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欧马可S5,模块化打造的全新平台超级中卡

2019-01-09 18:40:31作者:司马熵来源:

我国中卡产品的发展经历了技术引进、消化吸收、自主研发和创新应用等多个阶段,中卡的产品应用也已渗透到多个领域。特别是近年来,伴随物流运输和城市建设的高速发展,对中卡产品的性能要求不断提升,而市场主体产品平台最近投放市场的也已七年之久。经济与物流的发展,催生对中卡产品技术平台换代升级的迫切需求。

在商用车领域,中卡无疑是最具个性化的车型,城市配送、城际运输、市政作业,轻载、重载、标载,不同的应用领域和工况使得中卡产品的需求千差万别。如何精准满足各细分市场的需求,成为中卡制造企业面临的难题。显然,单一的传统平台已很难应对当下的市场变化,能够灵活、精准的满足细分市场需求特征的全新平台成为中卡产品技术发展的必然。在这样的大背景下,福田欧马可S5超级中卡应需而生。

【欧马可S5超级中卡】

对于汽车产品来说,平台是指在汽车研发设计之初,根据目标需求所搭建的涵盖整车动力、底盘、电子电器和车身4个系统以及产品架构的逻辑关系。通俗来说,欧马可S5是一款彻彻底底的新中卡,也是当前国内中卡市场唯一一款全新平台产品。自2017年上市以来,欧马可S5中卡已取得了1万多辆的销量,并且保持着较高的增长率,这还是在没有拓展专用车的情况下取得的成绩。福田汽车工程研究总院副院长韩云肖认为,S5这款采用全新流程、全新理念、全新试验验证方式开发的全新平台中卡,在给终端用户带来实际价值的同时,也为福田汽车的研发积累了宝贵经验。

新平台聚焦经济性、可靠性

;S5中卡所属的福田M4平台完全来源于市场需求,是根据用户、市场、法规来定义平台。;福田汽车工程研究总院副总工程师田孟义是S5中卡的研发负责人,他强调S5平台从构思时就与原有平台不同,;以前是结构开发,现在是性能导向,这就是开发理念的变化。;整车开发最大的难点就是平台规划,S5中卡面对的市场需求极其丰富,如何用有限的产品技术平台和功能模块来满足,成为开发团队必须要思考的问题。

首先,在选取标杆时,S5研发团队把目光从国内转向欧洲,将戴姆勒、曼恩、达夫的中卡车型作为技术标杆,进行性能水平研究,又将国内占有率最高的车型作为市场标杆,进行竞争力研究。田孟义坦言,S5要实现对上述标杆全面超越不太现实,但把客户最关注的指标做优,其他指标持平,就可以在竞争中胜出。研发团队当时为S5定义的特性有16项,最终根据用户需求来进行取舍。在分析TCO成本结构时研发团队发现,油耗、维修成本排名前2位。于是,重点采用相应的技术手段,实现这两项成本的降低。

在油耗方面,S5采取了十几项手段进行优化。S5造型风格由欧洲设计公司完成,根据福田研发提出的降低风阻需求进行风洞试验,并对造型进行全面优化。S5搭载的福田康明斯ISF4.5发动机,在开发阶段就与整车进行一体化开发,以S5中卡的整车目标性能特征要求作为发动机设计的依据进行输入,一一对应开发。因此,ISF4.5发动机的外特性和万有特性最适合S5中卡,体现出的特点就是升功率最大,最大扭矩输出转速区间最宽,最低油耗率对应的转速及扭矩区间最广。经过传动系统的优化匹配,在更多工况下,使发动机可一直工作在最佳油耗区。此外,通过对动力附件、热管理系统等优化,配合良好的驾驶室密封性与保温性,提升驾驶室采暖或制冷效果,减少空调工作时长,在提升驾驶舒适度的同时,又可降低油耗。S5中卡在终端市场取得的最终油耗表现是:燃油成本1公里节省0.1—0.2元。

【康明斯ISF4.5L发动机】

如果要降低维修成本,就需要提升车辆的可靠耐久性,这也是研发团队花费精力最多的地方。在S5开发中首先采用故障预防的方法,通过采用DFMEA分析、FAT、P图、B图等故障设计预防工具的引用,对整车可靠性进行科学严谨的验证。为此,福田专门聘请了2位可靠性验证专家,一位出自戴姆勒,导入了戴姆勒的可靠性验证方法,另一位为加拿大华裔专家,提供了可靠性验证标准的理论指导。

