[乾貨] | 一文看懂新能源電動汽車完整研發流程

本文授權轉載自：驅動視界（ID：VehicleDriveTech），作者：Tong Song

隨著電動汽車技術的快速發展，各大車企紛紛爭相推出自家的產品搶佔電動汽車市場。但是你可能並不一定真正知道電動汽車是如何研發的。下面將詳細介紹一款全新電動汽車的研發全過程，希望讓你多少對其有些了解。

···················一、策劃階段···················

在汽車新產品開發之前，通常要對產品和市場進行調查，了解市場需求和新技術的發展狀況，同時結合公司自身的特點、技術水平、設備狀況、工藝水平、生產能力和實力等狀況進行分析，必要的時候還要走訪客戶、考察配套商或者進行必要的試驗測試等工作。

這一階段必須要確認新產品的技術狀態、產品檔次、產品配置、目標成本以及預期售價、合理利潤等。這些都是產品開發的初期資料和基本依據。決策階段的工作必須務實和求真，分為如下步驟：

1.1、進行積極的市場調研和技術調研

提出準確的市場預測和技術可行性報告。

市場調研是為了確定產品的預期市場佔有率，同時也是為了全面了解市場對該類產品的功能、性能、安全、壽命、外觀等方面的需求。

技術調研包括對目前市場上同類產品的技術水平，所使用的新技術、新材料和新工藝等進行預測。同時關注國家的重點項目、科技發展信息及產業結構調整對技術提出的新要求等，關注國家是否有新的技術法規和使用標準等。

1.2、進行可行性分析

從本企業的生產經營角度，進行新產品開發的可行性分析，掌握本企業的技術來源和技術優勢，對產品的開發周期和開發費用等投資作預測，對該產品的產量和盈利能力作預測，編寫產品開發可行性報告。

1.3、對可行性報告進行評審

評審通過後列入企業產品開發計劃，然後編寫產品開發任務書。

任務書一般包含如下內容：產品設計和立項的依據、產品的用途和使用範圍、產品的總體方案概述、關鍵性技術方案、總體布置及主要結構概述、基本的技術參數和性能指標；與其他同類產品的比較和改進目標，對產品的性能、壽命、成本的要求，標準化的綜合要求，以及產品所遵循的法律法規；確定產品的開發周期和開發團隊名單；對產品的試製試驗周期和上市日期的估算等。

···················二、設計階段···················

設計階段主要是指通過設計確定總體方案、造型方案，進行設計計算，繪製設計圖紙，編寫設計文件，必要時還需要進行試驗和設計評審等，整車設計一般分為如下步驟：

2.1、概念設計階段

在汽車新產品開發之前，公司需要對產品和市場進行調研，了解市場需求和新技術的發展狀況，提出準確的市場預測和技術可行性報告，企劃部門根據可行性報告，制定項目概念，包括產品車型基本參數、車身樣式、同類車型、開發周期、競爭優勢、生產地、生產綱領等項目立項的戰略文件，成立項目組，啟動項目開發。

概念設計階段確定整個汽車產品的目標定位，確定整車、各大總成的性能參數，制定各大總成設計任務書，規定設計控制數據，完成可行性研究報告。概念設計是汽車設計中最重要的階段，許多整車參數都在此階段確定。這些參數決定了整車結構尺寸的詳細設計。由於整個系統的複雜性，僅依靠經驗和樣車試驗，無法形成完整科學的設計控制指標。

基於CAE技術及大量經驗和試驗數據的整車數字化模擬體系可以模擬整車在不同路況下的實際響應，為各零部件的精確CAE分析提供載荷條件，從而進行複雜的非線性動力學分析、關鍵部件疲勞壽命分析、整車NVH分析。

使用CAE分析驅動車身結構設計的方法,在詳細CAD設計過程之前介入對各種方案的粗略分析，定量地分配強度、剛度、質量等設計控制指標，並設置碰撞安全性目標和NVH性能目標，明確車輛動態性能的目標。

概念設計階段決定了車輛整體結構性能，要求設計者具有豐富的設計和製造工藝經驗。

2.2、方案設計階段

主要工作內容為確定總體方案、造型方案，設計計算，繪製設計圖紙，編寫設計文件，內外油泥模型凍結。這標誌著前期整車開發結束和項目工程開始正式啟動；產品的技術方案的可行性分析和總體工藝可行性分析結束。

2.2.1、制定設計原則

這一階段的主要任務是制定設計方針，明確目標，確定是全新產品設計還是改型設計，是自主設計還是反求設計等。

明確最基本的技術要求後，還要了解國家在汽車產品的技術方面的先進性、產品的系列化和生產方式方面的具體要求，同時收集國內外的資料，進行使用調查、生產狀況調查以及同類產品的結構分析，通過整車結構和外形設想，制定產品的開發設計原則。

