整車模塊化平臺關(guān)鍵尺寸L113設(shè)定

潘彥成 趙國棟 秦廣義 安鵬 姜顯豐

（一汽奔騰轎車有限公司，長春 130000）

主題詞：L113 平臺化 模塊化 人機工程

1 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)成為了我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車制造業(yè)產(chǎn)值約占經(jīng)濟總量的2%～3%[1]。同時，我國汽車銷量多年位居世界首位，預(yù)計2025年將達到3 500萬輛[2]。

由于汽車產(chǎn)品生命周期的縮短以及技術(shù)創(chuàng)新的加速，使得汽車的設(shè)計成本在總成本中呈現(xiàn)上升趨勢。采取平臺化、模塊化的設(shè)計思路可以有效地解決消費者需求日趨個性化和產(chǎn)品成本日漸升高的2大問題。通過對產(chǎn)品組合進行整合優(yōu)化，提高零部件及模塊的共用，同時提高同平臺下各產(chǎn)品的生產(chǎn)線共用率[3]。在有效降低成本的同時，可以加快新產(chǎn)品推出速度。

2 平臺化、模塊化相關(guān)說明

2.1 策略說明

世界上主要的乘用車生產(chǎn)企業(yè)均已采用平臺戰(zhàn)略，各家平臺策略均有不同。例如：大眾汽車的模塊化平臺（Modularer Querbaukasten，MQB），整合了原有的產(chǎn)品平臺—PQ2、PQ3及PQ4系列平臺，從而形成一個全新的擴展性更強的統(tǒng)一平臺[4]；豐田汽車的新全球架構(gòu)（Toyota New Global Architecture，TNGA）平臺，新的架構(gòu)平臺重新分為混動、前驅(qū)、后驅(qū)3大類產(chǎn)品平臺[5]；以及日產(chǎn)的通用模塊化譜系（Common Module Family，CMF）平臺[6]。

“模塊化平臺”策略重點在于跨車型和跨細分產(chǎn)品，即每種平臺可應(yīng)對Sedan、SUV、MPV等多種車型，以及滿足2個以上細分車型區(qū)隔的要求。

如圖1 所示，此策略的核心是保證前輪心到前圍板的距離是不變的。在此基礎(chǔ)上，前懸、前輪距、后輪距、軸距、后座椅至后輪心、后懸均是可以調(diào)整的，來滿足拓展不同車型的需求。目的是可以實現(xiàn)發(fā)動機、變速箱、前懸架、空調(diào)三廂、踏板模塊位置標準化，提高零部件的通用化率，并實現(xiàn)不同車型的共線生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率、削減成本。

圖1 平臺化、模塊化策略

2.2 關(guān)鍵尺寸L113

L113，即前輪心到加速踏板踏點水平方向的距離[7]。圖2為全球范圍內(nèi)部分在售的150余款車型L113尺寸與軸距對應(yīng)關(guān)系。包含兩廂車、三廂車、SUV 等車型，車型尺寸涵蓋從A0～C 級各個區(qū)間。可以直觀的看出，各大車企的L113 尺寸涵蓋范圍區(qū)間為200～750 mm，其中，大部分集中在350～500 mm之間。

圖2 部分在售車型L113尺寸分布

作為平臺化、模塊化的關(guān)鍵尺寸，設(shè)定時主要需要考慮動力總成、底盤懸架、空調(diào)三廂、踏板總成模塊的最大化通用；同時，作為人機關(guān)鍵尺寸，限定前排人體相對于整車的長度方向的位置，需要保證乘員空間的利用率。

通過將L113 尺寸進行詳細分解，形成尺寸鏈，分為機艙部分及人機部分，如圖3所示。

圖3 L113尺寸鏈

機艙部分尺寸主要包括發(fā)動機至前圍板、變速箱至助力器、變速箱至轉(zhuǎn)向機、變速箱至副車架等。主要限制因素為動力總成尺寸、驅(qū)動軸角度、懸架硬點；人機部分尺寸主要包括踏板尺寸、踏板臂至前圍板金間隙，主要限制因素為踏板臂尺寸、離合踏板、制動踏板、加速踏板之間段差關(guān)系，以及歇腳踏板與人體踵點距離。

