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選思考

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2023.02?總第 547 期?￥20.00

ISSN 1004- 2830

CN 11 - 2984/U

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《汽車與駕駛維修》雜志?月刊?1992 年創(chuàng)刊

2023.02?總第 547 期?每月 10 日出版

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ISSN 1004- 2830

京朝市監(jiān)廣登字 20170064 號

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汽車與駕駛維修

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新能源維修技術│NEV TECHNOLOGY

一汽-大眾ID.4 CROZZ后驅動電機異響的故障診斷、更換及

匹配

故障排除│TROUBLE CLEARING

2019年產豐田威爾法電動行李艙蓋功能偶爾失效的

故障排除

2018年產雷克薩斯LX570行駛中四驅控制系統(tǒng)故障燈點亮

北京現代名圖轎車故障3例

學術│ACADEMIC

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技能大賽引領汽車專業(yè)教育教學改革的探究與實踐

002

003

009

故障排除

TROUBLE CLEARING

002 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

文 ：張海闊

一汽 - 大眾 ID.4 CROZZ 后驅動電機異響的

故障診斷、更換及匹配

關鍵詞 ：后驅動電機、能量回收、

功率地址裝置匹配

故障現象 ：一輛 2022 年產一汽 -

大 眾 ID.4 CROZZ 長 續(xù) 航 版 純 電 動 汽

車， 電機型號為 EBN049953， 行駛里

程 2.4 萬 km。用戶抱怨車輛購買 1 年以

后，感覺低速加速或制動時車輛后部發(fā)

