汽车产品开发结构集成设计实战手册

《汽车产品开发结构集成设计实战手册》站在整车集成高度系统地介绍了整车开发结构集成设计概念、流程、跨专业系统的结构集成设计，具体包括整车属性、整车集成、结构集成等内容和相互之间的关系，以及当前现状与存在的问题。本书从实战出发，以汽车产品开发流程为主线，通过大量案例具体说明结构集成优化设计技术路线或方法，重点阐述了整车开发流程、传统整车结构集成、整车NVH和整车碰撞安全、整车结构耐久性、整车工艺制造、整车静态感知质量结构集成设计、整车轻量化正向设计、全生命周期生态设计及成本设计等内容。

本书编写组作者均为国内整车开发领域名副其实的实战派，大多是各大知名汽车公司的资深技术专家，也有大学院校教授。他们从事汽车研发或制造多年，具有扎实的理论基础和丰富的实战经验。专家组编写本书的主旨就是为了从事汽车产品设计开发工程师们能够站在整车结构集成的高度来开展各自专业的具体结构设计工作，从而以工作手册形式为汽车开发各个专业或制造工程师们提供整车开发结构集成所必须知晓的设计方法、参数等相关技术信息。

适读人群 ：汽车及相关行业研发人员，高校师生

【适读人群】

本书适合从事汽车产品开发设计的工程师或项目管理人员阅读，以了解整车结构集成设计全貌，并作为工作手册查阅相关技术内容，也可作为高等院校汽车专业教材。

【图书特色】

1. 《汽车产品开发结构集成设计实战手册》系统阐述了整车结构集成设计与整车性能集成、各专业结构集成设计的关系，以及跨专业结构集成设计内容、流程、方法及案例。

2. 《汽车产品开发结构集成设计实战手册》是一部工作手册，可以为汽车开发各个专业或制造工程师们提供整车开发结构集成所必须知晓的设计方法、参数等相关技术信息。

3. 《汽车产品开发结构集成设计实战手册》列举了大量实操案例，通过实际结构设计案例来说明整车结构集成设计方法，极具实际指导意义。

4. 《汽车产品开发结构集成设计实战手册》首创了一些设计理念或方法，如多维度重量目标制定法、电动汽车成本对冲方法、首先失效结构设计原理、车身节点增强减重方法、最简装配结构集成设计等。

汽车是一个具有多重属性或功能的复杂产品，虽然中国自主品牌各个子领域或专业的结构设计已趋于成熟，但如何通过整车结构集成将各个专业或系统结构设计有效地集合到一起，形成最佳机械组合来实现低成本并达到预期的各项性能或质量目标的能力仍十分缺乏，也没有专门的技术书籍对此进行比较全面的阐述。本书就是基于这一重要技术需求而编写的。

一般来说，整车集成可以分解为性能集成与结构集成。结构集成又称为物理集成或系统集成，是将不可分解的零件经过合理设计逐一层层装配为部件或系统，反复平衡和优化形成最佳的结构组合的过程。其实每个专业，例如动力总成、底盘、车身、电器等，都是零部件结构集成设计的集合。本书是站在整车结构集成的高度，按照产品开发流程，首先根据整车性能或质量目标需求，创建或诠释一系列整车结构集成设计要求，并分解到各个专业领域作为其系统设计的依据；整车结构集成牵头人与各个专业或系统结构设计人员反复沟通与协作，引导各专业完成系统结构设计；再将各个专业或系统结构设计集成到一起，利用虚拟验证工具、模型或样件模拟、评审或评价方法检查与评估各项整车属性指标达成风险；最终基于整车平台架构、总布置、人机工程、碰撞安全、NVH、可靠耐久、装配质量、感知质量、质量和成本等整车指标综合平衡与优化整车结构组合与匹配，将各个系统结构设计有效地整合到一起，使新开发车型的功能、性能、质量、成本等达到预期的目标。本书的特点是从实战出发，通过大量案例来说明结构集成优化设计方法或技术路线。

