，这种方法费时费力而且模型质量不能得到很好的保证，制作一个整车模型大约要花上三个月左右的时间，随着科技的进步，各大汽车厂家的全尺寸整车模型基本上都是由5轴铣削机铣削出来的，油泥模型师只需要根据设计师的要求，对铣削出来的模型进行局部的修改就可以了，使用这种方法制作一个模型只需要一个月甚至更少的时间。油泥模型制作完毕后，根据需要将进行风洞试验以测定其空气动力学性能。为了更直观的观察模型，通常进行贴膜处理，以便检查表面质量和产生逼真的实车效果。这时要召开一次全尺寸模型的评审会，从中选出最终的设计方案，并对其提出一些修改意见。油泥模型师根据修改意见调整油泥模型，修改完毕后再次进行评审，并最终确定造型方案，冻结油泥模型。至此造型阶段全部完成，项目进入工程设计阶段。

2.2.3数字表面化

在油泥模型制作过程中的数字表面化技术，在现代汽车开发流程中起着越来越重要的作用。其大致步骤为：

* 三维扫描：采用先进的ATOS II设备进行三维扫描。

* Class A建模：获取点云数据后，根据客户要求，可提供快速表面重建或Class A表面。 * 模型铣制：相对传统的人工粗刮油泥技术，在保证满足工程要求的同时，极大的提高了工作效率。

* 模型验证：在模型数据化或生成A级表面后，使用5轴数控铣床，根据数学模型的数据，在专用的树脂材料模型上，再现数学模型的表面。达到验证表面数据准确性，确保数学模型与原始模型数据的一致性。

3.工程设计阶段

在完成造型设计以后，项目就开始进入工程设计阶段，工程设计阶段的主要任务就是完成整车各个总成以及零部件的设计，协调总成与整车和总成与总成之间出现的各种矛盾，保证整车性能满足目标大纲要求。工程设计就是一个对整车进行细化设计的过程，各个总成分发到相关部门分别进行设计开发，各部门按照开发计划规定的时间节点分批提交零部件的设计方案。

3.1总布置设计

在前面总布置草图的基础上，深入细化总布置设计，精确的描述各部件的尺寸和位置，为各总成和部件分配准确的布置空间，确定各个部件的详细结构形式、特征参数、质量要求等条件。主要的工作包括发动机舱详细布置图、底盘详细布置图，内饰布置图、外饰布置图以及电器布置图。

为了保证汽车各部分合理的相互关系，需要定出许多重要的控制尺寸。绘制汽车的总布置图，绘出发动机、底盘各总成、驾驶操作场所、乘员和货物的具体位置以及边界形状。零部件的运动(如前轮转向与跳动)范围校核。经过汽车总布置设计，就可确定汽车的主要尺寸和基本形状。

3.2车身造型数据生成

车身或造型部门在油泥模型完成后，使用专门的3维测量仪器对油泥模型进行测量，测量的数据包括外形和内饰两部分。

测量生成的数据称为点云，工程师根据点云并使用汽车A面制作软件，比如Alias、ICEM-Surface、CATIA等来构建汽车的外形和内饰模型。

在车身造型数据完成以后，通常要使用这些数据来重新铣削一个模型，目的是验证车身数据是否有错误。这个模型通常使用代木或者高密度塑料来进行加工，以便日后保存。

3.3动力总成工程设计

动力总成工程设计主要包括：

* 动力传动系统布置、匹配设计和计算。

* 发动机舱数模。

* 发动机舱验证模型。

* 动力总成悬置设计、计算。

* 发动机冷却、进排气、燃油系统设计。

* 发动机、离合器、变速器、分动器、驱动桥选型、匹配及与供应商联合设计。 * 传动系统部件设计。

3.4发动机工程设计

选配性价比高的发动机，利用先进手段进行发动机附件优化配置，解决进气消声、排气

消声、三元催化器匹配等方面的问题。

模型技师具备精湛的技艺及相当的专业技术知识水准，可建立发动机实物模型，既可验证工程设计的正确性，也可以启发工程师的设计概念，同时便于与客户及供应商沟通。 一般新车型的开发都会选用原有成熟的发动机动力总成，发动机部门的主要工作是针对新车型的特点以及要求，对发动机进行布置，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。

3.5白车身工程设计

所谓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涂装的车身本体。

白车身是保证整车强度的封闭结构。白车身由车身覆盖件、梁、支柱以及结构加强件组成，因此该阶段的主要工作任务就是确定车身结构方案，对各个组成部分进行详细设计，使用工程软件比如：UG、CATIA等完成三维数模构建，并进行工艺性分析完成装配关系图及车身焊点图。

3.5.1冲压成型工艺分析

借助先进的冲压成型分析软件，在车辆零件具体设计阶段就考虑它的冲压成型性，可以及时发现问题，指导设计修改，避免在模具制造后反复修改模具，这样可大大地降低设计成本，缩短开发周期。