設計原則應包括：對技術的先進性、工藝性、繼承性、零部件通用化和生產成本的要求；產品使用中要優先保證的性能以及要考慮到的變型等。

通過對產品方案進行性能和成本分析，確定合理的設計方案。通常要繪製或提供多套總體方案，要求各個方案的特點要突出，思路明確，然後對這些方案進行分析、評價，區分各方案的差別並改進，形成最終方案。

2.2.2、選型和制定設計任務

這一階段主要是正確地選擇整車和各總成的結構形式以及主要的技術特性，確定性能參數，形成整車概念，並進行總體布置和選型工作，編製設計任務書。主要包括以下內容：

2.2.2.1、汽車總布置設計

總布置設計時要求將汽車各個總成及裝載的人員或貨物安排在恰當的位置，以保證各總成運轉相互協調、乘坐舒適或裝卸方便。還需要擬定出許多重要總成的相關位置和控制尺寸。這個過程一般需要由經驗豐富的專門人員進行。經過汽車總布置設計，可確定汽車的主要尺寸和基本結構。

2.2.2.2、繪製效果圖

效果圖用來表現汽車造型效果。總布置圖完成後，造型設計師根據總布置設計確定的電動汽車尺寸和基本形狀，勾畫出汽車的大體形象，或繪製構思草圖，或繪製彩色效果圖。

2.2.2.3、製作產品模型

可根據需要製作縮小比例模型。比例模型是在彩色效果圖的基礎上更進一步表達造型構思，更具有立體形象，更有真實感，要求各部分比例嚴格、曲線流暢、曲面光順。縮小比例的模型還可以用於風洞試驗，用來確定空氣動力學特性。

在汽車造型設計中，油泥模型製作是十分重要也是必須經歷的一個環節。它將平面圖形立體化，呈現出了一個十分逼真的立體汽車形態。這些模型帶給我們的感受和實車是截然不同的，但相同的是，都能讓我們體會到汽車每一個細節設計，或結實飽滿，或端莊，或動感十足。

2.2.2.4編寫產品設計任務書

其內容包括：任務來源、設計原則和設計依據；產品的用途及使用條件；汽車型號、承載容量、布置形式及主要技術指標和參數，包括空車及滿載下的整車尺寸、軸荷及性能參數，有關的可靠性指標及環保指標等；各總成及部件的結構形式和特性參數；標準化、通用化、系列化水平及變型方案，擬採用的新技術、新結構、新裝備、新材料和新工藝，維修、及其方便性的要求，續駛里程；生產規劃、設備條件及預期製造成本和技術經濟預測等。

有時也加入與國內外同類型汽車技術性能的分析和對比等。有的還附有汽車總布置方案草圖及車身外形方案圖。

2.3、詳細設計階段

在汽車造型審定後，就可以著手進行汽車結構設計，確定整車、部件（總成）和零件的結構。主要內容如下：

1. 進行各項參數計算，確定總體配置。

2. 確定各部件總成所在的位置和連接方式。

3. 確定各部件總成的控制尺寸和控制質量。

4. 確定各操縱機構的位置及其運動範圍。

5. 對各運動零 牛進行運動校核，防止運動干涉。

6. 確定駕駛區的內部布置，駕駛員視野以及周邊各附件的操控的方便性，此時要考 慮駕駛員的操縱輕便性以及義表、照明、暖氣、除霜及通風性能。

7. 確定車輛內部空間的大小，確保乘客的乘坐安全性和舒適性。

8. 確定各部件的質心位置，計算電動汽車在空載和滿載時的軸荷分布情況和質心高度。

詳細設計階段的CAE技術具有傳統的應用，支持產品設計，保證設計滿足強度、剛度、疲勞壽命、振動雜訊要求和設計質量控制目標，達到優化設計的目的。這一階段的工作取決於汽車的性能目標，關鍵在於建立完善的分析方法和評價策略，主要包括以下分析內容：

2.3.1、碰撞分析

目的在於提高產品的被動安全性能，通過正面、側面、後面、翻滾等各種實車安全性能方面的模擬分析，在產品設計階段及時發現產品被動安全性能方面的缺陷，提出改進措施，確保產品及時通過國家規定的各種被動安全性能方面的法規，避免產品投入市場後出現不良的反映及其帶來的各種嚴重後果。

如何提高車身的抗碰撞能力是汽車被動安全性中需要解決的問題。抗碰撞性能直接影響到產品最終能否投向市場。為了提高抗碰撞性能同時考慮到輕量化的要求，當前汽車產品越來越多地使用超高強度鋼板和輕質合金材料，如鋁、鎂合金。

