汽车研发的过程和工艺

张先生

　　以前有个朋友问过我，国内的很多车型都是抄袭的，为什么还需要那么多研发人员，研发过程为什么还需要那么多时间？在此向各位车友讲述国内一个车企造车的故事，然后你就会明白，造车真不是很简单的。

　　想当年这家企业刚进入汽车业，就夸下了“2010年做到中国第一，2015年做到世界第一”的“豪言壮语”。于是举全公司之力，完全自主设计了一款车型，样品完成后，广邀其全国经销商对这款车进行评价，99%的经销商都太“震惊”了，这车也能卖，他们对这款车没有点滴信息？好在这家公司做出了很英明的决定，没有把此款车型投向市场。

　　很快这几公司认识到模仿是必须经历的过程,从copy 到change再到design，这也是日韩汽车走过的过程。此后，此公司做出了一个战略选择，他们开始了大力copy工作，copy的车型从A00级车到C级车，从MPV到SUV一共十几款车，而且这么多车型的研发工作基本上都是同时进行的，并再次提出了一年研发3—4款车型的“豪言壮语”。但是他们没有认识到copy并不是那么简单，同样copy也需要积累的。当他们把他们copy的第一款车拿到车展的时候，业内的人都笑了，太粗糙了吧？这个车型只会把自己的品牌永远的毁掉。但是这款车连模具都开了，继续向市场推广，还是废掉重来？这可是好几亿。这个时候，这家企业真正意识到“模仿也不是个简单的活”，他们立即停止了对奔驰等车型的仿制工作，全部精力投入到一款A级车的研发中来，他们用几个亿RMB和三年的时间，买了一个重要的教训。

　　给大家讲述这个故事的目的是说明：汽车研发是一个很复杂的系统工程，甚至需要上千人花费几年的时间才能完成；一款汽车从研发到投入市场一般都需要5年左右的时间。不过随着技术的不断进步，研发的周期也在缩短，当然，我们说的是正向设计，事实上很多国内的厂家都是逆向设计，但即使是逆向设计同样也需要很多的时间。我们可以仿制别人的外观，但是我们无法仿制别人的工艺，我们依然需要进行大量的机构分析、材料分析、力学分析等，依然需要去试制、测试、检测等等，这些研发的过程是无法省略的。

　　不同的汽车企业其汽车的研发流程略有不同，下面讲述的是正向开发的一般研发流程：

　　一．市场调研阶段

　　一个全新车型的开发需要几亿甚至十几亿的大量资金投入，如果不经过很细致的市场调研可能就会“打水漂”了；现在国内有专门的市场调研公司，汽车公司会委托他们对国内消费者的需求、喜好、习惯等做出调研，明确车型形式和市场目标，即价格策略，很多车型的失败都是因为市场调研没有做好。譬如：当年雪铁龙固执的在中国推广两厢车，而忽视了国人对“三厢”的情有独钟，致使两厢车进入中国市场太早，失去了占领市场的机会。

　　二．概念设计阶段

　　概念设计主要分三个阶段：总体布置、造型设计、制作油泥模型。

　　1．总体布置（草图）

　　总布设计是汽车的总体设计方案，包括：车厢及驾驶室的布置，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．造型设计 （手绘草图）

　　在进行了总体布置草图设计以后，就可以在其确定的基本尺寸的上进行造型设计了。包括外形和内饰设计两部分。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，设计师通过大量的设计草图来尽可能多的提出新的创意。这个车到底是简洁、还是稳重、是复古、还是动感都是在此确定的。

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　　当然，如果是逆向设计，则就不需要这个过程了，把别人的车型直接进行点阵扫描，然后在计算机中进行造型勾画就行了。

　　3. 制作油泥模型

　　随着计算机的应用，草图绘制完成后，可以用使用各种绘图软件制作三维电脑数据模型（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，然后进行1：5的油泥模型制作。

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　　完成小比例油泥模型制作后，进行评审，综合考虑各种因素：美学、工艺、结构等，OK后进行1:1的油泥模型制作。

　　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3个月左右的时间，现在随着技术的进步，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，这种方法制作一个模型只需要1个月甚至更少的时间。

　　三、工程设计阶段 （数模构建）

　　在完成造型设计后，开始进入工程设计阶段，工程设计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。

　　工程设计阶段主要包括以下几个方面：

　　1. 总布置设计

　　在前面的总布置草图上，进行细化，精确各部件的尺寸和位置。确定各部件的详细结构、特征参数及质量要求。包括：发动机舱、底盘、内饰、外饰及汽车电器等布置图。

　　2． 车身造型数据

　　在油泥模型完成后，使用三维测量仪器对油泥模型进行测量，测量生成的数据称为点云，工程师根据点云使用曲线软件比如Catia、UG imageware等来构建汽车产品的外形。

