Основные стадии и этапы проектирования автомобиля: от ТЗ до испытаний

Введение в процесс проектирования автомобиля. Процесс проектирования автомобиля представляет собой комплекс конструкторско-экспериментальных работ, направленных на создание промышленного образца. Этот масштабный процесс начинается с формирования технического задания и завершается корректировкой технической документации согласно утвержденному технологическому процессу. Каждая стадия строго регламентирована и включает последовательные этапы, обеспечивающие глубокую проработку конструкции. Общая схема стадий и этапов, включая их взаимосвязи и параллельное выполнение, наглядно представлена на рис. 1. Данная схема служит основой для понимания всего последующего материала.

Рис. 1. Основные стадии и этапы проектирования автомобиля

Формирование технического задания (ТЗ). Первой и фундаментальной стадией является составление технического задания (ТЗ). На этом этапе проводится тщательный анализ требований заказчика, директивных документов и существующих тенденций развития автомобилей целевого класса. Результатом этой работы становится документ, определяющий основные параметры и направление всего проекта. Важно отметить, что работа над эскизным проектом часто начинается параллельно, чтобы ключевые идеи по общей компоновке и внешним формам могли быть включены в техническое задание. Таким образом, стадии Техническое задание и Эскизный проект тесно перекрываются.

Разработка эскизного проекта. Стадия эскизного проекта включает несколько критически важных этапов: эскизную компоновку, создание поисковых макетов внешних форм, макетирование внешних форм и внутреннего пространства. Эскизная компоновка является начальным этапом, в ходе которого устанавливаются предварительные габаритные размеры и относительное расположение основных агрегатов, положения водителя, пассажиров и груза. Если техническим заданием не определена конкретная компоновочная схема, инженеры прорабатывают и сравнивают несколько вариантов, оценивая их по множеству критериев. Ключевыми факторами выбора являются масса автомобиля и ее распределение по осям, габариты, комфортабельность, удобство обслуживания и технологичность.

Создание поисковых и полноразмерных макетов. Поисковые макеты внешних форм создаются для нахождения общей архитектурной идеи кузова легкового автомобиля или кабины грузовика. Эти макеты, выполняемые из пластилина в масштабе 1:5, могут испытываться в аэродинамической трубе для определения коэффициента аэродинамического сопротивления. После утверждения концепции переходят к созданию полноразмерного пластилинового макета в масштабе 1:1. Этот макет многофункционален: он служит для окончательного утверждения эстетики, проверки визуального восприятия и является источником данных о наружных поверхностях для последующего проектирования. Параллельно создается макет внутреннего пространства (интерьера) из дерева и подручных материалов в масштабе 1:1.

Назначение макета интерьера и шасси. Макет внутреннего пространства предназначен для всесторонней проверки эргономики автомобиля. На нем оценивают комфортабельность посадки, удобство входа и выхода, обзорность с места водителя и доступность органов управления. Макет оснащается прозрачными пластиковыми стеклами и панелью капота для точной оценки передней обзорности. Для грузовых автомобилей дополнительно макетируется пространство кабины, а для легковых — внутренний объем багажника. Основой для его построения служит полноразмерный чертеж внутренней планировки, что обеспечивает высокую точность и достоверность проводимых эргономических исследований.

Стадия технического проекта. Стадия технического проекта включает завершение общей компоновки, макетирование шасси и разработку конструкции основных агрегатов. Эти работы проводятся параллельно с макетированием кузова и интерьера для оптимизации сроков проекта. После утверждения эскизной компоновки и архитектурного решения начинается фаза глубокого уточнения. Инженеры детально прорабатывают взаимное расположение агрегатов, согласовывают их размеры и параметры, что требует применения специализированных методов документации. Это обеспечивает точную стыковку всех систем будущего автомобиля.

Разработка плазов и увязочной схемы. Для точной пространственной увязки компонентов разрабатываются плазовые чертежи и увязочная схема автомобиля. Плазовый чертеж — это полноразмерное изображение (масштаб 1:1), снабженное координатной сеткой. Обычно выполняют отдельные плазы для шасси и кузова, чтобы избежать перегрузки чертежа. На плазе шасси изображают контуры всех агрегатов и узлов, включая их крайние положения, что позволяет визуально проверить зазоры и правильность компоновки. Увязочная схема, выполняемая в масштабе 1:5, содержит исчерпывающую информацию о размерах, размерных цепях и результатах расчетов.

Макетирование шасси и разработка агрегатов. Учитывая высокую плотность компоновки в моторном отсеке, обязательно создается макет шасси или его силовой части в масштабе 1:1. Этот макет, часто изготавливаемый из дерева и подручных материалов, позволяет решить ряд сложных задач. С его помощью проверяют реальные зазоры, прокладывают трассы трубопроводов и электропроводки, оценивают удобство обслуживания и демонтажа агрегатов. Главным итогом стадии технического проекта является завершение разработки конструкций основных агрегатов автомобиля в объеме, достаточном для выпуска полного комплекта рабочих чертежей.

Стадия разработки рабочей документации. Следующая стадия — разработка рабочей документации — охватывает выпуск рабочих чертежей, технических условий, изготовление и испытание опытных образцов. На основе утвержденного технического проекта разрабатывается полный комплект рабочей технической документации, строго соответствующий требованиям ЕСКД (Единой системы конструкторской документации). Эта документация является руководством для изготовления опытных образцов автомобиля и в дальнейшем проходит цикл корректировок по результатам испытаний. Изготовление опытных образцов осуществляется по обходной технологии, но с безусловным соблюдением всех требований чертежей.

Изготовление и испытание опытных образцов. Опытные образцы агрегатов и автомобилей изготавливаются несколькими последовательными сериями. Такой подход позволяет учесть опыт и внести необходимые доработки в каждую последующую партию. Испытания вновь созданных агрегатов проводятся как на специализированных стендах, так и непосредственно на автомобилях. Стендовые испытания позволяют определить выходные характеристики и выявить дефекты в контролируемых условиях. На автомобилях же испытываются наиболее сложные агрегаты, такие как двигатель, гидропередача и рулевой механизм, требующие длительной доводки в условиях, приближенных к реальным.

Доводочные испытания автомобиля. Экспериментальная проверка и доработка конструкции осуществляются в ходе доводочных испытаний автомобилей, которые подразделяются на лабораторные, лабораторно-дорожные и пробеговые. Лабораторные испытания включают обмеры, взвешивание и оценку параметров, не связанных с пробегом (обзорность, эргономика). Лабораторно-дорожные испытания направлены на определение динамики, топливной экономичности, управляемости и эффективности торможения. Пробеговые испытания проводятся для оценки надежности, удобства эксплуатации и выявления скрытых дефектов в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации.

Заключение. Процесс проектирования автомобиля является итерационным и сложноорганизованным. Он включает множество взаимосвязанных стадий, от первоначального замысла, фиксируемого в Техническом задании, до всесторонних доводочных испытаний опытных образцов. Каждая стадия, будь то Эскизный проект, Технический проект или Разработка рабочей документации, вносит свой критически важный вклад в создание конечного продукта, отвечающего всем предъявляемым требованиям по безопасности, надежности, комфорту и технологичности.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.