出明顯的“噔、噔、噔”敲擊聲。故障

在 B 擋模式行駛較明顯，而且在踩下和

松開加速踏板時異響明顯，但在持續(xù)輸

出動力時不明顯。

檢查分析 ：維修人員舉升車輛檢

查， 底盤無刮蹭、變形和松動現象。使

用 專 用 故 障 診 斷 儀 VAS6150 檢 測， 只

有 09- 中 央 電 氣 電 子 裝 置 存 在 故 障 碼

“B1B1415—— 數 據 總 線 診 斷 接 口 的 散

熱器風扇，斷路 / 對正極短路”，且故障

碼無法清除。但 51- 功率電子裝置、03-

制動防抱死系統(tǒng)（ABS） 和 23- 機電助

力制動系統(tǒng)（EBKV）等都沒有與故障相

關事件記錄。該車型已取消單獨給網關

和信息娛樂系統(tǒng)控制單元散熱的風扇，

因此故障碼 B1B1415 是空故障碼，并不

影響車輛功能。將其他一些歷史偶發(fā)故

障碼清除后，試車確認故障依然存在。

維修人員讓另一位技師趴在行李

艙 內， 然 后 駕 車 進 行 路 試， 確 認 響 聲

來 自 車 輛 后 部 底 盤， 并 且 位 于 車 輛 底

部的中間位置。將車開到維修地溝上

前后反復行駛（圖 1）， 發(fā)現響聲是從

驅動電機內部發(fā)出。

維修人員根據故障現象分析，由于

加速階段有異響，持續(xù)驅動時向外輸出

動力無異響 ；又因為制動時驅動電機不

會繼續(xù)向外輸出動力，故障車制動時依

然有響聲，因此故障原因可能與能量回

收有關系。于是維修人員拔下 ABS 輪速

傳感器插接器，以防止能量回收系統(tǒng)工

作。試車發(fā)現響聲徹底消失，恢復輪速

傳感器的插接器使能量回收介入后響聲

再現。由此維修人員判斷驅動電機故障。

由于該車型采用電機、電控和減速

器高度集成的三合一組件，經查詢，驅

動電機沒有單獨零件提供，所以只能更

換三合一總成件

故障排除 ：更換三合一總成（圖 2）。

帶功率電子裝置的新驅動電機安裝后，

需 要 匹 配 防 盜 系 統(tǒng)， 車 輛 才 可 以 進 入

READY。試車發(fā)現響聲消失， 但功率電

子裝置報故障碼“41733——控制單元，

軟件不兼容”（圖 3）， 同時儀表板高電

壓系統(tǒng)黃色故障指示燈點亮。

由于新的驅動電機軟件版本較

高， 維 修 人 員 在 對 功 率 電 子 裝 置 控 制

單 元 做 在 線 軟 件 配 置 時， 系 統(tǒng) 直 接 提

示“ERP0617”， 即 未 能 計 算 出 控 制 單

元信息而導致匹配失敗。用其他正常車

輛嘗試給新?lián)Q的功率電子裝置做在線軟

件配置，發(fā)現只能顯示匹配值，并沒有

參數設置和編碼。直接用 ODIS 服務版

解 SFD 后改用 ODIS 工程版進入 HEX 服

務，輸入“2E 09 03 01”，返回值為“6E

09 03”（圖 4）。重新開關點火開關后，

故障碼可以刪除（如返回值不是“6E 09

03”，請確認 SFD 已解除重新操作）。

功率電子裝置匹配完成后，借助冷

圖 1 車輛停放在地溝上判斷異響

圖 2 驅動電機三合一總成

圖 3 功率電子裝置故障碼

（下轉第 4 頁）

故障排除

TROUBLE CLEARING

003 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

文 ：江浩男、蔣錢浩

2019 年產豐田威爾法電動行李艙蓋功能偶爾

失效的故障排除

關鍵詞 ：電動行李艙蓋鎖總成、位

置開關

故障現象 ：一輛 2019 年產進口豐

田威爾法混合動力多用途汽車（MPV），

搭載 2AR 型 2.5 L 發(fā)動機和 E-CVT 無級

變速器，行駛里程為 1.9 萬 km。該車曾

因電動行李艙蓋功能存在偶發(fā)性失效來

店檢測，當時檢測無故障碼存儲，斷開

蓄電池再裝回后一切又都恢復正常，長

時間試車無法重現故障。維修人員建議

用戶繼續(xù)使用。近日用戶反映故障再次

出現，且采用之前的斷電方式后故障依

舊存在，因此來店維修。

檢查分析 ：維修人員接車后， 了解

之前的維修信息并得知，該車之前因追

尾事故鈑金修復過行李艙蓋，但并未涉

及電子元件及線路的維修。該事故之后

過了一個多月才出現偶發(fā)行李艙蓋工作

不良現象。近日該車出現行李艙蓋打開

后關不上的現象，用力關上之后行李艙

蓋就再也無法打開。

維修人員首先檢查前部的電動滑動

門主開關能否打開。然后使用遙控器將

車輛上鎖后解鎖，再遙控打開行李艙蓋，

結果無法打開。手動按壓行李艙蓋開啟

開關，也無法打開。用豐田專用故障診

斷儀 Techstream 對全車進行掃描， 各

個控制單元均未存儲當前故障碼。

該車電動行李艙蓋并非是傳統(tǒng)的由

控制單元直接控制電機開關的類型，它

還包含位置記憶和防夾功能。它可以正

常工作的前提是，電動行李艙蓋鎖總成

U9 的位置開關處于正確的位置。若位置

異常，電動行李艙蓋電動機單元 K22 將

無法正確判斷當前的行李艙蓋位置，此

時 K22 將不會控制行李艙蓋鎖電機工作。

所以該車的行李艙蓋鎖電機無法通過斷

開線束插接器，并按下行李艙蓋解鎖開

關，檢查 K22 有無輸出 12 V 電壓來判斷

故障。關于這一點，就和傳統(tǒng)行李艙蓋

控制系統(tǒng)在測量上有所區(qū)別。

該車電動行李艙蓋系統(tǒng)的正確檢測

方式是，先通過數據流查看棘爪開關和

位置開關的當前狀態(tài)。進入行李艙蓋控

制單元查看當前數據流，發(fā)現初始開關

位 置（Closer Position SW） 一 直 處 于

OFF 狀態(tài)（圖 1）。由于電動行李艙蓋鎖

無法打開，維修人員采用應急的機械方

式將其打開，這在數據流中是不會顯示

出來的。

維修手冊對于初始開關位置 ON 與

OFF 的解釋是 ： ON 表示行李艙蓋鎖中心

齒輪位于中心位置 ；OFF 表示行李艙蓋

鎖中心齒輪未置于中心位置。所以得執(zhí)