此外,在可靠性验证方面,针对每个零件,都制定设计验证计划,并经过OTS认可程序的认证,实现可靠性验证的结果准确、科学。在主要零部件基于载荷谱的台架试验基础上,通过采用实际典型客户道路路谱与试验场各种坏路的路谱对比分析,策划耐久性试验方案;并根据所选的普通道路的路谱分析结果,制定了强化可靠性的试验方案。目前欧马可S5可靠性大幅提升,维修间隔较同类产品增长了1/3。

经验丰富的德国专家,可以给出很多可以改进问题的有效建议,他们的开发理念是把问题进行管理,通过反复验证,形成作业模板,比如哪些零部件在什么里程会出现故障,形成监控表,最终把问题归零。加拿大华裔专家则把这些验证标准体系化,以应用于未来的产品开发。据悉,在近日中国汽车工程学会举行的商用车可靠性标准体系研讨会上,福田M4平台的可靠性验证体系得到多方认可,将牵头参与这一标准体系的起草工作。

模块化让定制充满活力

2018年,欧马可S5相继推出快递之星、冷链之星、绿通之星等车型。面对不同细分市场,S5中卡不仅表现出更快速的市场反应能力,还提出了定制化口号,而支撑定制化的是其基于市场需求的平台模块化属性。

【欧马可S5绿通之星、快递之星、冷链之星】

模块化开发方式在欧洲已经兴起多年,福田研发团队参照了欧洲的模块化方式。首先整理出一份详尽的市场需求特性表单,对应形成相应的零部件矩阵。经过细化,将产品平台一次性搭建完成,然后以模块化为主导进行拓展。田孟义举例说,这就像一棵大树的树根,在形成几个根车型之后,下面可以根据不同配置衍生出众多类似于根须的细分车型,用户可以根据自己的需求进行点单。由于模块化零部件矩阵具有很强的拓展性,只要有验证成熟的零部件模块,随时都可以加入到这一矩阵中。S5中卡打出的定制化理念就是根据细分市场的产品需求,用不同的模块实现产品的量身定制。

在卡车产品开发中,如果品种过多,就会造成开发成本不断增加。而通过产品平台化,零部件模块化,S5中卡可以在保证最低成本的情况下,用最少模块满足最多需求。例如,针对快递用户,通过不同的车架和车厢长度模块,实现货厢容积大,满足多拉货,多收益的运输的需要。

田孟义认为,S5中卡平台化不仅是一种理念,还要有实践经验。不能是一个人有这种理念,而是要深深植入到开发团队每一个工程师的心中。来自福田汽车工程研究总院中重卡技术中心的3位年轻工程师,分享了他们在开发S5过程中对于模块化理念的实践经验。

负责电子电器部分电器工程师陈工说,S5的电子架构采用了超前设计,可以满足未来5-10年的需求。将底盘域车身域搭建完成后,便于后期的拓展,这些拓展包括各种驾驶辅助系统、车联网平台升级,特别是国六排放电控系统,S5平台已经提前做好规划,不用做大的改动就能轻松升级,保证了国六技术成熟度。目前S5配装的车联网系统,以实现电子围栏、油耗分析、维保提醒、疲劳驾驶、驾驶行为分析等等功能,可帮助车队进行车辆及驾驶员的管理,提高车队运营效率和经济效益,降低安全风险和能耗。

在谈到模块化的具体体现时,陈工举了一个例子,S5仪表开发通过参数变化配置了26个功能清单,为匹配不同的发动机预留了8种不同需求,但在硬件上只需要一个型号的仪表盘就可以适应所有需求。对于售后服务商来说,仪表备件只需要一种,可以减少库存成本,提升服务速度。对于终端用户来说,模块化程度高可减少配件品种,便于车辆后期的维修,降低维修费用。

负责动力附件部分设计的工程师吴工认为,模块化主要体现在两个要素:一是不变要素,要实现可互换安装,二是可变要素,要适应系统及整车的调整需要。例如,水箱不变的是宽度,可变的是高度、厚度,S5有不同的水箱模块来满足发动机不同动力段需求。S5的进气系统有3款不同流量的空滤器,在国六阶段可根据技术需求选择合适的模块。

