1.3 整车结构集成设计现状与问题

汽车是一个复杂的机电产品，由众多的零件和系统组合而成。在一个限定的时间里，要完成从策划、造型、结构集成设计、性能匹配和评价等工作，并有序地批量生产装配成一辆辆整车，并且满足车辆所要求具备的各种特征属性，是一个复杂的系统工程。整车预定的特征属性是由各个系统和零部件结构集成逐步形成的，而在汽车产品开发设计过程中，所有的系统和零部件都处在结构集成设计和设计变更优化之中，它们之间以及它们对整车属性特征的影响也在不断变化。因此，整车集成需要引领和把控汽车产品的结构设计开发过程，确保产品的整车属性特征在开发目标范围内，这是整车集成的一项重要任务，也是汽车产品研发的挑战。

汽车研发必须掌握的核心竞争能力可以从以下10个方面来衡量或评价：①商品竞争力规划；②造型设计；③正向开发设计；④虚拟仿真验证；⑤成本设计与管控；⑥试制与试验；⑦整车装配；⑧匹配与标定；⑨项目管理；⑩创新导向设计。聚焦于产品开发前期的结构集成设计直接涉及的至少有其中5项。中国自主品牌汽车自主研发经过短短20年的发展，从简单对标借鉴到当前已具备部分正向开发设计能力，已经取得了巨大的进步，但与百年以上成功品牌比较却还有较大差距，尤其是在整车集成或结构集成设计这个领域，主要体现在造型、正向设计、整车仿真、成本设计、匹配与标定和创新导向设计这几个方面的能力不足，导致自主品牌汽车的市场占有率、价格、质量等对比合资品牌仍处于劣势。

首先是结构集成在造型设计过程中的工程支持和协调能力不足。大多数自主品牌主机厂参与前期造型工程设计的主要是总布置（含人机工程、碰撞安全等），近年来逐渐介入造型同步工程的还有NVH、尺寸工程、感知质量等。但在不影响造型主流和风格的前提之下，评审并提出优化技术方案能力和影响力都十分有限，而诸如轻量化和成本设计等还没有全面参与造型同步工程工作。

其次是结构集成正向设计开发能力，即在整车设计开发过程中的引领与管控能力不足。其原因在于能力储备有限，面对错综复杂、涉及面广、既彼此依赖又相互冲突的结构集成设计问题缺乏专家引导或决策。良好的整车结构集成设计是各总成或系统、子系统及零部件结构集成优化设计的综合体现，绝不是简单的叠加。例如，整车的模态（NVH的性能参数之一）是车身结构系统模态、底盘结构系统模态、发动机结构系统模态、传动结构系统模态、所有附件结构系统模态和它们之间连接（如螺栓或衬套）结构集成之后的综合力学表现，力学上称为模态综合。而每一个子系统模态都不同于整车的模态，系统内部机制复杂并且系统之间存在交互作用和彼此影响，需要整车集成统筹、规划、分解各个系统模态区间，最终通过各系统合理的结构集成设计及综合平衡来达成整车NVH模态目标。另外，针对汽车某个特定系统的结构设计一般都具有多重性能或属性目标要求，有些目标在不同系统的结构设计中是相互矛盾或相互制约的。例如，碰撞安全性能希望发动机舱盖较“软”（刚度低），以便在发生碰撞时容易压溃吸收能量，保护车内人员和行人。但“软”的结构在行驶过程中容易导致发动机舱盖发生振动、变形和开裂，所以NVH和车身结构耐久设计希望发动机舱盖更“硬”（刚度高），与碰撞安全性能的要求相矛盾。这就需要整车结构集成来引导和协调，实现综合平衡的整体结构设计。

结构集成正向设计开发能力不足还体现在基础平台能力建设匮乏，主机厂缺乏清晰的整车平台规划和数据库支持。还有各项关联技术指标的分解、协调及平衡能力欠缺，尤其是当各个专业完成初步设计数据之后的整车结构集成优化能力不足。这导致整车结构集成的引导和管控能力非常有限，往往是各个专业各自为政，分别站在各自专业角度，以满足与自身直接相关的VTS指标为目的进行设计开发工作，不顾或影响到其他专业领域或整体指标的达成。例如：NVH为达成其车内降低噪声指标，一味地要求采用昂贵的吸隔声材料，并增加其铺放面积和厚度，使得成本与重量大大增加；而碰撞性能要求前舱更大的溃缩空间、刚度更大的乘员舱结构、更多的约束系统配置等，造成造型前悬过长不成比例，车身不能完成其重量和成本目标等。

在通过创新结构集成设计优化来实现低成本产品开发方面，中国自主品牌汽车设计开发一直有所欠缺。主要体现在不懂正确对标优化方法，而是简单逆向对标甚至直接照搬。例如，整车众多的性能目标设定不根据购车客户群的特定需求有重点地突出部分性能属性亮点，而是采用较高的对标性能目标，造成结构复杂，成本居高不下。当前的全球生态环境发展对汽车提出了更高的环保要求，前瞻性地开展生态结构集成设计，以及全生命周期成本设计，提高全球市场竞争力水平是当前汽车行业一大挑战。例如，站在顾客购车之后全生命周期立场，在设计开发阶段就应该考虑到降低新开发车型汽车保险及维修费用的结构集成设计，以及通过提高装配效率和减少额外装配连接零件实现低成本装配结构创新设计等。

本书正是为解决上述整车正向设计开发结构集成能力不足而特别撰写的。它涵盖了几乎所有整车结构集成设计专业或领域的内容和设计方法。最重要的是，站在整车高度将它们整合到一起，彼此借鉴、引用、及相互参考，通过合理的整车结构集成设计优化、综合平衡各项属性指标，最终保证VTS的各项技术属性指标的达成。本书让读者不仅对整车结构集成的内容和工作方法有清楚的了解，还能将各个专业或领域的结构设计有机地关联起来，通过正确的工作流程和设计方法来实现最优的整车结构集成设计，对于不论项目管理、整车集成还是各个汽车设计专业领域的工程师，站在整车集成高度开展各自结构设计开发工作具有重要指导意义。