全新的大发汽车公司全球架构(DNGA)平台覆盖了日本国内的轻型汽车(K-cars)和新兴国家市场的小型汽车。建立和发展一系列小型汽车的细分市场新平台是当前面临的1项重要挑战。新开发的悬架结构和车身底盘能够支持高性能、轻量化和高刚度的车辆平台。
0 前言
全新的大发汽车公司全球架构(DNGA)平台对其旗下的小型汽车进行了定位。就大发汽车公司设立该平台的目标而言，其既追求“良好的燃油经济性和低成本价位”，又追求“较高的安全性和可靠性”，并把“视觉、触觉、乘坐舒适性”等主观感知特性作为理想小型汽车的制造评价标准。该平台主要面向日本国内和其他新兴国家市场，覆盖了从微型汽车到小型汽车等车型领域(图1)，旨在更好满足客户的需求。本文以2019年7月投放市场的第1级DNGA平台的Tanto车型为例，主要介绍了车辆平台的构成。
图1 DNGA平台覆盖领域1 DNGA 新平台
1.1 概要
大发汽车公司开发DNGA平台的基本理念是由最低价位的微型汽车来确定其商务模式，并使其车型的基本性能和价格方面优于全球平均水平。在此基础上，大发汽车公司还需要考虑节省车型开发工时和周期，并以最少的开发费用和稳定的周期将车型产品投放至日本国内外市场。
新平台的设计要求和目标如下：(1)立足于微型汽车和小型汽车，采用“一次性全部规划”的通用化设计思想；(2)考虑“车辆未来发展”、“动力总成未来发展”、“技术进步和安全性提高”等3方面的发展；(3)在设计构想中融入“新四化”(CASE，即互联(Connected)、自动驾驶(Autonomous)、共享(Shared)、电动化(Electric))理念。
1.2 一次性全部规划与开发
传统的平台和开发速度很难快速适应未来新兴汽车市场的“新四化”发展及激烈的竞争环境。因此，研究人员在对车型进行规划时，需要从开发初期就考虑车型发动机和悬架的安装位置、架构布置、落座位置等因素，并设定可实现通用化的尺寸、位置、性能及规格等方面。同时，研究人员需要对日本和新兴国家市场进行一次性全部规划，以大致相似的方法开发从微型汽车到小型汽车的所有车型，并兼顾高端品质和开发效率。研究人员将动力性能指标设定为：较好的稳定感和乘坐舒适性，并具有物超所值的特点。为了控制开发成本且兼顾汽车性能，研发人员需要在零基础上将所有的构成要素进行全新开发(图2)。
因此，一次性全部规划和车辆技术开发需要同时进行，才能满足从微型汽车到小型汽车的所有性能要求，并使不同车型之间的零部件共用率达到75%以上。
1.3 汽车未来的发展
传统的汽车开发模式是将车体、悬架等模块合为一体，而新平台则是优先控制悬架的输入力，通过优化车体骨架布置来实现对车辆轻量化和车辆刚度的提升。
图2 DNGA平台1.3.1 全新开发的悬架结构
全新开发的悬架结构采用了全新的设计方案，以最优方式控制汽车的运动轨迹和来自于路面的输入力(图3、表1)。在此基础上，研究人员通过降低车辆重心的方式，进一步减小滚动惯性(图4)。
图3 提高车辆运动性能图解
表1 全新设计的悬架结构优点和机械原理
图4 车辆参数优化(惯性力矩)在全新的设计方案中，研究人员对车辆前悬架进行了以下调整：(1)降低前侧倾中心高度；(2)增加前悬架防点头变化率；(3)降低阿卡曼转向比例；(4)减少主销偏置距；(5)提高侧倾角刚度；(6)减小弹性常数。同时，研究人员对车辆后悬架也作了以下调整：(1)采用倾斜衬套以减少侧向力过度转向；(2)变更后梁布置以增加侧倾不足转向；(3)使后减振器前倾；(4)提高侧倾角刚度；(5)减小弹性常数。研究人员通过减少底盘的零部件数，进一步优化了悬架的结构，与上一代车型相比，其质量大约减轻了10 kg(图5)。
图5 底盘零部件轻量化方案1.3.2 全新开发的车身底盘结构
研究人员将来自于前悬架的输入力与施加于后悬架的力进行了合理连接，提高了车辆刚度。此外，研究人员还通过优化结构、应用高强度钢板材料、减轻质量来提高车辆刚度。通过采取以上措施，研究人员最终实现了开发目标，既满足了车辆轻量化，又提高了车辆刚度(图6、图7、图8、图9)。
图6 新开发的车体下部分结构
图7 优化结构的案例
图8 车体下部高强度材料的应用
图9 车体下部骨架与车体刚度优化1.3.3 减轻车辆整体质量
研究人员对车辆悬架与车身底盘结构进行了优化，使各部位的板厚均处于最优状态，同时削减了零部件的数量。为了提高车体上部钢板强度，研究人员使用了大于440 MPa的高强度钢板材料，其强度较之前提高了约10%。此外，研究人员进一步优化了车辆外板和内板冲压件的板厚(图10)，最终使车辆的整体质量比上一代车型减轻了80 kg。
图10 车体上部高强度钢板的应用与减薄外板、隔断的方式1.3.4 车辆的运动性能
在追求“安全、可靠、乘坐舒适性”设计理念的过程中，研究人员发现驾驶员在驾驶时容易出现疲劳驾驶。因此，研究人员需要关注驾驶员疲劳感中的“视觉疲劳”这一因素(图11)。通过基础研究，研究人员发现驾驶员出现视线模糊和头部摇摆的现象会显著影响并加重驾驶员的疲劳程度(图12、图13)。研究人员通过提升车辆基本性能，使驾驶员的视线保持稳定，大幅度改善驾驶员的视线模糊现象。与上一代车型相比，全新开发的车辆将大幅减轻驾驶员的疲劳程度(图14、图15)。
图11 驾驶员疲劳感中的“视觉负荷”
图12 关注的疲劳因素
图13 视线模糊时间变化案例
图14 驾驶员视线稳定化
图15 疲劳感验证结果2 未来发展
未来，DNGA 平台新技术将应用于大发汽车公司旗下所有新车型的设计开发中。按照一次性全部规划及开发效果来看，新车型的投放速度较较上一代车型相比提升了1.5倍。基于新平台，大发汽车公司预计将在2025年前推出多款车型，同时将会依照各国的环保法规要求，推进小型汽车的电动化发展趋势。
3 结语
本文介绍了由大发汽车公司开发，并适用于微型汽车到小型汽车的车型平台。以第1级DNGA平台为契机，全新的DNGA平台覆盖了微型汽车和小型汽车，并将逐步向新兴国家市场推广，随着客户需求的升级，未来的DNGA平台还将不断升级。
本文发表于《汽车与新动力》杂志2021年第5期
作者：[日]飯塚英二
整理：王建萍
编辑：吴玲
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