(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海 200438)

0 引言

整车总布置工作是一项贯穿整个车辆开发项目的工作。与开发过程中的前期预研、工程设计、试制生产、试验验证及售后问题反馈等各个阶段均有着密切联系。总布置工作关键在于前期预研及工程设计两个阶段，前期预研要制定整车开发参数目标，工程设计要考虑在实现设计目标的前提下如何在各方面做到最优。

由于总布置工作周期较长，涉及面较广，本文主要从前期预研阶段通过性指标的制定及工程设计阶段前舱布置两个方面来介绍。

1 通过性指标的制定

车辆通过性(越野性)是指车辆能以足够高的平均车速通过各种路况、无路地带及爬越各种障碍的能力[1]。通过性设计目的是保证车辆通过各种不同道路时主要功能件没有损坏，是衡量车辆设计是否合格的重要标准之一。汽车的通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数，影响车辆通过性的几何参数指标包括最小离地间隙、接近角、离去角、纵向通过角及最小转弯半径等。

图1 通过性几何参数示意图[2]

1.1 最小离地间隙

本次研究的车型为皮卡，需重点考虑非标准路面的通过性，需要设计一条符合最小离地间隙的地平线。为了满足这项要求，需要考虑车辆的俯冲姿态、最低压缩位置姿态及加速姿态。俯冲姿态(车辆抗点头能力)时车辆重心前移，前悬架处于最低压缩位置，后车轮处于回弹位置，结合轮胎压缩量及回弹量做出俯冲姿态限制边界。在最低压缩位置姿态时，前后悬架处于最低压缩位置，同时要考虑前后轮胎负荷导致轮胎的半径要比静态负荷半径小，通过理论计算最终得出处于该姿态时的限制边界。在加速姿态时，后悬架压缩到极限位置，前车轮处于回弹位置，通过质心偏移计算出轮胎压缩量，从而得出该姿态的限制边界，如图2所示。由于非标准路面在中国的道路占比很高，经过长期的实践总结并通过皮卡市场对标研究，最终确定了该车型的最小离地间隙。

图2 某皮卡最小离地间隙

图3 竞品车型最小离地间隙

1.2 接近角、离去角、纵向通过角和最小转弯半径

在符合最小离地间隙的基础上，通过竞品车辆对比及路试，采集非标准路面信息，制定接近角、离去角及纵向通过角设计目标，见图3～图5。

图4 通过性设计

图5 通过性参数对比

经大量同类车型对比并结合该车型悬架参数及尺寸定义，最终锁定了该车型轴距及最小转弯半径。

2 前舱布置

2.1 确定前舱空间

前舱是指前围板到前防撞横梁之间的空间，根据发动机的长度及碰撞对前舱溃缩空间的要求来决定前舱大小。

碰撞吸能要求在碰撞力传递路径中应尽量缩短硬质零件叠加尺寸，以免前舱零件冲击到驾驶室导致乘员受伤。整车在车速50 km/h正面刚性强碰撞[3]工况中，车身加速度是造成碰撞伤害的关键因素，碰撞伤害程度与有效加速度大小呈正比。根据统计结果，按照新车评价规程(NCAP)开发过程中，整车在车速50 km/h时，正面刚性强碰撞工况需要达到90%性能要求才能达到五星安全要求，对应有效加速度指标要小于25 g。根据匀减速公式，并考虑实际整车开发过程中有效加速度效率可实现的上限为85%，实际实现NCAP五星需要的运动空间为460 mm。整车碰撞过程的运动空间包含前舱溃缩空间和乘员舱倾入量。对于NCAP五星级车体结构允许的乘员舱倾入量为50 mm，车身前舱需要的溃缩空间为410 mm。

