灵活的车辆平台加速开发进程

汽车制造商在研发新车型时需要进行精心规划。在研发过程的开始阶段，就必须对技术概念以及组件进行定义（在考虑人体工程学、实用性以及定义并管理安装空间的前提下进行车辆几何设计），这样才能让最终的整车与最初的想法相符。但是，有些项目需要不同的工作流程。例如，如果汽车设备制造商已经开始进行汽车研发，然后又决定推出更多不同的衍生车型以及驱动版本。

目前，来自中国汽车制造商的此类需求愈加高涨。“中国的许多原始设备制造商刚刚成立，汽车研发经验只有短短几年。”已经为全球客户实施了众多不同项目的保时捷工程集团汽车概念和组件专业负责人亨贝托·德坎波斯·杜卡尔莫（Humberto de Campos do Carmo）说，“对于需要考虑各类驱动版本和不同衍生车型的平台概念的研发，这些企业需要我们的支持。比如说，如何通过车身和驱动的衍生版本，将一个现有汽车概念扩展至一个平台。”

在最近的一个案例中，我们受托为一位中国客户研发平台概念。客户的目标是，在一款现有的纯电动驱动 SUV 车型基础上，研发不同的衍生车型：除新增一款豪华轿车之外，还要研发搭载内燃机、配备增程装置的电动驱动以及混合动力系统的发动机版本。如果要像在本案例中以现有车型为基础进行概念研发，专家将从详细分析现有平台着手。“我们以最关键的车辆款型为基准，例如重量最大或者性能最强的车型，即以‘最坏情况’为基准。”德坎波斯·杜卡尔莫解释说。

在测试中发现，前端的白车身结构对于 SUV 中最重的车型来说太软了。“为了提高碰撞安全性，我们提出将前纵梁的尺寸放大。”德坎波斯·杜卡尔莫说，“另外，我们还必须更改车轮悬挂，为 SUV 车型和豪华轿车设计不同的离地间隙和高度。”通过使用不同直径的轮胎、不同的弹簧和车桥架上的特殊垫片，研发人员无须更改车桥的基本构造，就可以针对不同汽车高度的要求作出相应调整。冷却系统也必须相应进行更改：分析表明，原本的热交换器对于搭载内燃机的 SUV 车型来说太小。于是，在进一步的汽车研发过程中，我们根据全新的条件对热交换器做出了调整。

最大的挑战之一在于为不同的电动车型设计不同尺寸的电池组件。“我们与客户共同研发出了一种适合所有车辆的底盘结构概念。”德坎波斯·杜卡尔莫说，“每个安装位置都可以容纳不同规格的电动车电池，如此就能避免在这一区域进行昂贵的设计更改。”纯电动车的电池会占用整个可用空间，而在配备增程装置的版本以及混合动力驱动版本中，相对较小的电池组后方可用于安放内燃机的燃油箱。

保时捷工程集团在一款现有的纯电动驱动 SUV 车型基础上，研发了多种衍生车型：除新增一款豪华轿车之外，还有搭载内燃机、配备增程装置的电动驱动以及混合动力系统的发动机版本。

如果概念研发表明更改现有平台的工作量太大，客户还有以下选择：放弃当前的项目，转而采用平台兼容解决方案，或者同时推进这两种方案。“从成本角度来看，最好将注意力集中在面向未来的平台架构上。”德坎波斯·杜卡尔莫说，“但是，如果一个汽车项目已开展得较为深入，那么客户通常会选择同时将两种概念研发推进到可以推向市场的程度，额外的成本就当作是对学习的投资。”

因此，在理想情况下，客户应预先定义新平台应涵盖的细分市场、驱动概念设计以及机动化。这样一来，就可以赋予负责概念和组件设计的工程师最大的自由度，从而有针对性地研发车辆平台，同时还可将汽车制造商的产品和品牌战略等因素纳入考虑范围。这一高效的研发流程能在极短时间内实现最佳结果，令客户从中受益。

中国客户的时间表通常会安排得非常紧凑，与欧洲汽车制造商的研发周期完全不同。“对于上述项目，从需求分析到得出最终结果，我们只有大约六个星期的时间。为了避免在决策过程中出现沟通问题，客户的驻地工程师为中国的研发团队提供了大力协助，”德坎波斯·杜卡尔莫说，“这种充满信任的密切合作是成功按时完成项目的决定性因素。”