行行李艙蓋鎖電機轉動，數據流才會有

變化。正常狀態(tài)下，當行李艙蓋鎖處于

關閉時，初始開關位置數據應該為 ON。

此時行李艙蓋鎖狀態(tài)為關閉，但初

始位置開關位置數據為 OFF，那么基本

可以將該車故障范圍鎖定在電動行李艙

蓋鎖位置開關信號相關部分。由此該故

障可能的原因有 ：①行李艙蓋鎖位置開

關線路故障 ；②行李艙蓋鎖位置開關元

件損壞 ；③ K22 局部損壞。

維修人員采用機械方法將行李艙蓋

鎖調整至鎖止狀態(tài)。然后根據電動行李

艙蓋鎖開關電路圖（圖 2）， 測量 U9 插

接 器 的 U9/6 端 子 電 壓， 為 2.6 V， 正

常。測量 U9/6 端子至 K22 插接器 24 號

端子之間的電阻，為 0.2 Ω，正常。測量

U9/7 端子對搭鐵電阻，為 0.5 Ω，也正常。

因此可以排除行李艙蓋鎖位置開關線路

故障的可能性。

斷開 K22 的線束插接器， 測量 1 號

端子和 2 號端子之間的電阻， 為 0.5Ω，

符合正常電機電阻。使用蓄電池的正極

和負極分別加載 K22 的 1 號與 2 號端子，

（下轉第 4 頁） 圖 1 行李艙蓋關閉狀態(tài)下的位置信號 發(fā)現電機可以正常正、反向旋轉，排除電

故障排除

TROUBLE CLEARING

004 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

機元件卡死故障。那么

現在究竟是 K22 局部損

壞（控制單元內部控制

電機的部分損壞）， 還

是 U9 背門門鎖總成損

壞？

維 修 人 員 先 對 U9

的位置開關部分進行檢

測。依據維修手冊標準

（ 圖 3）， 測 量 U9 的 6

號和 7 號端子 ：扇形齒

輪未置于中立位置時電

阻 大 于 10 kΩ， 正 常 ；

扇形齒輪位于中立位置

時電阻為 150 Ω ；不正

常。仔細觀察發(fā)現 U9

似乎有形變。對比新件

發(fā)現故障車的 U9 位置

開關中間觸點位置間隙

過 大（ 圖 4）， 無 法 給

圖 2 電動行李艙蓋電路圖

圖 3 行李艙蓋鎖總成位置開關信號測量標準

圖 5 行李艙蓋鎖有點變形

圖 4 電動行李艙蓋鎖總成新舊件對比

故障排除。

回顧總結 ：偶發(fā)性故障是維修人員

最不喜歡處理的。該車在檢測過程中，電

動行李艙蓋的功能曾經恢復正常，當時

還以為是線路接觸不良所致，但無論怎

么晃動、拽拉相關線束，故障都沒有重現。

正當要交車時， 故障又再次出現， 維修

人員才得以繼續(xù)排查直至找到故障點。

事后仔細觀察電動行李艙蓋鎖總成

可以發(fā)現，它的鋼板有一點變形（圖 5），

不仔細的話很難看出來。推測是上次追

尾事故造成， 由于外部變形量非常小，

因此鈑金維修時并沒有將其更換，導致

后續(xù)故障的發(fā)生。

圖 4 運用 ODIS 工程版進入 HEX 服務輸入匹配值

圖 5 大眾專用冷卻液抽排、加注設備

（上接第 2 頁）

卻液排空裝置 VAS6096 對冷卻系統(tǒng)進行

抽空并重新加注冷卻液（圖 5），然后操

作 VAS6150 進 入 01- 發(fā) 動 機 引 導 功 能，

選擇冷卻系統(tǒng)排氣。冷卻系統(tǒng)排氣后，

車輛維修工作徹底完成。維修人員給新

驅動電機的號碼，并告知

用戶，需攜帶新的驅動電

機號、新驅動電機合格證、

任務委托書、車主身份證

以及行駛證，到車管所預

約更換行駛證。

回顧總結 ：該車是因

為后驅動電機內部機械故

障，能量回收讓負荷的切

予 K22 當前有效的行李艙蓋位置信息，

最終導致電動行李艙蓋無法正常開啟。

故障排除 ：更換新的電動行李艙蓋

鎖總成后試車，電動行李艙蓋工作正常，

換力度加大而引起異響。針對這類后驅

動電機異響故障，可以通過拔 ABS 輪速

傳感器插接器試車可以快速判斷。

故障排除

TROUBLE CLEARING

005 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