本书第1章阐述了整车属性、整车集成与结构集成等内容和彼此之间的关系，以及当前现状与存在的问题。

第2章从整车开发流程入手，介绍整车结构集成开发内容及技术文件体系、设计所要遵循的性能目标的设定方法及验证手段，以及整车虚拟验证优化设计体系和评价方法。

第3章论述了整车总布置和人机工程等传统整车结构集成设计，也重点介绍了整车平台架构与模块化相关内容，详细论述了传统的整车结构集成设计的分析理念、原则、内容、流程、方法和工具，以及未来发展趋势，并分享了相关技术分析案例。

第4章阐述了整车性能中的重要属性：整车NVH性能和整车安全性能，其分别对应着用户的乘坐舒适性和安全性，从整车结构集成的角度，分别介绍了这两个性能的目标设定与分解、结构集成设计、虚拟验证以及典型的性能集成案例，并对传统燃油车和新能源车的结构设计差异性进行了比较。

第5章从整车集成的角度介绍了整车结构耐久性的开发，质量、可靠性、耐久性的关系及特点。重点说明产品开发阶段可靠性结构集成的内容；首次提出汽车索赔率可靠性目标的设定及分解方法，以及可靠性试验开发的几种常见的规划方法；着重介绍汽车主要耐久性失效与整车性能的关系，同时概括地介绍汽车耐久性开发的体系和流程。

第6章站在整车工艺制造高度来说明如何通过结构集成设计出高质量汽车的方法。围绕公差尺寸目标设定、分解、设计和管控，沿着产品开发不同阶段顺序系统地介绍尺寸工程设计方法，即定位系统设计、功能尺寸设计、尺寸链分析、尺寸稳健性设计等，并从实战角度重点叙述整车结构集成尺寸匹配与验证方法。

第7章介绍了为顺应近年来汽车市场对汽车颜值、做工及车内环境提出的更高要求，而产生的整车静态感知质量结构集成设计。详细介绍了感知质量目标设定、评价与管控方法。通过大量设计案例来说明精致工程结构集成设计方法，并结合智能网联发展说明感知质量设计未来走向与趋势。

第8章首先介绍了当前汽车轻量化开发工作现状和发展趋势，以及规划编制方法。在行业内率先提出整车轻量化正向设计开发流程及技术路线，并通过典型案例说明实施方法；首次系统地阐述了整车轻量化多维度重量目标制定与评价体系及其应用。也介绍了新兴轻量化材料和工艺，以及重点系统或关键零部件的轻量化结构集成设计。

第9章系统全面地介绍了汽车设计、制造、使用，直至回收利用的全生命周期生态设计，及其相关成本分析及降本案例。聚焦顾客在汽车使用过程中如何降低成本，如降低能耗、降低维修成本、降低保险费等相应的结构集成设计原则和案例；从全生命周期汽车产品对环境和全球能源消耗的评价角度说明生态设计选材及其工艺路线的最新观点；阐明汽车轻量化减重降本结构集成设计思路，重点提出电动汽车“成本对冲”的辩证理念与实践方法。同时结合本书各个章节内容，列举性能目标合理选择、造型同步工程和结构虚拟验证等实际案例说明降低开发制造成本的结构集成设计。首次提出“首先失效设计原则”“车身节点增强减重法”等创新结构优化设计方法，以及简化装配设计等低成本结构集成设计理念，并通过典型案例进行说明。

值得一提的是，鉴于当前电动汽车的迅速发展，本书相关各章对电动汽车结构集成设计有专门的阐述，针对电动和燃油汽车的结构设计差异也有相关说明。

本书由曹渡确定总体思路及基本观点，林业、黄力平具体负责组织统稿。其中，第1章由曹渡撰写；第2章由杨月撰写；第3章由戴家祥撰写，陈渝祺、勾俊杰补充完善；第4章由王志亮和姚剑锋撰写；第5章由林业和黄力平撰写，曹征栋补充完善；第6章由于兴林撰写，高艳俊补充完善；第7章由孔祥勇撰写，毕有为、刘智慧补充完善；第8章由刘波撰写，张金生补充完善；第9章由曹渡撰写，孙锌、韩愈、王岩补充完善。

