基于需求分析的商用車組合儀表平臺(tái)化設(shè)計(jì)

冷德龍，孫連明，蘇朋軍

（中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)總院，吉林 長(zhǎng)春 130011）

在主機(jī)廠，一款新商用車車型開發(fā)完成，隨著首發(fā)車發(fā)布，之后會(huì)設(shè)計(jì)一系列不同應(yīng)用類型車型，特別是中重型商用車。這些車型除了配置不相同外，在其他方面也有很大差異，比如不同的應(yīng)用類型、應(yīng)用國(guó)家、應(yīng)用環(huán)境、燃料類型等，如圖1所示。伴隨著整車車型近十年的生命周期過程，會(huì)出現(xiàn)多種年型車、升級(jí)款、領(lǐng)航版等。

圖1 商用車車型差異示意

在整個(gè)生命周期過程中，為了避免零部件種類繁冗、生產(chǎn)線利用率低、開發(fā)周期長(zhǎng)、投入大等問題［1］，對(duì)整車零部件的前期設(shè)計(jì)要求極高。其中，組合儀表作為駕駛員獲取汽車狀態(tài)、外界環(huán)境信息的重要窗口［2］，為提高其拓展性與適用的多樣性，設(shè)計(jì)一款平臺(tái)性的儀表產(chǎn)品，影響設(shè)計(jì)的因素不僅表現(xiàn)在因不同造型導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)差異［3］，更重要的是因整車配置的多樣化產(chǎn)生對(duì)組合儀表功能需求的不同和電氣接口需求的差異等，所以需要先進(jìn)行組合儀表需求分析。根據(jù)需求梳理出參數(shù)變量，在組合儀表平臺(tái)化設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)理念就體現(xiàn)在參數(shù)變量的可配置，具體包括供應(yīng)商生產(chǎn)層面的配置、主機(jī)廠設(shè)計(jì)層面的配置、整車生產(chǎn)層面的配置、銷售用戶層面的配置。

1 需求分析

進(jìn)行組合儀表需求分析，主要從項(xiàng)目需求、關(guān)聯(lián)需求、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、競(jìng)品對(duì)標(biāo)、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)5方面展開。首先，項(xiàng)目需求是整車車型定位、整車關(guān)鍵參數(shù)、應(yīng)用國(guó)家地區(qū)、整車配置、用戶需求、銷售策略等在組合儀表設(shè)計(jì)上的體現(xiàn)。關(guān)聯(lián)需求是指為滿足整車配置，其他控制器、零部件、對(duì)手件等對(duì)組合儀表的需求，主要包括聲/光相關(guān)的顯示、硬線/總線信號(hào)輸出、供電需求等3方面。法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)則要求組合儀表設(shè)計(jì)過程中要參照國(guó)內(nèi)外國(guó)家法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，主要包括ISO、ECE、JS、GB、GB/T、QC、QC/T、HJ、JA(FAW企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))等相關(guān)法規(guī)文件。競(jìng)品對(duì)標(biāo)主要是從外形尺寸、安裝固定、顯示功能、實(shí)現(xiàn)方案、界面流轉(zhuǎn)、硬件配置、技術(shù)參數(shù)等角度對(duì)標(biāo)，目的是吸取競(jìng)品車型的優(yōu)勢(shì)、規(guī)避其弊端，同時(shí)要有自己的加分項(xiàng)目，體現(xiàn)車型定位。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)要體現(xiàn)組合儀表行業(yè)的發(fā)展方向，從外觀、功能、人機(jī)、方案、硬件、主芯片、接口等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并具有較好的功能拓展性和平臺(tái)適應(yīng)性，比如以太網(wǎng)、3D地圖、視頻顯示、遠(yuǎn)程OTA等。圖2即為進(jìn)行某商用車組合儀表設(shè)計(jì)前所進(jìn)行的需求分析案例。

圖2 商用車組合儀表需求分析

通過需求分析，在滿足整車需求的前提下，掌握組合儀表設(shè)計(jì)的方向，梳理設(shè)計(jì)變量，從平臺(tái)化角度進(jìn)行組合儀表設(shè)計(jì)，以便具有更好的平臺(tái)適應(yīng)性和拓展性。