文 ：田銳

2018 年產雷克薩斯 LX570 行駛中四驅控制

系統(tǒng)故障燈點亮

關鍵詞 ：中央差速鎖換擋電機開關

故障現象 ：一輛 2018 年產雷克薩

斯 LX570 運動型多功能車（SUV），搭載

3UR-FE 型 5.7 L 發(fā)動機和 AE80F 型 8 擋

自動變速器， 行駛里程 16.1 萬 km。據

用戶反映，該車行駛中儀表板上的中央

差速鎖指示燈和低速四驅（4LO）指示

燈點亮（圖 1）。

因用戶所述故障來店檢修過。當時到店后

故障燈未點亮，用雷克薩斯專用故障診斷

儀 Lexus GTS 進行車輛健康檢查，發(fā)現車

輛四驅控制系統(tǒng)存有故障碼“P17DF——

中央差速鎖限制開關電路”。因為不排除

車輛在使用中用戶誤觸集成控制面板上的

中央差速鎖控制開關，或四輪驅動控制系

統(tǒng)應用程序誤報所致，故先將故障碼刪除，

并建議車主后期使用觀察。

在了解之前的相關作業(yè)記錄后，維

修人員用故障診斷儀檢測，依然存儲了

之前的故障碼 P17DF。該故障碼的診斷

控制邏輯是：當發(fā)動機開關置于 ON（IG）

位置，中央差速鎖控制開關在松開和鎖

止之間切換時，位于分動器換擋執(zhí)行器

總成內的中央差速鎖鎖止執(zhí)行器工作，

中央差速鎖換擋電機中限位開關 TL2 和

TL3 的 ON/OFF 組 合 不 匹 配。 正 確 的

TL2 和 TL3 應處于表 1 列出的 ON/OFF

組合之一， 其控制電路如圖 3 所示。分

動器換擋執(zhí)行器總成在高速（H4）和低

速（L4） 之 間 切 換 時， 限 位 開 關 HL1、

HL2 和 HL3 應位于表 2 列出的 ON/OFF

組合之一。根據故障碼分析，故障原因

可能涉及 3 個部位 ：①線束和連接器 ；

②分動器換擋執(zhí)行器總成 ；③四輪驅動

控制 ECU。

圖 1 儀表板故障燈顯示

圖 3 四驅控制系統(tǒng)電路圖

表 1 中央差速鎖限位開關組合列表

圖 2 四驅控制系統(tǒng)零部件位置

端子

模式

松開 切換 鎖止

TL2 OFF ON ON

TL3 ON ON OFF

檢查分析 ：該車為四驅車型， 配備

了 JF2A 型帶托森限滑中央差速器的分

動器（圖 2）。維修人員與用戶溝通得知，

故障發(fā)生時該車正常行駛，用戶并未觸

碰四輪驅動控制開關及中央差速鎖控制

開關，中央差速鎖指示燈和 4LO 指示燈

突然點亮。而故障發(fā)生前后車輛沒有任

何異常，而且故障燈點亮后也不影響正

常駕駛。該故障在幾個月前發(fā)生過 1 次，

來店檢查后未發(fā)現問題，建議清除故障

碼后觀察使用。之后車輛使用一切正常，

直到這次故障發(fā)生。用戶表示目前用車

頻繁且經常是高速路況，為排除安全隱

患，希望此次能將該故障徹底排除。

維修人員查詢該車履歷發(fā)現，該車確

本 著 科 學 規(guī) 范、 高 效 快 捷 的 診 斷

原則，診斷測量前首先對四輪驅動模式

切換的工作原理進行梳理。以 H4F——

H4L 切換模式（四驅高速驅動和中央差

速器松開——四驅高速驅動和中央差速

器鎖止）為例。在 H4F 模式下，中央差

速器鎖控制開關打開時，四輪驅動控制

單元（四輪驅動控制 ECU）啟動中央差

速器鎖換擋電動機，以使中央差速器鎖

換擋拔叉軸向右移動（圖 4）。同時，中

故障排除

TROUBLE CLEARING

006 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

器總成側連接器 C43， 使

用同規(guī)格類型的檢測探針

檢查 A27 的 9 號和 10 號端

子以及 C43 的 5 號和 6 號

端子是否有虛接。經插拔

檢查， 排除了端子接觸不

良的可能性。

使 用 萬 用 表 歐 姆 擋，

分別測量 A27 的 9 號和 10

號 端 子 與 C43 的 5 號 和 6

號端子之間的通斷及對搭

鐵導通情況。測量結果如

表 3 所示， 排除了 A27 和