　　“模仿”的车型则是，把别人的产品直接进行三维测量，形成“点云”数据，然后根据点云进行汽车产品的外形。

　　“点云”数据（一些零乱的点）：

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　　根据“点云”进行曲面构建：

　　3．发动机工程设计

　　一般新车型的开发都会选用原有成熟的发动机动力总成，然后针对新车型的特点及要求，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。

　　4．白车身工程设计

　　白车身的设计工作是在车身造型结构基础上进行的，所谓的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过涂装的车身本体。白车身是保证整车强度的封闭结构。譬如；我们经常提及的丰田“GOA”车身。

　　这些部件依然使用三维数模软件来见构建，譬如UG、CATIA等，并进行材料的选择，工艺性分析、焊接、装配等分析。

　　5．底盘工程设计

　　底盘包括：传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统设计。主要工作包括: 尺寸、结构、工艺功能及参数方面的定义、计算，根据计算数据完成三维数模；然后根据三维数模进行模拟试验及零部件的样品的制作；根据三维图完成设计及装配图。

　　6．内外饰工程设计

　　这些部件很多汽车公司不是自己制作，而是由配套生产厂家来做的。

　　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。

　　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。

　　这些部件同样可用“逆向设计”，但是相应的材料分析、结构分析、样品试制等工作还是省不下的。

　　7．电器工程设计

　　电器工程负责全车的所有电器设计，包括雨刮系统、空调系统、各种仪表、整车开关、前后灯光以及车内照明系统。

　　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。

　　四、样车试验阶段

　　工程设计阶段完成以后进入样车试制阶段试验阶段。

　　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，顾名思义，主要是对一些功能性的测试，看其是否符合设计要求；可靠性试验,主要验证汽车的强度及耐久性。汽车的试验形式主要有风洞试验、试验场测试、道路测试、碰撞试验等。

　　1．风洞试验

　　在油泥模型阶段就已进行初步的试验了，这个涉及到空气动力学方面的科学；样品制作好后会作进一步测试！

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　　2．试验场测试

　　很多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。

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　　3．道路测试

　　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。路试是比较复杂的，包括各种条件下的路试（高速路、沙尘路、水泥路、冰雪路等等）。

　　4．碰撞试验

　　碰撞试验主要测试汽车的结构强度，在新车上市前，企业要经过N多次测试，据说卡罗拉上市前撞了100多辆车。测试主要是利用人体模型，通过各种传感器考察碰撞对人体模型的伤害，并有针对性地进行加强设计。

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　　试验阶段完成以后，新车型基本得到确认，然后进入小批量试制阶段。

　　五、量产阶段

　　投产启动阶段的包括制定生产流程链，各种生产设备到位、生产线铺设等等。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。下面我们将详细介绍汽车制造的四大工艺：

　　1．冲压工艺

　　冲压是所有工序的第一步。先是把钢板在切割机上切割出合适的大小，这个时候一般只进行冲孔、切边之类的动作，然后进入真正的冲压成形工序。每一个工件都有一个模具，只要把各种各样的模具装到冲压机床上就可以冲出各种各样的工件，模具的作用是非常大的，模具的质量直接决定着工件的质量。

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　　2．焊装工艺

　　冲压好的车身板件局部加热或同时加热、加压而接合在一起形成车身总成。在汽车车身制造中应用最广的是点焊，焊接的好坏直接影响了车身的强度。所以很多厂家在说自己的车身结构的时候会特强调自己是“激光焊接”。在国内大部分生产厂家还是人工焊接，这当然是为了节省成本。

　　3．涂装工艺

　　涂装有两个重要作用，第一车防腐蚀，第二增加美观。涂装工艺过程比较复杂，技术要求比较高。主要有以下工序：漆前预处理和底漆、喷漆工艺、烘干工艺等，整个过程需要大量的化学试剂处理和精细的工艺参数控制，对油漆材料以及各项加工设备的要求都很高，因此涂装工艺一般都是各公司的技术秘密。

　　4．总装工艺

　　总装就是把车身、发动机、变速器、仪表盘、车灯、座椅等各零件安装组合到一起。装配工艺的水平直接影响到汽车的性能，我们会看到有些汽车扳金的接缝比较均匀，而有些汽车扳金接缝不均匀，这都是与装配工艺关系比较大的。

　　20世纪90年代底兴起的组合单元化，即模块化装配方式的采用使得总装生产线上的工序得到简化，生产线缩短，成本大幅度降低。一般的总装车间主要有四大模块，即前围装配模块、仪表板装配模块、车灯装配模块、底盘装配模块。经过各模块装配和各零部件的安装后再经过车轮定位、车灯视野检测等检验调整后整辆车就可以下线了。