2 平臺(tái)化設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析結(jié)論，分別從供應(yīng)商層面、設(shè)計(jì)層面、生產(chǎn)線層面、用戶層面進(jìn)行平臺(tái)化設(shè)計(jì)。

2.1 供應(yīng)商層面

供應(yīng)商層面體現(xiàn)的是組合儀表在供應(yīng)商處差異生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的共平臺(tái)產(chǎn)品，通過新增儀表設(shè)計(jì)序號(hào)，來(lái)滿足由于不同車型需求導(dǎo)致表盤顯示信息差異、報(bào)警燈符號(hào)變化、轉(zhuǎn)速區(qū)間不同等影響。比如不同馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速范圍、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間 (綠區(qū))、危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速區(qū)間 (紅區(qū))存在很大差別；整車的燃料類型不同，組合儀表顯示信息有差異，柴油車型一般有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表，而純電動(dòng)車 (EV)則無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表，取而代之為功率表等；這些都必須通過更改儀表的表盤印刷滿足不同的車型需求，燃油通過不同的儀表設(shè)計(jì)序號(hào)加以區(qū)分。圖3為2款不同的儀表表盤，分別是傳統(tǒng)車用儀表和電動(dòng)車用儀表，除了表盤內(nèi)容、刻度、單位不同外，表盤背光也有差別。

圖3 不同燃料車型的組合儀表

2.2 設(shè)計(jì)層面

為滿足更多的車型需求，減少新出儀表數(shù)量，減少對(duì)儀表平臺(tái)的更改，特別是硬件及其接口的更改，需要在前期設(shè)計(jì)層面充分考慮平臺(tái)需求。比如燃料差異，柴油、LNG、CNG燃料剩余量傳感器信號(hào)不同；整車拓?fù)洳町悾嬖趦陕稢AN和一路CAN需求；液制動(dòng)無(wú)制動(dòng)氣壓指示，而氣制動(dòng)需要指示制動(dòng)氣壓；國(guó)IV、國(guó)V需要顯示尿素信息，國(guó)VI還增加了DPF指示信息……；以上均需要平臺(tái)預(yù)留相應(yīng)接口以滿足平臺(tái)適用性。另外一方面，對(duì)于不同柴油車，燃油過低提醒閾值不同；對(duì)于不同傳感器或車型，制動(dòng)氣壓報(bào)警閾值有差異，顯示量程也有所不同；對(duì)于某項(xiàng)功能，如顯示駕駛評(píng)價(jià)信息，是否需要顯示；對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)合的車型，整車配置不同，如有些車型裝備有ECAS、有些車型配有Retarder……；以上需要在設(shè)計(jì)階段定義相應(yīng)的參數(shù)，通過診斷儀設(shè)備在下線刷寫環(huán)節(jié)進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)正確指示。

另外，考慮未來(lái)車型需求以及組合儀表趨勢(shì)發(fā)展，組合儀表需要顯示夜視等視頻信息，LVDS或CVBS視頻接口需要具有拓展的可能；車內(nèi)多個(gè)設(shè)備間交互，高速率的通信，以及其他如OTA、車聯(lián)網(wǎng)的需求，以太網(wǎng)接口需要可以拓展。以上功能不一定要求在當(dāng)前設(shè)計(jì)階段就要實(shí)現(xiàn)，但是要有可拓展的可能，比如主芯片盡量選用PIN對(duì)PIN可升級(jí)，模塊化設(shè)計(jì)，需要時(shí)再焊接元器件等。

通過設(shè)計(jì)階段平臺(tái)化設(shè)計(jì)，制定良好的平臺(tái)方案，為未來(lái)升級(jí)提供更多的可能。

2.3 生產(chǎn)線層面

通過設(shè)計(jì)層面的平臺(tái)化設(shè)計(jì)，產(chǎn)品已經(jīng)具備了平臺(tái)化能力，通過生產(chǎn)線層面將平臺(tái)化發(fā)揮出來(lái)，這里所說的生產(chǎn)線層面主要是診斷儀設(shè)備的使用，即在整車下線時(shí)通過EOL設(shè)備對(duì)組合儀表進(jìn)行下線刷寫，達(dá)到滿足固定車型需求的目的。