3.5.2装焊工艺分析及优化

制造团队与设计团队必须在产品开发的早期达成共识，工程设计应充分吸收制造工厂的意见，在设计阶段对装焊定位、夹紧分析及优化，能有效的降低产品的制造风险，节省时间并降低成本。

3.5.3车身密封降噪结构设计

在车身被动降噪的过程中借助先进声场和声强的检测仪器, 完成主噪音源的定位分析。有效地消减主噪音传播,从而降低驾驶室的噪音。

3.5.4车身运动件的几何运动学分析

在设计初期借助三维软件对运动机构进行运动仿真分析，可有效检查运动中的死点和干涉，保证运动机构布置合理。

3.5.5车身附件设计

不仅具备自主开发能力，而且可以与供应商紧密合作，联合开发符合技术要求的车身附件产品。

3.6底盘工程设计

3.6.1底盘总布置

底盘工程设计的内容就是对底盘的四大系统进行详细的设计，包括：传动系统设计、行驶系统设计、转向系统设计以及制动系统设计。主要工作包括:

* 对各个系统零部件进行包括尺寸、结构、工艺、功能以及参数等方面的定义。 * 根据定义进行结构设计以及计算，完成三维数模。

* 零部件样件试验。

* 完成设计图和装配图。

其中传动系统的主要设计内容为离合器、变速器、驱动桥；行驶系统的主要设计内容为悬架设计；转向系统的主要设计内容为转向器以及转向传动机构的设计；制动系统的设计内容包括制动器以及ABS的设计。

3.6.2传动系统设计

经过深入分析，选配性价比高的离合器、变速器、分动器、驱动桥；可与供应商联合设计开发满足要求的各总成；通过前期NVH分析有效控制传动系统振动与可靠性。

3.6.3悬架系统（行驶系统）设计

兼顾舒适性、行驶平顺性、操纵稳定性等设计出具有领先水平的独立悬架和非独立悬架，解决现有车型悬架存在的问题。并根据要求和标准选择恰当型号的轮胎。

3.6.4转向系统设计

进行内外转向轮的转角关系分析、梯形运动分析、车轮跳动分析、车轮跳动转向分析、转向系统可靠性分析等。

3.6.5转向系统设计

在著名制动专家的亲自参与和指导下编制的制动性能分析计算程序，以变制动力为基础，使得计算条件更接近实际工况，可以在短时间内提出符合法规的制动力分配方案。

3.7内外饰工程设计

汽车内外饰包括汽车外装件以及内饰件，因其安装在车身本体上也称为车身附属设备。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。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。

内外饰部门，可针对客户的不同要求和概念设计的规划，依据客户的生产纲领，对客户的各种车型内外饰部件进行工程设计。也可采用逆向设计理念，将内外饰零件和周边钣金零件复原成3D模型。以3D模型为参考，在不改变与周边零件配合的前提下，按客户要求进行匹配设计和改进设计。

3.8电器工程设计

电器设计部为新开发车型进行电气系统匹配设计，对现有系统进行改进设计，设计涵盖轿车、货车、客车、越野车、多功能车乃至牵引车、电动车。主要包括：

* 整车电器安全性和使用性计算、校核及优化。

* 整车及分系统电器原理图设计。

* CAN总线系统设计和开发。

* 系列电子控制模块的设计和开发（EBTC、ATS、ACE、APS、BLIS等）。

* 电器零部件设计和开发。

* 三维线束布置及二维线束图设计。

* 照明系统设计和开发。

* 防盗系统设计和开发。

* 车载信息集成系统设计和开发。

* 车载娱乐系统设计和开发。

* 展览样车电器系统设计、制造及安装调试。

* 电器零部件失效分析及解决方案。

3.9 CAE模拟与分析

在汽车设计的各个阶段，借助计算机辅助工程（CAE）分析手段对工程设计进行虚拟验证和分析，从而大大减少了汽车研发的成本和周期。主要对整车和零部件的结构动力学进行分析。

3.9.1零部件的强度分析

考核各结构件是否满足强度的要求，并进行基于强度约束的结构优化。

3.9.2零部件的刚度分析

分析零部件的结构刚度，并进行基于刚度约束的结构优化。如分析白车身的弯曲刚度和扭转刚度，按照行业标准进行车身刚度的评价。

3.9.3整车模态分析

通过模态分析方法分析出结构在某一易受影响的频率范围内的各阶模态特性，预测结构

在此频率范围内的实际振动响应

3.9.4响应分析

在带内饰的整车环境下，分析方向盘、座椅、地板和顶篷以及其他设计所关心的结构的振动情况。

3.9.5整车被动安全性分析

车辆被动安全性分析用于模拟汽车的正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞、动态翻滚等事故情况，对车辆结构的耐撞性及其乘员约束系统的有效性进行分析，并对车辆的被动安全法规符合性给予评价，从而有效提高车辆设计的安全性，同时大幅减少实车试验的庞大支出。