由于编者水平有限，书中不妥及疏漏之处在所难免，恳请读者提出宝贵意见。

编者

序

前言

第1章整车集成与结构集成概述1

1.1汽车产品的正向开发1

1.1.1汽车产品的正向开发过程1

1.1.2汽车产品的整车属性1

1.1.3整车属性技术指标分解和转化及目标达成5

1.2汽车产品开发中的整车集成与结构集成6

1.2.1整车集成与结构集成的关系6

1.2.2整车结构集成的任务和目标7

1.3整车结构集成设计现状与问题7

参考文献9

第2章整车结构集成开发体系与技术路线10

2.1整车集成开发体系与流程10

2.1.1汽车产品开发体系与流程10

2.1.2整车结构集成设计开发流程11

2.2整车结构集成开发内容及技术文件12

2.3整车性能指标的制定与分解16

2.3.1产品定义与整车性能开发策略17

2.3.2整车性能目标的制定与分解21

2.3.3整车性能目标的验证31

2.4结构集成CAE虚拟验证优化设计体系33

2.4.1建立CAE虚拟验证优化体系的意义33

2.4.2虚拟验证优化设计体系34

2.5汽车产品设计同步工程38

参考文献41

第3章传统的整车结构集成设计42

3.1整车平台架构与模块化42

3.1.1平台、架构与模块化定义和关系42

3.1.2主流汽车企业的平台架构开发概述44

3.1.3模块化平台架构开发与实施47

3.1.4电动汽车平台架构开发特点与策略49

3.2整车总布置集成设计52

3.2.1整车总布置集成设计的主要特点、

内容及逻辑关系52

3.2.2整车型式和主要参数选择58

3.2.3整车姿态84

3.2.4下车体集成布置91

3.2.5整车产品设计阶段的法规适应性分析116

3.2.6整车水管理120

3.2.7新能源汽车的保安防灾127

3.2.8电动汽车与燃油汽车总布置设计差异分析130

3.3整车人机工程133

3.3.1驾乘人体坐姿分析134

3.3.2视野分析144

3.3.3乘坐舒适性169

3.3.4操作舒适性178

3.3.5整车人机工程的未来发展187

参考文献188

第4章整车NVH和碰撞安全性能结构集成190

4.1整车NVH性能190

4.1.1整车NVH性能开发目标设定与管理190

4.1.2路况NVH性能分析及验证198

4.1.3发动机NVH性能分析及验证203

4.1.4风噪声NVH性能分析及验证206

4.1.5异响NVH性能分析及验证208

4.1.6纯电动车与燃油车差异性分析213

4.2整车安全性能216

4.2.1整车安全开发目标设定216

4.2.2整车安全开发目标分解219

4.2.3整车安全结构集成设计224

4.2.4整车安全结构集成设计虚拟验证229

4.2.5纯电动车与燃油车碰撞结构设计差异232

参考文献234

第5章整车可靠性和耐久性结构集成235

5.1汽车产品的全生命周期235

5.1.1汽车产品的全生命周期简介235

5.1.2汽车产品的质量、可靠性和耐久性237

5.2汽车产品的可靠性开发238

5.2.1可靠性工程概述238

5.2.2可靠性工程与产品开发集成238

5.2.3可靠性目标定义及分解239

5.2.4可靠性试验开发241

5.3汽车结构的耐久性243

5.3.1汽车耐久性的失效与整车性能243

5.3.2汽车结构的耐久性与量化指标248

5.4汽车产品的结构耐久性开发250

5.4.1汽车产品耐久性设计的总目标251

5.4.2汽车产品耐久性目标的分解251

5.4.3汽车产品结构耐久性的开发体系和流程254

5.4.4汽车产品的耐久性试验与用户关联257

5.5整车性能导向的结构耐久性开发260

5.5.1结构的刚度与整车性能260

5.5.2结构的强度与整车性能275

5.5.3结构的疲劳寿命与整车性能280

5.5.4结构的稳定性与整车性能283

5.6汽车结构的性能集成284

5.6.1结构耐久性、NVH性能、碰撞安全性能的结构集成285

5.6.2悬架设计与整车性能288

参考文献289

第6章整车尺寸结构集成设计与验证290

6.1整车尺寸结构集成及目标设定与评价290

6.1.1整车内外观尺寸目标设定291

