整车架构开发流程研究

丛 浩Cong Hao

整车架构开发流程研究

丛 浩
Cong Hao

（北京汽车股份有限公司汽车研究院，北京 101300）

大众MQB(Modular Querbaukasten，横置发动机模块化平台)是目前最新的汽车架构开发体系，MQB架构通过带宽变化衍生不同的车型，包括SUV、MPV、轿车等。通过架构的应用，提升模块和零部件的通用化水平，降低研发成本和零部件成本，缩短项目开发周期，实现收益最大化。对于架构开发管控，车企建立整车架构开发流程十分必要，整车架构开发流程阐述了架构开发业务全过程管理，是对整车架构开发过程的规范性描述，是整车架构开发管理活动的依据。

平台；架构；策略；流程

0 引 言

整车架构随先导项目开发，架构、模块同步完成开发和验证。整车架构开发的标准流程规定了整车架构形成的全过程，从架构立项研究到架构发布，旨在明确整车架构开发项目中各相关人员的职责和工作范围，并明确架构开发过程中各里程碑的关系及节点所需提交的交付物，确保整车架构开发正常有序进行。架构开发团队负责架构件的开发和管理，整车项目团队负责非架构件的开发和管理。架构件在不同平台、不同整车项目间可共享，实现零部件通用化，在保证产品差异化竞争力的同时，降低投资费用和零部件成本、缩短开发周期、提升产品质量，实现收益最大化。

借鉴通用、大众整车架构开发经验[1]，建立面向客户需求为主线的开发流程，指导开发团队进行项目策划、业务协同、过程管控和交付管理，统一和规范各业务开发工作，并通过持续优化保持其先进性和适用性。

1 整车架构开发策略研究

1.1 能源规划

在多元化市场需求下，产品规划在架构开发初期尤为重要，首先需要确定整车架构的能源规划。基于市场的需求和企业自身的产品型谱、技术型谱规划，确定新能源架构的类别，如BEV（Electric Vehicle，纯电动汽车）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，插电式混合动力汽车）等。新能源规划对架构的结构以及物理、性能带宽有重要的影响，以大众MQB（Modular Querbaukasten，横置发动机模块化平台）架构为例[2]，MQB架构的能源规划对动力电池的兼容较差，需要基于MQB架构开发MEB（Modular Electrification Toolkit，模块化电气化工具套件）架构；所以规划必须优先确定[3]，其中品牌决定架构车型相应的上车体形式，性能决定架构车型相应的续航里程、安全等要素，尺寸决定架构车型相应的空间、级别等。

1.2 核心零部件规划

基于产品规划，需要进一步确定核心零部件规划。明确动力电池、驱动电机、减速器、高压附件等控制、结构开发策略。

核心零部件是否能自主生产，或者核心供应商是否能给予支持，是支撑新能源架构开发的关键，其中动力电池的设计尤为重要。

1.3 平台选择

目前大多数自主品牌采用以传统燃油车平台为基础进行平台改进，开发新能源车型，大量的更改不可避免地导致在空间、造型及离地间隙方面做出让步。部分企业开发全新的纯电平台，基于纯电平台开发的新能源车型，具备更优的轻量化设计、更大的续航里程、更优的内部空间、更好的NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）体验。

基于公司的能源规划、性能规划、品牌规划、技术前瞻性规划、技术型谱等，选择架构策略及平台开发模式[4-5]。

2 整车架构开发流程研究

2.1 架构开发启动

根据公司战略和技术型谱规划，将产品需求集成为架构开发需求，对架构进行初步概念分析，识别潜在的机遇和竞争力，明确架构开发的必要性和可行性，完成架构框架初始化工作，批准正式启动架构开发。

2.1.1 建立架构开发组织机构

设计开发过程中，工程团队及市场的需求会存在矛盾点，这时需要建立功能块，进行架构设计的平衡，并统筹考虑各方需求。功能块可以是机构（产品中心）或者TFT(Task Force Team ，专责小组)工作组，是在工程和市场之间的中立角色，完成各架构方案的取舍，确定架构开发策略。通过市场及工程团队确定的开发目标，基于多维度评价方法，确定每个目标销售区域市场和产品关键要素的优先级，明确架构下产品的定位，平衡架构开发矛盾，确定架构开发框架。组织机构框架示例如图1所示。