3.9.6复杂钣金件冲压成型过程分析

通过在计算机上模拟板料变形的全过程，分析材料的流动、厚度的变化、破坏、起皱、回弹，以及残余应力和应变，从而判断产品设计和冲压工艺方案的合理性，并对修模过程中提供直观形象的指导。其应用可以贯穿产品和模具开发的全过程。每次模拟就相当于一次试模过程。在冲压成型过程中应用CAE模拟技术，可以显著地减少试模次数，缩短新产品开发周期，并降低开发成本。

3.9.7复杂塑料件注塑成型过程分析

塑料件注塑成型CAE分析技术可以应用于三组不同的生产过程：制品设计、模具设计、注塑成形。CAE技术是塑料产品开发、模具设计及产品加工中有效辅助工具。

通过塑料件注塑成型CAE分析可以进行填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、收缩等分析。预测可能存在的气泡位置和熔接痕位置, 确定最佳浇口位置和数目。在模具加工之前, 首先在计算机上对整个注塑成形过程进行模拟分析, 为模具设计人员进行模具设计提供依据，发现可能出现的缺陷, 可以提高一次试模的成功率, 有效降低生产成本, 缩短试制周期。 经过以上各个总成系统的设计，工程设计阶段完成，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以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。

4. 样车试验阶段

工程设计阶段完成以后进入样车试制和试验阶段，样车的试制由试制部门负责，他们根据工程设计的数据，根据试验需要制作各种试验样车。

4.1试验样车

试验样车包括概念样车和工程样车。

制作概念样车，其目的在于验证产品概念，是概念设计的实物结果。概念样车也包含在产品开发早期用以验证结构和功能的可行性，同时为后续工作提供必要的信息输入。区别于量产车，概念样车通常在没有充分的实物零件及工程信息的条件下，由手工制作完成，制作过程中会使用大量的“模型”零件。

工程样车，是用以进行整车和系统工程设计验证、耐久性和碰撞验证，采用硬工装和软工装制造的钣金件装配的样车。制作工程样车的目的在于：（1）验证工程设计；（2）验证工艺可行性；（3）验证供应商的开发结果；（4）系统开发与验证；（5）设计改进；（6）风险评估；（7）可靠性验证。制造工程样车要求所使用的每一零件必须达到图纸的尺寸和性能要求。

4.2样车试验

样车的试验包括两个方面：性能试验和可靠性试验。性能试验，其目的是验证设计阶段各个总成以及零部件经过装配后能否达到设计要求，及时发现问题，做出设计修改完善设计方案。可靠性试验的目的是验证汽车的强度以及耐久性。试验应根据国家制定的有关标准逐项进行，不同车型有不同的试验标准。根据试制、试验的结果进行分析总结，对出现的各种问题进行改进设计，再进行第二轮试制和试验，直至产品定型。

汽车的试验形式主要有试验场测试、道路测试、风洞试验、碰撞试验等。各个汽车企业都有自己的试验场，试验场的不同路段分别模拟不同路况，有沙石路、雨水路、搓板路、爬坡路等等。

道路测试是样车试验最重要的部分。通常要在各种不同的区域环境中进行，在我国北到黑龙江南到海南岛都有进行道路测试，以测定在不同气候条件下车辆的行驶性能以及可靠性。 风洞试验主要是为了测试汽车的空气动力学性能，获取风阻系数，积累空气动力学数据。一般要对汽车正面和侧面的风阻进行测定，正面的试验用于计算正面风阻系数和提升力，侧面试验主要是考察测向风对汽车行驶的影响。国外大的汽车生产厂家有自己的风洞试验室，由于造价非常昂贵的原因国内尚没有专门的汽车风洞试验室。

碰撞试验的作用是测试汽车结构的强度，通过各种传感器获得各个部分发生碰撞时的数据，考察碰撞发生时对车内假人造成的伤害情况。通过碰撞试验可以发现汽车安全上的问题，有针对性的对车身结构进行加强设计。碰撞试验主要包括正面碰撞、侧面碰撞以及追尾碰撞。 试验阶段完成以后，新车型的性能得到确认，产品定型。

5. 投产启动阶段

投产启动阶段的主要任务是进行投产前的准备工作，包括制定生产流程链，各种生产设备到位、生产线铺设等等。在试验阶段就同步进行的投产准备工作包括，模具的开发和各种检具的制造。投产启动阶段大约需要半年左右的时间，在此期间要反复的完善冲压、焊装、涂装以及总装生产线，在确保生产流程和样车性能的条件下，开始小批量生产进一步验证产品的可靠性，确保小批量生产3个月产品无重大问题的情况下，正式启动量产。