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共享机动化车型总体布置的开发

未来的车辆设计方案需要紧凑和零排放的解决方案,并针对城市交通状况和停车空间进行优化 。 目前,FEV集团正在不断推进这项开发工作 。
1共享车辆
目前,市场上存在的共享车型是供应商利用现有的量产车辆,作了最低程度的修改 。 由于这种车型的设计过程并非完全基于共享用途,因此难以满足使用者和供应商的要求,特别是在成本和结构方面难以平衡 。 Share2drive有限公司是从亚琛应用科技大学(FHAachen)分立出来的,是FEV公司进行整车开发的子公司 。 该公司已明确未来机动化的需求,并持续开发全新车型 。 这款共享车型从设计之初就凝聚了不同企业的技术结晶(图1),可满足用户的出行需求 。 这款车型已于2019年3月在日内瓦国际车展上展出 。
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图1Share2drive共享车型的主要技术结晶该车型在开发时就考虑到了针对未来自动驾驶的需求 。 在开发该车型过程中,不仅联合了从事车身焊装、底盘和车辆内外饰的一流传统企业,而且还联合了从事自动驾驶和开发新型接插件方案的企业 。 Share2drive开发的共享电动汽车(SVEN)长度仅2.5m,配备有“2+1”个座椅 。
这款共享车型的每种设计和功能的确定都要针对乘坐总费用(TCR)及实际使用性能进行评估 。 首先,车辆本身易于进行操作、清洁和维护保养等工作 。 由于这款共享车型需要联网在线,其信息技术(IT)结构要按照车辆数据的最大程度利用率来设计,如满足特定用户群的行驶习惯 。 配备的24kW电驱动装置可使共享汽车在城市地区快捷且零排放地行驶运行 。 此外,还配备了自动驾驶集成式摄像机和雷达系统,以及智能识别和控制软件 。
该车型的开发基于较早的3座公用汽车(PPV)设计方案,专为共享设计的车队及个人使用 。 这些车辆之间的主要差异在于:PPV是计划年产量约1000辆的小批量产车型,而SVEN车型计划年产量为10000辆,属于大批量产的M1等级车型 。 这些差异基于重要的车辆评估试验,如欧洲新车评估测试(NCAP),这些因素对整车总体布置具有很大的影响(图2) 。 在第1个开发阶段不仅考虑到了同质化的要求,而且还考虑到了不同的用户试验情况 。 为此,在设计过程中专门扩大了用户试验范畴,这也向开发人员提出了新的挑战 。
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图2PPV与SVEN车型的主要差异2总体布置的挑战
在开发过程中面临的主要挑战在于对整车总体布置的协调 。 SVEN长度为2.5m,是目前车辆等级中的最短车型,可以驶入平行于行车道的停车位,同时可搭乘3个人,满足共享车辆使用过程中95%的需求 。
预先规定要开发出1种具有高被动安全性要求的M1等级车辆,这使得开发任务变得更为困难 。 借助于现代数字化开发和模拟方法,开发人员在车辆外形较短的情况下成功地实现了有效的安全设计方案 。 整车总体布置的设计目标是应考虑在承载结构、碰撞结构、技术性和人体工程学总体布置、款式造型等方面的折中,并制定出尽可能合理的解决方案 。 在设计时运用类似于市场上现有车型的标准数据,以便检验总体布置目标的可行性,如有必要则加以调整 。 在早期设计阶段,进行用于各种功能(结构、人体工程学和技术性总体布置、款式造型)结构空间需求的有效评估(图3) 。
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图3整车总体布置及对结构空间需求的有效评估技术性总体布置应考虑动力总成系统、电气设备、车身、底盘和内外饰等所有对系统至关重要的部件的布置和协调 。 技术性总体布置要求确定车轮、发动机、底盘零件、安装间距,以及碰撞堆积等方面都测试合格 。 驾驶员和乘客的座位定位实质上是基于人体工程学总体布置而设计的,包括驾驶员视野,以及驾驶员和乘客头部对周围构件(如车顶和B柱护板)的自由度等其他课题 。 另外,同样要考虑诸如方向盘、转向手柄、显示器以及上下车舒适性等人机相互作用(HMI)因素的可接近性和可视性 。