2.1.2 明确架构定义及目标

架构框架明确后，需要确定整车架构初始定义，制定架构的初始范围及工程策略。架构开发初期主要工作是型谱和产品规划，这部分工作由战略规划、市场部和商品企划部承担。随着架构的开发，团队层级逐渐上升，人员范围逐渐扩大。在这个阶段工程部门需要明确法规策略、动力总成策略、初步的竞品对标策略、性能定位策略、产品开发经验教训等，确定架构开发定义。

图1 架构开发组织机构

策略目标的确定主要途径是对标，但对标的信息不足以支撑最终的策略确定，所以在架构开发前期要组织几轮试乘试驾，参加的人员主要是公司高层和领域专家，明确架构的策略及架构方向，确定主观性能开发策略。

主观性能定位明确后，工程开发团队根据架构竞品的定义，进行有针对性的竞品车拆解和分析，以支持架构目标定义。通过拆解分析，确定架构的载荷路径、截面、沿用关系、设计理念等。这部分工作，需要有经验的专业团队和专家主持，需要大量底盘调教、底盘设计、CAE仿真分析、道路测试和主观评价人员。

2.2 确定架构策略

根据设定的架构开发方向，对架构方案进行初步平衡，完成初版架构方案。同时批准架构性能定义，明确架构的策略意图和开发目标，发布初版架构开发策略[6]。

2.2.1 制定架构工程策略

确定架构定义及目标后，需要制定详细的工程策略，大致分4个方面：

第一，在架构开发初期确定初步的战略尺寸带宽，在架构开发初期不可能确定细节尺寸，因此需要制定战略尺寸，对应规划型谱的带宽范围，工程团队通过架构断面完成战略尺寸分析；

第二，对架构内模块进行初步的参数定义，以及关键子系统模块设计策略的规划；

第三，对特殊车型，如MPV，需要在架构初期单独设计第3排座椅、平地板、后地板等主要架构方案；

第四，对物理及性能的定位分析，基于现有资源和可获取资源完成数据分析，初步建立解决方案数据库。

2.2.2 制定架构型谱

工程策略确定的过程中，架构型谱策略是重点，架构型谱根据架构的4个主要特质来设计。包含发动机的布置位置及驱动形式、轴距及轮距等关键尺寸带宽、车身承载形式、上车体设计理念及地板高度。

根据战略规划，结合架构分析结果优化技术型谱，市场再通过技术型谱提出更详细的产品规划，确定车辆级别定义、架构尺寸。

架构车型承载级别的决定因素，是架构的特性而不是车辆的级别或者某一车辆的工程分析结果，比如虽然有些车型属于C级车，但是由B级架构承载设计，这是综合考虑了性能、成本、制造等方面的因素。

2.2.3 架构断面

架构断面设计是架构开发前期架构尺寸的主要体现方式，是物理带宽的控制方法。架构断面体现了各架构件的布置方案，基本确定局部区域带宽。

架构断面主要目的是控制关键尺寸及子系统布置方案，包含架构件的接口设计、子系统的概念设计、性能设计、造型设计等。

2.2.4 尺寸带宽

架构尺寸通过战略尺寸、重要尺寸、细节尺寸逐步细化出来，工程策略确定的过程中，战略尺寸带宽是重要指标。

首先整车架构型谱规划确定了车型矩阵，车型矩阵和市场定位确定了架构内外部尺寸目标，基于工程分析，确定架构的尺寸带宽也就是战略尺寸。

根据战略带宽，可以初步分析架构尺寸的工程可行性，以及架构尺寸对造型的支持度和造型方向的选择。

2.2.5 性能带宽

架构开发策略确定后，需要进行性能带宽分析，确定架构模块的集成状态。基于架构尺寸及性能的约束确定架构零部件的选型，此阶段各模块已有初步的分析过程数据，可以进行相应的评估。

架构拓扑路径设计是确定性能带宽的重点，架构拓扑路径开发是模块开发的基础，需要在架构开发初期明确设计目标，确定性能级别并预留架构空间。比如小偏置碰撞、扭转刚度、NVH、车身空腔结构、底盘硬点规划、安全策略、车身能量管理策略、车身力的传递路径、载荷过渡区结构、稳定区域、侧碰、溃缩空间等。