6.1.2整车内外观尺寸目标的评价方法297

6.1.3整车功能集成尺寸目标设定299

6.2基于结构集成的尺寸目标分解300

6.2.1整车结构集成的定位系统设计与案例301

6.2.2整车尺寸目标的分解与虚拟验证310

6.2.3GD&T产品图样与3DPMI324

6.3同步工程校核与结构集成尺寸优化325

6.3.1尺寸设计检查325

6.3.2尺寸目标修正与结构优化设计326

6.3.3尺寸稳健性结构设计与优化329

6.3.4尺寸稳健性的工装设计标准330

6.4结构集成的尺寸验证332

6.4.1零部件尺寸匹配验证332

6.4.2工装的物理验证337

6.4.3尺寸波动的工艺验证342

6.4.4整车级尺寸物理验证343

6.5尺寸目标测量与达成347

6.5.1零部件尺寸测量与验收347

6.5.2白车身尺寸测量与匹配350

6.5.3整车尺寸测量与匹配352

参考文献355

第7章整车静态感知质量结构集成设计与评价356

7.1静态感知质量设计开发概况及核心方法的运用356

7.1.1整车静态感知质量设计开发概况356

7.1.2整车静态感知质量评价要素357

7.1.3整车静态感知质量评价维度介绍360

7.1.4整车静态感知质量目标建立及管控流程376

7.2整车静态感知质量结构集成设计评价383

7.2.1造型阶段静态感知质量结构集成评价383

7.2.2工程数据阶段静态感知质量结构集成评价391

7.2.3实车阶段静态感知质量结构集成评价397

7.3精致工程结构集成设计案例分析401

7.3.1典型的造型结构集成案例分析401

7.3.2典型的内外饰结构集成案例分析403

7.3.3典型的电气结构集成案例分析404

7.3.4典型的安全性结构集成案例分析406

7.3.5典型的整车气味性感知质量优化案例分析407

7.4整车静态感知质量设计未来发展趋势409

7.4.1电动汽车与燃油汽车静态感知质量评价差异性409

7.4.2目标群体关注的整车感知质量亮点发展趋势416

参考文献422

第8章整车轻量化开发结构集成设计423

8.1整车轻量化概述423

8.1.1轻量化意义与工作内容423

8.1.2轻量化开发技术现状和发展趋势424

8.2整车轻量化正向开发流程及技术路线432

8.2.1整车轻量化设计开发流程及影响因素432

8.2.2整车轻量化技术规划436

8.2.3整车轻量化正向设计技术路线438

8.3整车开发重量目标制定、评价及管控方法439

8.3.1整车重量管控概述439

8.3.2整车轻量化多维度重量目标制定、分解和评价体系440

8.3.3整车重量管控工作内容、现状、问题与解决方案450

8.4轻量化材料与轻量化工艺452

8.4.1轻量化材料452

8.4.2轻量化工艺457

8.5整车轻量化结构集成设计与典型案例460

8.5.1低成本整车轻量化集成设计技术与典型案例分析461

8.5.2轻质材料车身轻量化集成设计技术469

8.5.3车身结构优化集成设计480

8.6重要零部件轻量化结构集成设计与案例分析484

8.6.1底盘重要零部件轻量化设计开发485

8.6.2内外饰重要零部件轻量化设计开发492

8.6.3动力蓄电池包轻量化设计开发501

参考文献506

第9章全生命周期汽车低成本结构集成设计507

9.1全生命周期汽车生态与成本设计507

9.1.1汽车生命周期评价的概念与政策507

9.1.2全生命周期汽车生态设计理念与实践510

9.1.3成本设计工作方法与全生命周期成本构成515

9.2汽车使用期间的低成本结构集成设计519

9.2.1降低行驶能耗的技术方案概述519

9.2.2节能降耗的整车轻量化低成本设计521

9.2.3降低汽车维修和保险费用的结构集成设计525

9.2.4汽车全生命周期生态设计案例及材料选择531

9.3低成本产品开发结构集成设计536

9.3.1结构集成优化设计方法与典型案例536

9.3.2造型同步工程中的低成本结构集成设计544

9.3.3结构集成创新构想与虚拟验证拓扑优化设计549

9.3.4低成本最简装配结构集成设计551

参考文献563