3 L113設(shè)定考慮因素

3.1 機艙部分

根據(jù)尺寸鏈分析，機艙部分關(guān)鍵在于確定輪心至前圍板之間的尺寸。而這部分尺寸主要受2 部分影響：

（1）動力總成布置

（2）輪胎尺寸帶寬

3.1.1 動力總成布置

動力總成布置對L113 尺寸設(shè)定的影響主要體現(xiàn)在動力總成的尺寸、動力總成的安裝傾角、驅(qū)動軸夾角方面。

平臺策劃初期，需要驗證平臺車型規(guī)劃的所有動力總成布置可行性。在滿足總體布置要求后，確定前圍板的位置。同時，各動力總成布置過程中，需要統(tǒng)籌考慮機艙布局，盡量保持各動力總成類型布局的一致性，能夠提高動力總成附件的通用性，如圖4所示。

圖4 機艙布局示意

將機艙布局按照部件功能進行分區(qū)。對于機艙內(nèi)類似于洗滌液罐這種與其它系統(tǒng)無關(guān)聯(lián)的零部件位置，要考慮平臺拓展性，選取對機艙總成替換影響最小的位置。對于機艙內(nèi)類似于空濾器、真空泵受總成影響較大的部件，位置需要提前考慮預(yù)留，提升平臺的總成匹配性。

此外，需要統(tǒng)籌設(shè)定各類型（傳統(tǒng)、混動、新能源等）、排量（低排量、高排量）的動力總成的安裝傾角，保持一致，能夠提高生產(chǎn)線的共用率。

設(shè)定過程為：在動力總成距離前圍板保持足夠的安全間隙（考慮運動間隙及熱害要求），以及總成與轉(zhuǎn)向機、副車架等滿足布置要求的情況下，通過動力總成的輸出軸軸心位置區(qū)域，在滿足驅(qū)動軸夾角范圍時，確定滿足平臺的前輪心X向位置。相關(guān)設(shè)定推薦值如表1所示。

表1 動力總成布置檢查項

通過以上，確定前輪心至前圍板的相對位置。

3.1.2 輪胎尺寸

由于同平臺上的車型跨度較大，對于輪胎選型的種類需求較大。而輪胎尺寸的大小直接影響輪罩鈑金對于乘員艙空間的占用，如圖5所示。

圖5 輪胎包絡(luò)與鈑金位置關(guān)系

輪胎包絡(luò)與輪罩鈑金間隙一般預(yù)留10 mm，輪罩鈑金至歇腳踏板之間，需要考慮地毯、泡棉填充物等，一般預(yù)留10～15 mm。此處尺寸鏈直接影響表現(xiàn)為對歇腳踏板的位置限制，進而影響人機X向的布置位置，從而影響L113設(shè)定。因此，平臺初期需要對輪胎尺寸進行細致分析，避免后續(xù)對輪胎需求變動，影響輪罩鈑金的位置。

3.2 人機部分

人機部分尺寸鏈關(guān)鍵在于確定加速踏板至前圍板之間的尺寸。由于前圍板的位置在機艙部分定義完后便限定了X向位置。因此，人機部分主要就是確定踏點的位置，也就是加速踏板的位置。需要統(tǒng)籌考慮離合、制動、加速踏板以及歇腳踏板的位置關(guān)系，合理的確定加速踏板的位置。

各個踏板的位置設(shè)定主要考慮操作的方便性、安全性以及舒適性。

3.2.1 ABC踏板布置

ABC 踏板，分別指的是加速踏板(Accelerator Pedal)、制動踏板（Brake Pedal）、離合器踏板（Clutch Pedal）。布置時，除了需要考慮單個踏板操縱及運動所需要的空間，也需要考慮駕駛員行駛過程中，腳部轉(zhuǎn)換過程中的舒適性，因此需要重點考慮3踏板之間的段差，以及3踏板與周邊鈑金的間隙。

