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有些汽车零部件看起来简单 设计起来却那么难?(二)

 三角区域外观配件

    在汽车工程领域,只要是有三个零件结合的地方,都会被工程师们称之为死亡三角。

    其中最典型的区域就是A柱和窗台线之间的三角区域。那么它为什么被公认难啃的设计之一呢?

    要说明这个问题,我们首先要知道一个叫公差的东西,任何零件的制造和安装都存在着一个合理的公差范围,对于单一零件而言,零点几毫米的公差波动是认为合理的。不过,当几个零件同时在一个狭小的区域实现匹配的时候,公差波动就会在这个区域出现公差累积的情况。

    也就是说,这个零件尺寸在正常范围内跑偏了零点几毫米,另外一个零件也在正常范围内跑偏了零点几毫米,但是当它们匹配在一起的时候,这些正常的公差值就会体现为一个误差值,继而造成外观质量甚至是性能方面的缺陷。

    以车门三角区为例,在这个区域内的零件包括外后视镜盖板、车门密封条、窗框、玻璃导槽、窗框加强板、窗框亮条等几个零件。这几乎是整辆汽车上零部件搭接最密集的地方,所以也是最容易出现公差累积的位置。所以,在设计终了之后,这个位置还需要进行数论的间隙段差匹配,同样,也是触一发而动全身的设计从而大大提升了难度。

    活塞环

    然而看着也就是几片圆环,却占据了整机35%的摩擦功,50%左右的机油耗问题与之相关,直接接触上千度的燃烧火焰,承担了25%-40%的的活塞散热通道,密封了峰值爆发压力达到100个大气压的燃烧室,而你只需要支付几听可乐的钱就可以拥有一缸副,但是如果它失效了,客户需要支付1万-2万人民币以上进行大修或者3万-6万人民币进行动力总成更换。

    全球入流的汽车企业的钢制活塞环的材料99%由日本钢材线材供应商提供。全球4-5家供应商基本占据了全球的主要活塞环的生产。在这个宽度只有1-2mm的钢带上,我们实现了各类加工形貌造型,20多种金属/非金属涂层,使用了热处理、电镀、PVD/PCVD、等离子金属喷涂等一系列的技术,目前最先进的涂层历经24万公里和缸体的磨损,平均磨损量仅有0.0008-0.001mm,而且能够以每年数千万片的规模保证质量稳定一致,平均PPM低于10。

    基于三维的模拟软件可以分析在各个发动机工况下,活塞环体在360度的变形和动态扭转形貌,从而计算出摩擦功/机油耗/漏气量等一系列的数据。在微观尺度下计算u级的外周形貌变化对于油膜形态以及摩擦区域的差异和影响,同时还有透明缸套试验+荧光高速摄影和浮动缸套试验进行验证,复杂的工序也体现出了它设计的难度系数。

    活塞环有气环和油环之分,气环位于活塞的第一环和第二环,某些重型柴油机由于其工作载荷较大,为了能更好的对高温气体起到密封的作用,有时还具备第三道气环。但对于汽油机和小型柴油机来说,两道气环的设计已经满足密封的要求,故不需要第三道气环。最下面的一道活塞环是油环,其作用是对气缸壁润滑和阻止机油进入燃烧室。

    它的磨损或损坏会导致发动机工作不正常,特别是窜机油的概率增大。如果一台使用时间很长的汽车,在机油加注正常的情况下尾气冒蓝烟,很有肯能就是活塞环出现了问题。此时如果排查其他部件没有问题仍然烧机油的话,就得将缸盖打开更换新的活塞环了。

    密封条

    哪天你发现怎么我的车怎么不使劲摔关不上门,怎么开门声音是啪的一声,而不是彭的一声?

    哪天你发现你的车怎么开始漏水了,后备箱一打开里面可以养鱼了……

    哪天你发现玻璃怎么升降过程这么慢,还有点乱七八糟的响声,甚至卡住……

    哪天你发现开车呼呼的风噪大到你没法听音乐……

    哪天你发现你的车窗上被塞满了小卡片,而旁边的豪华车却是夹在风挡玻璃上……

    这一切,密封条都逃脱不了干系!

    内行人看车先看车门,而看车门重点还在密封条上。可惜的是,国内这方面设计能力太欠缺,明明很重要的一个零部件,可从上到下都不重视,各种压缩成本……

    国内也欠缺这方面的人才,缺到什么地步呢?网上某人说,一个三流主机厂的半吊子密封条产品工程师都被猎头推荐到上海一家一流外企设计公司去了,外企HR说他英语不过关,人家说:没关系,我们可以放宽要求……不要求你英语……

    翼子板

    翼子板才是最可怕的零件,大学的时候有门课叫做《互换性与几何测量技术》,里面讲的最多的就是公差与配合,最难的也就两个零件轴和孔的配合。

    直到TM出现翼子板,才知道原来一个零件可以和这摩多零件配合,发动机舱盖、车大灯总成、前保险杠、车轮和车门,一不小心就从公差变成误差了(手动流泪);我终于知道为啥有些人买车的时候先买好皮尺去4S店测量翼子板各个位置的间隙去看厂家的做工怎么样。

    计算公差就算了,翼子板上还有各种造型要求的线条;橙色箭头与车侧窗玻璃形成的beltline;红色箭头与OTR外板形成的shoulderline;还有车前黄色箭头标示的车头featureline…每次模型固定前,设计师、工程师和生产技术人员都会围绕翼子板有一场口水战。

    车载电控单元

    车载的电控单元是看不见摸不着的一段3MB大小的代码。车载控制器和发动机配套的就是发动机控制器(ECU);和变速箱配套的就是变速箱控制器(TCU);和混动配套的有混动中央控制器(HCU),电机控制器(MCU),电池控制器(BMS);还有车身控制器(VCU),ESP……

    在车辆全面电控化的今天,控制器就是各类子系统的大脑,连悬架可能都有独立的控制器。而缺少某个关键控制器,你的车也就和刷ROM挂掉的手机一样,板砖一个……

    然而大多控制器都很小巧,且藏在发动机舱,后备箱或者其他内饰板下面,故障率极低,所以一般用户可能永远都不会接触到,甚至不会意识到他们的存在。可以看到的也只不过是一个金属外壳,不知道里面有什么,知道的人大多以为这只不过是块电路板,也不知道这个可能是整车设计最难和最贵的部分。

    成本最高和设计最复杂的,还不是车载控制器硬件本身,而是你根本看不到的刷写在ROM里的控制软件代码。一个控制器的电路硬件成本可能只有上百美刀。一个复杂控制器装载的软件,比如发动机和变速箱控制器的软件,5兆字节不到,但是从头开发的话需要:①在国外成熟的技术条件下,一个数十人的有相关丰富经验的技术团队。②三至五年或者更久的时间产出第一版量产软件,然后再用一个更久的周期使软件成熟。③轻松上亿人民币的研发费用,而要一个软件真正成熟,经过多年的版本更迭研发费用轻松达到十亿级别。

    这一切只为产出大概3MB的代码。

    所以,很多车载系统的自动化都伴随着极为昂贵和复杂的控制系统设计,比如从手动变速箱到自动变速箱,又比如自动驾驶。其中成本的增加绝对不只是一个几千上万块的箱子或者几个摄像头雷达而已,只不过一般消费者看不到罢了。