下線刷寫在乘用車生產(chǎn)線上應(yīng)用特別普遍，但是對(duì)于商用車來(lái)說，比較有難度。這主要是由于商用車的特性決定的，乘用車新車型推出是以整車廠為主導(dǎo)的，而商用車為滿足各類用戶的需求，新車型基本接近定制化。以組合儀表車速指示為例，圖4為車速信號(hào)路由示意圖。車速指示涉及到零部件有輪胎、驅(qū)動(dòng)橋、變速器、車速傳感器，其中通過查看產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) (PDM)可以看出，各個(gè)零件數(shù)量特別多，如表1所示，這樣因?yàn)檎嚺渲貌煌瑢?dǎo)致組合儀表設(shè)計(jì)序號(hào)也大量增加，并且隨著拓展車型的增加，某些零部件設(shè)計(jì)序號(hào)還在增加，所以無(wú)法像乘用車那樣確定枚舉型參數(shù)的數(shù)量，這也是該章節(jié)要解決的問題所在。

圖4 車速信號(hào)路由示意圖

表1 組合儀表車速信號(hào)關(guān)聯(lián)零部件

解決這一問題的原理，參照?qǐng)D5，包括組合儀表設(shè)計(jì)、關(guān)聯(lián)零部件設(shè)計(jì)、PDM系統(tǒng)維護(hù)、診斷儀設(shè)計(jì)及分類屬性庫(kù)更新4部分。

組合儀表設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要是根據(jù)需求提取分類屬性參數(shù)并完成儀表設(shè)計(jì)。關(guān)聯(lián)零部件環(huán)節(jié)是對(duì)手零部件的配合設(shè)計(jì)更改。PDM系統(tǒng)維護(hù)主要是分類屬性的創(chuàng)建，以輪胎的滾動(dòng)半徑為例，其中，輪胎即為關(guān)聯(lián)零部件，滾動(dòng)半徑即為輪胎的一個(gè)分類屬性，其在PDM系統(tǒng)中表現(xiàn)形式如圖6所示。診斷儀設(shè)計(jì)及分類屬性庫(kù)更新包括整車BOM中所有零部件在分類屬性庫(kù)中參數(shù)及各參數(shù)取值的更新和診斷儀的設(shè)計(jì)更新。

圖5 商用車組合儀表下線刷寫原理框圖

圖6 輪胎分類屬性

這樣通過在生產(chǎn)環(huán)節(jié)建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，診斷設(shè)備同數(shù)據(jù)庫(kù)中BOM和分類屬性參數(shù)通過無(wú)線連接，根據(jù)整車BOM中零部件的設(shè)計(jì)序號(hào)從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取相應(yīng)的分類屬性參數(shù)值，在整車下線階段將相應(yīng)的參數(shù)刷寫到組合儀表中，實(shí)現(xiàn)EOL下線刷寫。以上這一過程均是自動(dòng)完成。

2.4 用戶層面

隨著整車電氣化、智能化的發(fā)展，組合儀表采用新技術(shù)，全液晶或大尺寸液晶屏逐漸被應(yīng)用［4］。越來(lái)越多的功能配置權(quán)限對(duì)用戶開發(fā)，也就是用戶可以根據(jù)自己的需要對(duì)組合儀表乃至整車進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，比如駕駛評(píng)價(jià)功能的開啟與關(guān)閉、報(bào)警信息 (故障碼)的查詢、時(shí)鐘更新模式的設(shè)置等。這些設(shè)計(jì)增加了用戶參與感，提升了用戶的使用體驗(yàn)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就將用戶考慮在內(nèi)，同時(shí)提高了產(chǎn)品的靈活性和平臺(tái)適應(yīng)性。

3 結(jié)論

通過商用車組合儀表需求分析，梳理出設(shè)計(jì)變量的復(fù)雜性。為了實(shí)現(xiàn)儀表設(shè)計(jì)的平臺(tái)化，分別從供應(yīng)商層面、設(shè)計(jì)層面、生產(chǎn)線層面、用戶層面進(jìn)行了考慮，特別是針對(duì)商用車與乘用車的差異，提出了建立動(dòng)態(tài)分類屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)EOL下線刷寫。通過平臺(tái)化設(shè)計(jì)，組合儀表具有良好的平臺(tái)適應(yīng)性和拓展性。該平臺(tái)化方案已經(jīng)在整車生產(chǎn)上得到應(yīng)用。