本文集中介绍了车型开发状况,以及与最初PPV车型相比最重要的设计方案的变化概况,根据安全性要求重新设计车辆前端和车内布置情况 。
为了能实现2.5m的整车长度,并使可用于变形的车辆前端长度最大化,加长变形区并优化作用力加载方向,以改善对碰撞能量的吸收效果 。 这样不仅能满足法规碰撞安全性的要求,而且也能满足用户试验的要求 。 为了能形成必要的结构空间,将前置电机的前轮驱动方案改为后置电机的后轮驱动方案,同时整个驾驶员座席后移59mm 。 优化后的前围板实现了后移,并且前纵梁的长度得以加长 。 行李舱容积虽有所减少,但是旅行箱等大件行李物品仍然有位置存放,同时后部碰撞性能所必需的变形路径也已在考虑之内 。 因此,该总体布置方案可使车辆的碰撞长度及座椅舒适性适合于5%女性和99%男性 。 该总体布置方案实现了行李舱容积、横向停车与总长度之间的最佳折中(图4) 。 图5为按照法规进行的典型视野测试 。
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图4技术性和人体工程学总体布置的调整如图5所示,驾驶员位置、R点和座位调节范围的纵向设计是按照SAE4004标准而开展的 。 首先应参照SAE标准而确定尺寸,并充分考虑到人体工程学原理,从而通过RAMSIS软件进行模拟测试 。 不仅如此,同时也应考虑到UN/ECER43、R46和R125法规对视野和直接/间接视线的要求 。
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图5按照法规进行的典型视野测试在仔细优化人体工程学总体布置时,首先要考虑方向盘位置、踏板位置和座位调节范围 。 这种优化同时也要考虑技术性总体布置的要求 。 就人体工程学设计过程而言,除了考虑5%女性及99%男性的要求之外,还应根据设计要求使方向盘能在高度方向上进行调节,并使座椅能在纵向进行调节 。 坐椅舒适度分析网状图形式如图6所示 。
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图6不舒适分析网状图考虑到适用于5%女性的座位靠背角度、方向盘角度及加速踏板操作位置等不同参数变化时对舒适度变化的影响,其中25°座椅靠背角度方案在所有的考察范围内提供了最大的舒适度值 。 因此,从总体布置角度出发,该方案舒适度最高 。 根据技术性总体布置评估这种方案的可行性,以便设计出满足各方面需求的整车总体布置 。
开发SVEN这款小型城市车辆所面临的最大挑战之一是需要将驾驶员和2名乘客安排成1排 。 作为具有代表性的人员配置设计,将驾驶员性别可能性设为99%男性、驾驶员旁边乘客的性别可能性设为50%女性,驾驶员外侧座位上的乘客的性别可能性设为50%男性 。 在侧面H点(人体设计髋关节)定位时要考虑用于释放安全气囊的座位与车门之间的间距 。 中间座位与右面座位之间的有限搭接是允许存在的,因为3人配置通常用于短途行驶,这相当于高级轿车后座长椅的配置 。 但是,同车人员与驾驶员之间的身体干涉则是不允许存在的,因为在所有情况下驾驶员的臂和肩都必须有足够的活动空间,以确保安全操纵方向盘 。
3结论和展望
新型的驱动方案能在考虑M1同质化车型碰撞要求,用户试验要求不断提高的情况下有效地进行车辆设计 。 侧面结构空间是针对3名驾乘人员而进行设计的,并针对共享车辆运行过程进行优化 。 重点对驾驶员座位进行了人体工程学设计,以便满足目标群体的要求,在保证高舒适性的同时尽可能简化操作 。
注：本文发表于《汽车与新动力》杂志2020年第3期
作者：[德]M.HOG等
整理：范明强
【共享机动化车型总体布置的开发】编辑：何丹妮


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