案例分享 | modeFRONTIER助力福特的整车架构研发和优化

整车架构设计是对关键机械部件和驾驶员环境的布局和安排，车辆结构应具有机械和乘车人安全性的要求。而对于安全性的要求，是所有指标的重中之重。对于车辆结构综合系统中，同时需要具备所有功能和属性的接口。在前期的设计开发阶段，需要评估关键的架构参数对性能的影响。这并不意味着其他参数不重要，或者不值得考虑。只是在这个设计阶段，还没有涉及到详细的细节分析。

而部件团队设计的重点，需要考虑到机械组件，例如整体内部和外部的大小。前部有重要的发动机和主系统。像发动机传动系统，底盘和电气化布局。同时需要考虑到燃油经济性和外气动性等因素。

对于概念设计阶段，因为需要考虑到很多框架和条件的限制，这里需要对潜在的设计空间进行有效的探索。以福特的设计团队为例，在新款车的研发初期，他们会从需求分析，和概念探索等方面来替代传统的设计步骤，见下图。

在早期的概念设计阶段，基于modeFRONTIER的空间探索功能来研究设计空间，并执行概念设计的优化。如果没有找到全局最优的设计点，则并不急于进入详细设计阶段。而是需要详细的明确设计可能的上下限，确保在进行详细设计阶段，不会使方案陷入局部最优的设计。

在这个阶段，需要通过已有车型来明确上下限边界，以及确定一些性能指标。例如，需要确定车身尺寸、轮胎尺寸、油箱容量、发动机功率、传动布局以及进气等一系列情况。同时需要明确设计的气动系数等参数。

一旦确定了新车型的基本参数范围，此时需要通过优化工具modeFRONTIER来搭建基本的设计优化流程，从而确定基本的性能参数。在这个阶段所搭建的优化流程并不是针对单一设计任务，而是需要从全局统筹的角度出发，针对整车来定义优化任务。下图为基于modeFRONTIER搭建的概念阶段集成了所有模型的优化流程图。这里每个独立的模型，都分别由相应的负责人创建，然后再modeFRONTIER中将它们集成为一个串行的协同计算流程。这里根据项目需要，可以增加新模型或者删除不重要的模型。

随着全世界对环保问题的日益关注，也不可避免的对以后的设计带来一些影响。以燃油经济性指标为例，政府的排放法规对每辆车的设计碳排量有了更严格的要求。而对于车辆设计生产企业，会计算所销售车辆总的碳排量。如果总的碳排量低于规定值，则企业可以获得碳积分；而相应的如果高于规定值，企业就需要从其他的企业那里购买碳积分指标。

从这个意义上说，碳积分指标已经成为一个货币化的商品。这就使得生产碳排放量低的车企有了更大的优势，可以增加利润。所以对于车企来说，以后对碳排放的考虑也是整车设计一个重要的指标。

为了研究影响碳积分指标的因素，这里通过modeFRONTIER的敏感性分析功能来计算整车设计需要考虑的相关参数，对于碳积分指标的影响，如下图所示。

通过对散点图的分析可以得知，考虑车身成本与碳积分指标之间的关系时，如果降低车身成本，就会导致碳积分指标有负的效应。而如果希望保持碳积分有正的效应的话，又会明显增加成本。最好的设计如下图右上方所示。

通过平行坐标图也可以用来确定最佳的方案，通过平行坐标图可以通过某些指标来做方案的过滤和筛选，如下图所示，最终确定了3444号方案为最优方案。该方案在车辆性能，碳积分指标以及成本方面做了取舍，并获得了满意的效果。

福特团队通过modeFRONTIER完成了对于新车型的整车开发和优化，modeFRONTIER可以有效地定义和帮助工程师理解设计空间，并用来研究不同的设计情况，同时也可以解决目标之间不兼容问题的并通过寻找全局最优解来获得解决的方法。