2.3.2、NVH評價

NVH性能是評價車輛舒適性的重要指標，直接關係到產品的市場形象。NVH分析有助於匹配產品結構中各子系統的振動頻率特性，合理分布各子系統的振動頻率和振型，以消除振動過程中的耦合現象 ，從而改善產品的振動特性，降低產品的噪音，提高產品的舒適性能。

噪音、振動分析包括動力總成的剛體模態、點的傳遞函數、靜負荷強度及動態響應、BIW動態穩定性，整車各子系統的剛度頻率匹配等。目前國內在該方面的研究能力仍較薄弱，主要原因在於試驗手段的缺乏和數據積累的不足，尚未形成系統的分析規範。

自主品牌的汽車和國外知名品牌的汽車競爭，NVH性能是關鍵的衡量指標之一。

2.3.3、系統整體優化

在工程樣車試製之前，基於多柔體系統理論，解決汽車機械系統設計和動態性能的優化設計問題，將車輛作為一個完整的控制系統進行分析研究，可以建立整車動力學模型，並針對操縱穩定性、平順性和制動性等性能進行虛擬試驗場動態模擬分析，並輸出標誌整車動態性能的特徵參數，制定優化策略。

它可讓設計人員掌握部件結構參數和整車性能的關係本質規律，並對其性能進行預測、可行性研究和優化設計。車輛多體分析內容包括懸架振動、車輛操穩性能和舒適性能等。

2.3.4、流體分析

流體分析在汽車工業中主要考慮車外流場對汽車的阻力和升力、車內空調系統通風口的設計、發動機艙的散熱、制動系統的散熱等，考察整車外形是否流暢，空調系統是否可以快速調節車內所有地點溫度，發動機艙和制動片是否散熱良好等。

在產品設計階段就可以預測產品的空氣動力學特性，確保產品製造出來後符合設計時的空氣動力學的要求。通過流體動力學分析驗證和改進流體及熱傳導對產品性能的影響。

2.3.5、產品疲勞壽命分析

產品疲勞壽命是現代設計的一個重要指標。它有助於提早發現產品結構的強度及疲勞耐久性方面的問題，對高應力區域提供優化解決方案。

通過合理地分配結構中的各種載荷，從而改善其疲勞耐久性能，提高產品的可靠性能。疲勞壽命設計需要了解產品的使用環境。疲勞耐久性分析包括懸掛組件強度、車門強度、引擎蓋強度、行李箱蓋強度等。隨著市場競爭的日趨激烈，產品的壽命成為樹立產品品牌形象的重要指標。

2.3.6、衝壓模擬分析

衝壓成形模擬有助於確定產品的可製造性，優化衝壓方向，工藝補充，坯料估算和排樣。

它可以在設計階段預測產品衝壓成形中可能出現的質量缺陷(如起皺、開裂等), 進而對產品設計進行優化, 以消除成形缺陷。

由於此時還處於產品設計階段, 產品的修改代價最小。此部分成熟的應用軟體有ETA公司的DYNAFORM 和LSTC公司的LS-DYNA。

由於汽車車身上金屬覆蓋件占的比例最高，鈑金件的模具成本是整個製造過程中最大的成本之一。工藝過程模擬是降低廢品率壓縮生產成本的有效方法。

工作設計圖

工作圖設計是指在技術設計的基礎上，完成在試製或生產過程中加工、裝配、銷、生產管理及隨產品出廠使用的全部圖樣和技術文件。

成套的產品圖樣由總圖、簡圖、主要零部件圖、部件裝配圖、總裝配圖、安裝圖、樣目錄、明細表、匯總表等組成。

零件圖需要詳細地標註出各部分的尺寸。總成圖應清地表達零件相互裝配的關係並標註出相關的裝配尺寸及裝配要求。圖紙繪製成後．需要部件和零件按照它們所屬的裝配關係編成「組」及其下屬的「分組」號碼。每個部件、件及其圖紙都給定一個編號，以便於對全部圖紙進行管理。

設計階段工作量大而繁瑣，可能需要一個或幾個團隊一起來進行。整個設計工作的綱領即是設計任務書，設計人員之間始終要對相關的零部件進行校核，預測可能出現的盾和問題，共同探討解決問題的辦法。

幾個階段的數模

工藝數模：設計數模，沒有最終定型，還會有很大的改動，即用大體的數模進行工藝分析。

NC數模：數模凍結，可以對外發布，不會再改變，即數模已經定型，要進行下面的工作，如出圖，工裝等。

SE數模：並行工程，也叫同步工程，是一個相互協調的過程，也可以理解為工藝的前期介入。進行SE分析的數模，與設計同步進行，從而加快整車的研發周期。

···················三、試製試驗階段···················

試製試驗階段是產品由圖紙走向實踐的過程，進行樣機試製試驗並進行小批試製，驗證產品圖樣、設計文件和工藝文件、工裝圖樣的正確性；驗證產品的適用性、可靠性和安全性，並完成產品的鑒定。通過小批量試製，進行產品的各種形式試驗和試銷，確認產品的性能和適應性。