对新车概念和组件设计的定义，需要拥有来自汽车研发和研发方法链各个层面的丰富经验。“我们的专家来自汽车研发的各个领域，我们使用最新的模拟和研发工具。”德坎波斯·杜卡尔莫说，“此外，中国合作伙伴对于我们在项目研发中所表现出的高度灵活性和客户导向性赞赏有加。”

最佳驾乘位置：这是每一种汽车概念方案中最重要的目标。第一步是人体工程学概念，也就是基于人体测量学（人体和骨骼特征的科学）来设计汽车。尺寸概念则是各种几何数值及其相互之间的关系，同时还需要考虑法律规定以及各个组件的安装空间。组件设计概念可保证最终各个组件全都处于正确的位置上。这一步骤的目标之一在于协调各个专业部门的目标并就可能相互冲突的各种要求达成一致。

通用底盘结构的不同安装位置中，可安装各种电动车型的大小不一的电池。纯电动汽车的电池需要占用整个可用空间。在配备增程装置以及混合动力驱动的车型中，相对较小的电池组的后方可用于安放内燃机的燃油箱。

中国目前正经历着真正的混合动力和电动汽车热潮，从而带动了多种新型汽车概念的发展。“许多汽车制造商都属于初创公司，我们可以在将高压电池集成到车辆方面为他们提供技术支持。”保时捷工程集团电池组的专业项目经理史蒂芬·本德尔（Stefan Bender）说。

通常来说，高压电池是概念和组件设计研发中要确定的最大、最重的单个模块。对碰撞安全的要求、对行驶动态至关重要的车辆重心、高压车载电气系统的布线以及储能系统的热管理等因素，都限制了工程师在电池系统布局方面的发挥余地。“不夸张地说，高压电池布局要精确到毫米。因此，对技术要求的精确定义是组件设计研发的基本要求。”本德尔解释说。

这类分析正是许多小型公司所缺少的。“这通常意味着，在开展原本的电池组项目的同时，我们要与客户共同制定出一套符合其需求的研发流程。”本德尔说。例如一位客户希望在车辆中集成电池，但电池的尺寸过大。“首先，我们与客户一起确定了车辆以及电池必须具备的性能。”

为了保证在产生相互作用后仍然能够满足所有要求，必须在研发过程中尽早开始将电池集成到车辆中的研究。这既适用于纯电动车，也适用于基于为内燃机设计的传统汽车平台的混合动力车型，而这类传统汽车平台中原本并没有为储能装置预留安装空间。我们的目标是在研发阶段就尽可能地将电池模块设计的非常紧凑，从而为其布局保留自由度，然后根据需要将其集成到车内。“如果客户已经规定了其汽车项目所用的电池模块，那么我们会以满足所有要求的最佳方式进行集成。”本德尔说，“但更合理的方法是设计一套完整的系统解决方案，即由我们独立研发电池单元，并根据组件设计对其加以调整。”

在此过程中，保时捷工程集团可借鉴其几十年来在电池的电气、机械和热力学性能的研发和优化方面的专业知识。例如，专家使用的计算模型均在公司内部创建并通过验证，适用于储能装置的“核心”元件——电池单元。除了模拟工具外，专家们还会使用测试台。

“在进行动力蓄电池的概念和组件设计时，我们会考虑汽车的所有细节。例如，与城市汽车相比，跑车的瞬时电流更大。”本德尔解释说，“我们需要以此为基准，对电池组中各个电池单元的连接进行调整，以便在连续加速过程中，限制接触电阻的增加以及由此而产生的热量，并保证发动机的输出不会因元件保护而降低。”

理想情况下，概念研发应在项目开始阶段进行。不过，以现有车型为基准研发一个平台概念，从而设计其他驱动版本及衍生车型的情况也同样存在。在一个中国客户的案例中，保时捷工程集团成功地对底盘、冷却系统和底盘等作出了相应更改。

本文首次发表于《保时捷工程杂志》2020年第1期。

文字：Richard Backhaus
共同撰稿：Humberto de Campos do Carmo、Stefan Bender
插图：Florian Müller

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