冷却模块的布置对碰撞溃缩空间存在一定影响，通过理论计算及模拟分析，最终确定该车型采用电子风扇，并且采用中冷器、冷凝器和散热器(冷却模块)逐次排布方案。根据冷却模块自身结构强度受力溃缩特性得出冷却模块本身厚度的70%作为可溃缩区域，散热风扇电机部分作为不可溃缩区，故整个前舱至少所需要的横向长度为410 mm。

结合该车型选择冷却模块尺寸及发动机长度，综合考虑各项误差，溃缩空间加大10%，最终得出整个前舱在横向上所需要的最小尺寸。

2.2 动力总成布置

经过多种动力总成组合方式的布置分析，该车型动力总成选定为1款柴油机匹配6AT、6MT及5MT变速器，后驱及四驱同步开发，覆盖中低端到中高端皮卡细分市场。

动力总成的布置是整个发动机舱布置的核心内容，动力总成的布置方式和位置基本上确定了其他主要系统的布置位置。只有合适地布置了动力总成，才能对其他的系统进行布置，否则会造成其他系统布置工作的重复。

在布置动力总成前，需要考虑安全、热管理、噪声-振动-平顺性(NVH)、售后维修及布置空间等影响动力总成的主要因素。该车型开发时已经考虑行人主动保护[4]，经过竞品车辆对比、模拟计算并结合工程开发经验，要求发动机舱盖外表面在儿童头部碰撞区域内与机舱里高硬度零件间距不得小于110 mm(头部碰撞方向)，在成人头部碰撞区域内不小于100 mm，这就要求发动机高度尽可能低。而通过性要求限制了前桥高度下部边界位置，从而限制了发动机底部高度。

为提升传动平顺性，降低传动系统对NVH性能影响，需减小各传动轴间的夹角以及传动当量夹角，结合前、后桥位置、动力传动链长度及分动器允许倾斜角度范围，建立整个传动系统模型。同时，考虑发动机自身的工作姿态要求，即发动机布置时满足倾斜角及整车爬坡性能要求，经过多次反复优化调整，最终锁定发动机侧倾角，如图6所示。

图6 传动系统模型示意图

为了既满足行人保护要求又保证通过性需要，并兼顾NVH性能要求，经过多次反复优化调整，最后锁定发动机位置并确定在不影响驾驶员下，视野的前提下部分抬高机舱盖造型，如图7所示。

图7 前舱关键截面示意

2.3 确定前悬长度

前保险杠外蒙皮到前轮心横向尺寸为前悬。针对该款皮卡而言，驾驶室空间越大，舒适性越高，货箱尺寸越大则运载能力越强。在满足运载能力前提下，控制前悬长度与加大驾驶室空间成为汽车设计的矛盾点。根据前舱空间及接近角限制要求，确定前围板横向位置成了关键控制因素。

主要竞品车型中，不符合五星安全碰撞要求车辆前悬一般在900 mm左右。该皮卡前期定义必须满足五星安全碰撞要求，且符合行人保护要求，前期制定前悬长度目标为930 mm。根据该车辆碰撞受力传递及法规要求，在前保险杠距离地面470～510 mm之间，限定了前保险杠外蒙皮到前围板的长度，根据关键断面，通过仪表盘(IP)内部结构调整，最终确定了前围板横向控制位置，最终锁定了前悬长度。

图8 前悬长度参数对比

3 总结

本文主要通过车辆通过性参数的设定和前舱布置两个方面来介绍总布置设计工作。

通过性参数设定时要根据所开发车辆的使用工况、悬架参数及竞品车辆状况来制定合理的各项参数。考虑碰撞安全性需求，前舱布置时需预留出足够的溃缩空间来吸收碰撞时对人体伤害的冲击。为提升NVH性能，尽可能减小传动轴之间的夹角，结合驾驶空间需求确定前围板位置，从而设定前悬尺寸。前舱布置时还需兼顾热管理、装配工艺、售后维修等一系列要求。

本文所阐述的内容为整车总布置设计中的重要组成部分，总结的设计方法可为相关研究提供理论依据。