由于L113尺寸為X向尺寸，設(shè)定時主要考慮X向零部件關(guān)系。因此，此處重點說明ABC 踏板在XZ平面內(nèi)的相對關(guān)系。各部分需要考慮的段差如圖6 所示。

圖6 三踏板段差及推薦范圍

其中，PL52 推薦值范圍為30～45 mm，PL53 推薦范圍為＜15 mm。此外，加速踏板與制動踏板高度差（PL52）是需要考慮加速、制動踏板之間的Y向距離來確定的，要求Y向空間越大，高度差（PL52）越小，以此防止誤操作。

另外，3踏板相對于鈑金的距離同樣影響踏板的位置設(shè)定。各踏板布置時，除了考慮踏板行程中相對于鈑金預(yù)留足夠的安全間隙（一般經(jīng)驗值為15～20 mm）時，還需要考慮踏板踩到底之后鞋底與地毯的間隙。預(yù)留過近時，容易造成硌腳問題，如圖7所示。

圖7 硌腳位置示意

此種情況常見于手動擋車型，離合踏板由于使用頻率過高，出現(xiàn)硌腳情況體驗明顯，容易造成不舒適情況。

3.2.2 歇腳踏板布置

由于汽車行駛過程中，左腳大部分處于休息狀態(tài)（手動擋僅在換擋及剎車過程中使用左腳），因此，在駕駛員側(cè)左下輪罩后方，通常設(shè)計一個斜向的支撐物（一般位于地毯上），稱為歇腳踏板[8]，如圖8所示。

圖8 歇腳踏板位置示意

歇腳踏板布置主要是從舒適性角度進行考慮。人體感知比較明顯的因素為歇腳踏板的角度、長度以及歇腳踏板與踵點X向距離差，如圖9所示。

圖9 歇腳踏板布置示意

此外，基于某車型的正面碰撞假人傷害研究表明：增大歇腳踏板的角度，可在一定程度上降低駕駛員左側(cè)小腿的軸向力和Y向轉(zhuǎn)矩，從而降低小腿傷害[9]。

綜合以上因素考慮，歇腳踏板的角度設(shè)定按照與加速踏板踩下1/3 的平面保持一致；長度推薦范圍為≥240 mm；歇腳踏板中線與踵點平面交點在踵點±20 mm內(nèi)。

3.2.3 方向盤右置車型

以上關(guān)于踏板的布置分析是基于國內(nèi)市場的左舵車型開發(fā)。對于某些有出口到英國、日本等右舵國家的車企，在車型開發(fā)階段需要考慮方向盤右置開發(fā)。

對于右舵車的踏板布置，3 踏板相對關(guān)系與左舵保持一致，相對位置需要進行調(diào)整。如圖10所示。

圖10 右舵車型油門踏板與鈑金關(guān)系

由于方向盤右置時，加速踏板與右側(cè)輪罩鈑金關(guān)系較近，對與踏板的X向位置限制較大，從而對L113的尺寸需求更大。因此，在需要考慮同時開發(fā)左右舵車型時，L113的尺寸設(shè)定需要相對大一點。

4 不同坐姿下L113設(shè)定策略

在前輪心、前圍板、加速踏板的位置基本確定后，L113 尺寸基本設(shè)定完成。但由于平臺兼顧車型的不同，不同車型對應(yīng)的坐高不同，坐高變化時，需要人體姿態(tài)進行調(diào)整。

如圖11 所示，對應(yīng)不同坐高的人體姿態(tài)時，踏平面角度不同，需要加速踏板型面對應(yīng)不同的踏平面進行適應(yīng)性調(diào)整，會帶來踏點的輕微變化，在輪心至前圍板距離保持不變的情況下，L113會隨之變化。

圖11 人體姿態(tài)變化示意

5 結(jié)束語

L113尺寸作為整車的基礎(chǔ)尺寸之一，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，尤其是需要考慮平臺化、模塊化策略時，需要在前期重點論證分析。通過對列舉出的各個維度，需要統(tǒng)籌考慮，識別出平臺所涵蓋的所有車型的相關(guān)需求。避免在平臺開發(fā)后期，某一車型開發(fā)過程中需要重新論證L113 的情況，帶來不必要的成本和周期的影響。