試製試驗階段的主要工作包括以下三個方面。

3.1、樣機試製

樣機試製是指根據設計圖樣生產零部件，進行樣機組裝試製。汽車的樣機試製不僅是按汽車零部件圖紙生產，還需要對生產所用到的一些輔助模具、檢具進行設計，包括編製工藝文件和製作必要的工裝設備。

生產樣機的數量應根據產品的類型和試驗需要來確定。試製樣機的主要目的是為了驗證設計產品的結構、性能和工藝性等，考核產品圖樣和設計文件的質量，同時為試驗提供必要的車輛。

RP裝車件

是快速成型（也稱快速原型）製造技術(Rapid Prototyping & Manufacturing, RP & M ) 是80年代發展起來的一種新型製造技術。

RP試製樣件可以用作CAD數字模型的可視化、設計評價、干涉檢驗，甚至可以進行某些功能測試。

另外試製件能夠使用戶非常直觀地了解尚未投入批量生產的產品外觀及其性能並能及時作出評價，使廠方能夠根據用戶的需求及市場調研及時改進產品，為產品的銷售創造有利條件並避免由於盲目生產可能造成的損失。利用RP件試製能優化產品設計、縮短產品開發周期、降低開發成本，從而提高企業的競爭力。

3.2、樣機試驗

樣機試驗是對電動汽車的設計和產品進行驗證，以保證產品的結構和安全。樣機試驗是多 方面的，目的是為了驗證產品的可靠性、安全性，並進行技術鑒定。

整個試製試驗過程也是汽車設計從理論走向實踐的過程，試製試驗的主要工作是進行樣車試製，掌握整車和部件的結構工藝性，發現整車在裝配中發生的問題並及時協調解決。

這一階段要求技術設計的開發團隊進行必要的跟蹤和服務，將反映出來的問題一一記錄，為技術或工藝的改進提供最直接的參考。為驗證樣車是否符合設計要求，必須進行試驗。

在試驗過程中，設計人員要及時地與試驗人員溝通，及時分析和解決出現的問題，取得相應數據，對設計的改進提供原始資料。試驗的項目包括尺寸參數和質量參數的測定、整車性能試驗、可靠性試驗和耐久性試驗，試驗的過程有可能延續至產品定型。

3.2.1、當前最常用的整車試驗驗證方式有：

3.2.2、整車開發各階段的試驗驗證及目的

3.2.3、考核類型、試驗方法和設備儀器

3.2.3.1考核類型主要分為：

3.2.3.2根據考核類型確定試驗方法：

3.3、小批試製

小批試製是在樣機試製試驗的基礎上進行的，它的主要目的是考核產品的工藝性，驗，證正式生產全部工藝文件及工藝裝備質量，並進一步驗證產品的性能、結構和經設計改進後的產品設計文件及圖樣的正確性和合理性。

小批量試製在工藝上為批量生產做準備，因此應按工藝管理的有關規定進行。小批試製應依據樣機試製階段經確認的全部技術文件及圖樣進行。

小批量試製完成以後，提交經過修改、改進並最終通過評審的設計資料、工藝文件和全部圖樣，最終形成完整的產品文件。

···················四、生產階段···················

4.1、試生產準備階段（ET）

Engineering Trial，工程調試——設計驗證階段。

沖、焊、塗、總四大工藝及檢驗的人、機、料、法、測已準備完成，設計確認車完成規定的可靠性和耐久性試驗項目。 　　

4.2、批量試生產階段（PT）

Production Trial，生產調試——生產驗證階段。

所有的零部件和總成件都是用批量生產的設備及工裝模具製造出來，整個生產過程可在不連續的條件下按試生產階段圖紙進行生產，從而對各工序加工能力、生產設備、試生產控制計劃是否適當以及生產線的製造可行性、裝配可行性、通過性、批量生產的適宜性進行實際驗證；新產品上市流程已啟動。

4.3、預生產階段（PP）

pre-production or pilot production 預生產或 試生產。

預生產——初期量產，典型要求：工藝規範化、物流規範化，包裝規範化、工位器具規範化、節拍符合設計要求、 人員與訓練組織到位

4.4、量產階段（SOP）

SOP 階段（Start Of Production，小批量生產階段）。

各項驗證完成，進入投放市場的 小批量生產。 典型要求：按設計節拍實現標準化作業。得到國家和地方認證後，電動汽車還需要通過調試、驗證階段。產品將在實際產線上進行初產驗證，目標達成後，將進行大批量的生產。