【欧马可高位进气系统】

除了自身部门设计理念的变化,部门之间的协同更早更深入。吴工说,以前动力附件对整车NVH的关注度一般,而且介入比较晚,现在欧马可从开发初期就介入,将设计和分析紧密结合。通过对发动机悬置进行仿真分析,优化进气道刚度等手段,使得S5的整体噪声下降了4-5分贝。

而对于底盘制动系统,卡车载重平台不同,对制动的要求也不同,S5制动器形式有很多模块,且这些模块都是验证成熟的模块。在空气处理单元方面,同属于超级卡车的重、中、轻卡都采用同一体系,使得采购成本更低,比如在成本不变的情况下,S5的空气干燥器增加了滤油功能。再如,S5之前采用单缸空压机,客户反映有时候打气时间长,根据这一市场反馈,S5很快就切换为双缸空压机模块。模块化带来了对客户需求的快速响应能力。

一次规划,分步开发。S5采用的平台模块化方式大大降低了开发成本及后期的产品升级成本。田孟义说,被动安全方面,S5在满足欧洲ECE R29 02版法规同时,预留了03版升级空间,2020年5月1日中国将要升级到03版标准,S5不做大的改动就能满足新的标准。此外,S5方向盘内还预留了安全气囊的空间。

展示链合创新的最新成果

一直以来,福田汽车在商用车研发中都在倡导链合创新理念。韩云肖认为,S5中卡所属的M4平台是对链合创新理念的一次生动实践。

在M4平台立项之后,福田决定学习借鉴德国戴姆勒的开发思路和理念,与IBM以及EFS等知名咨询公司进行合作,而后者正是给奔驰卡车做系统咨询的一家公司。除了产品定义采用戴姆勒的定义方法,产品开发流程FCVDS也同样借鉴了戴姆勒商用车产品的开发流程,并结合自身实际,进行了适应性调整,形成了FCVDS 3.0。

【欧马可S5车架】

引入国际化的人才也是实现链合创新的重要手段。福田汽车德国研发中心聘请了前戴姆勒的工程师,福田汽车工程研究总院聘请了前五十铃的工程师,福田戴姆勒的外方工程师也作为顾问参与了M4平台的车辆评价工作。戴姆勒专家带来工程经验,五十铃专家带来技术管理经验,奥地利ECS专家负责底盘调校,日本工程师则偏向于从用户角度进行评价,多方智慧结合在一起,把产品变成商品,最终交出一份相对完美的作业。

汽车产品的研发,有高手的引领很重要。韩云肖说,国内商用车研发遇到的瓶颈,必须要通过链合的力量来突破。;全球三大企业戴姆勒、康明斯、采埃孚都已经与福田汽车合资,中方研发团队与这些高手学习,可以在合作中快速提升自己的能力。;

只为用户运营价值的最大化

对用户而言,平台模块化似乎是一个看不见摸不着的理念,但其实它给用户带来的好处显而易见,那就是能更容易找到一款最适合自身业务的运输工具,从而实现运营价值最大化。相比以往一车多用的粗放式用车理念,这无疑是一种进步。模块化设计就像搭乐高积木一样,在一个平台上可以通过模块数量加减来完成不同产品的变形。从用户角度最直接的感知就是产品可靠性提升,油耗降低,维修更便利。因为模块化使得车辆零部件数量减少,车辆自重降低,生产装配复杂度下降,产品质量控制更加容易。其中,采用模块化、轻量化设计的ISF4.5发动机,零件数量减少40%,自重仅395kg。

与通用化开发过程不同,欧马可S5在开发中重点针对不同细分市场的专业化需求构建出不同的模块,比如,农副生鲜产品运输车主要为标载,可以走高速路绿色通道,对车速和车辆可靠性要求较高,车辆自重要轻,而价格不能太高;以顺丰为代表的快递企业,主要运输轻抛货物,对车辆的准点率要求高,车的载重能力不要求太高,但车速要求高,对车辆安全配置要求也更高;这些特点要求在设计时必须在零部件选型方面具有针对性。除物流领域,S5超级卡车平台还将面向更为复杂的专用车市场,而很多专用车的作业工况复杂,一些环卫车作业车速只有7-10 km/h,而往返场站时车速则要达到50-60 km/h,这就要求发动机调校时要兼顾到两种需要,最大化满足用户需求。

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