2.2.6 制造策略

架构开发策略确定后，需要确定制造策略、制造基地的规划，要明确到架构方案内，其中带宽的设计关系到生产线匹配，需要详细论证。虽然MQB架构是模块化设计策略，但车型本身之间差异比较大，尺寸柔性区间也比较大，MQB架构的制造策略是安装工艺共用的生产架构，不局限于某一个工厂。对于产销量相对较少的国内车企，建议以生产基地为基础，制定相应的制造策略。

2.3 架构方案批准

根据初版架构开发策略完成工程方案论证，批准并发布终版架构策略及附属方案，同时发布架构件TG0（Time Goal 0，概念时间节点）数据，与架构主导的整车先导项目并行开发。

此阶段主要工作是衍生车型的具体细化分析与论证。在这个节点需要批准整车拓扑结构方案、技术型谱、系统零部件架构解决方案、架构衍生策略方案、架构成本策略等。

需要特别注意全球车型的概念，全球车企通过架构策略调整工程方案，决策全球车型及国内市场的差异化设计。如果主机厂有海外车型同步开发计划，全球车架构需要提前考虑。

2.4 架构发布

发布最终版架构开发策略及方案后，完成架构开发收尾工作。此节点根据先导项目验证情况，通过虚拟分析及试验论证，完善架构件设计，发布架构件TG1（Time Goal 1，造型时间节点）数据，确认架构完成开发，对架构开发回顾总结。

3 项目开发与架构开发的关系研究

3.1 项目管理与架构管理的关系

所有的项目开发都要在架构团队框架下进行。架构件需要架构团队进行管控，项目团队更偏重于上车体和内外饰的管控。

架构开发的零部件大部分具有长周期性，需要尽早确定，而上车体和内外饰开发周期相对较短。架构管理是多车型、跨车型的开发管理，项目管理主要是单一车型的管理，项目管理需要在架构框架下开展工作。架构管理需要实现最优的成本控制，因此有些车型需要妥协让步，这就需要项目组的配合。

3.2 项目管理与架构管理的组织形式

架构总师指导项目组及专业总工开展工作，架构总师对模块、架构负责，向决策层汇报。

架构开发组织机构，应充分发挥架构管理组织和职能的管理作用，负责架构的研究、规划和开发管理。

3.3 架构开发与项目开发的关系

架构的预留部分是核心，不能轻易变更。如果有新一代架构开发或者大范围的架构更改，需要以架构开发团队为核心，按流程确定架构方案后，以第一台架构车型开发为节点引入项目开发。如果是在已有架构带宽内的小范围修改，直接按项目组形式开发，确定项目目标并进行工程分析。架构开发流程如图2所示。

图2 架构开发流程

4 结 论

整个架构开发过程和项目开发不是先后关系，而是在架构策略节点同步启动项目。技术团队和组织机构需要支持整车架构开发，并且建立子系统专家团队，完成整车架构的开发策略并实施。

架构的开发需要一定的发展性，一个架构的周期是5～8年，需要充分考虑可遇见性的升级，以及架构升级带来的影响，例如底盘系统的电子化、智能座舱、自动驾驶等。

所以工程开发能力是架构开发的基础，国内主机厂需要全面提升研发能力，结合自身特点和资源，制定符合本公司的架构开发策略。

[1]蔡洪明，李跃武，乐志国，等. 汽车平台及通用化研发模式探索[J]. 汽车工程师，2011（1）：15-18.

[2]陈平，余传海，王琪栋，等. 汽车模块化平台战略分析[J]. 汽车工程师，2017（9）：15-17，24.

[3]杜淮林. 浅谈车型架构的规划方法[J]. 上海汽车，2010（5）：28-31.

[4]陈伟泉，陈杨. 基于整车架构的汽车开发技术研究[J]. 北京汽车，2011（5）：31-35.

[5]刘华，吴珩晓，张亚萍，等. 浅析汽车平台演进与模块化战略[J]. 上海汽车，2014（12）：31-40.

[6]陈虹. 上汽自主品牌产品开发的架构策略[J]. 汽车工程，2010（6）：461-465.

2020-08-17

U462

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.06.006

1002-4581（2020）06-0024-04