C43 之間線束斷路和對搭

鐵短路的可能性。

將 插接 器 A27 恢復 牢

固，將點火開關置于 IG-ON

圖 5 凍結數據幀 1

圖 6 凍結數據幀 2

圖 4 H4F——H4L 切換示意圖

表 2 分動器換擋執(zhí)行器高、低速切換限位開關組合列表

端子

模式

高速（H4） 切換 低速（L4）

HL1 ON ON

←→

OFF

←→

OFF OFF

HL2 OFF OFF OFF ON ON

HL3 OFF ON ON ON OFF

央差速器鎖換擋撥叉軸與分動器 1 號換

擋拔叉一起向右移動。因此，中央差速

器鎖套與差速器殼和驅動鏈輪件接合且

模式切換至 H4L。四輪驅動控制 ECU 通

過限位開關和中央差速器鎖位置開關檢

測中央差速器的狀態(tài)。當中央差速器鎖

止時，四輪驅動控制 ECU 使中央差速器

鎖止指示燈點亮。

在充分理解了故障碼 P17DF 的診斷

控制邏輯和四輪驅動模式切換的工作原

理后，結合分動器換擋執(zhí)行器總成在故

障發(fā)生時的凍結數據幀進行分析（圖 5

和圖 6）。從凍結數據幀可以看出，故障

碼產生時，電源處于 IG-ON 模式，制動

踏板踩下，換擋桿位置狀態(tài) P 擋，車速

0 km/h，四輪驅動控制開關和中央差速

鎖控制開關均未按壓， 四驅高速 - 四驅

低速換擋電機和中央差速鎖換擋電機目

標電流均為 0 A。

分動器換擋執(zhí)行器總成當前運行工

況隸屬四驅高速驅動和中央差速鎖松開

狀態(tài)， 此時四驅高速 - 四驅低速換擋電

機 中 的 限 位 開 關 HL1、HL2 和 HL3 的

ON/OFF 組合與表 2 中的高速（H4）模

式一致，但中央差速鎖換擋電動機中的

限位開關 TL2 和 TL3 的 ON/OFF 組合與

表 1 中的松開模式不一致。由此四輪驅

動控制 ECU 檢測出中央差速鎖換擋電機

中的實際限位開關組合狀態(tài)與目標限位

開關組合狀態(tài)不一致，故判斷四驅控制

系統(tǒng)發(fā)生故障，于是設定故障碼并點亮

中央差速鎖指示燈和 4LO 指示燈。

參照四驅控制系統(tǒng)電路圖并結合維

修手冊標準作業(yè)流程對故障碼 P17DF 進

行診斷測量（圖 7）。首先。將點火開關

置于 IG-OFF 模式，分別斷開四輪驅動控

制 ECU 側插接器 A27 和分動器換擋執(zhí)行

故障排除

TROUBLE CLEARING

007 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

模 式， 使 用 萬 用 表 電 壓 擋 測 量 C43 的

5 號和 6 號端子， 即測量四輪驅動控制

ECU 的輸出電壓。經測量，5 號和 6 號

端子電壓均為 12.8 V，正常。

綜上所述，最終判斷故障是因為中

央差速鎖換擋電機限位開關 TL3 間歇性

接觸不良，四輪驅動控制 ECU 檢測出中

央差速鎖換擋電機限位開關的組合狀態(tài)

與標定狀態(tài)不一致，因而設定故障碼并

點亮中央差速鎖指示燈和 4LO 指示燈。

因限位開關 TL3 與中央差速鎖換擋電機

一體整合，不可單獨拆檢維修，而中央

差速鎖換擋電機又與分動器換擋執(zhí)行器

總成一體整合，故需更換分動器換擋執(zhí)

行器總成。

故障排除 ：更換分動器換擋執(zhí)行器

總成后，再次連接診斷儀讀取車輛四驅

控制系統(tǒng)數據流（圖 8、圖 9 和圖 10）。

可 以 看 出， 當 點 火 開 關 置 于 IG-ON 模

式，換擋桿位于 P 擋，通過按壓中央差

速鎖控制開關， 使四驅模式在 H4F——

H4L——H4F 之間來回切換， 中央差速

鎖換擋電機限位開關 TL2 和 TL3 的 ON/

OFF 組合狀態(tài)與標定一致，至此故障徹

底排除。

回顧總結 ：在診斷此類中央差

速 鎖 故 障 時， 首 先 必 須 掌 握 該 系 統(tǒng)

運 行 時 的 工 作 原 理， 并 了 解 故 障 碼

背后的生成基理及檢測邏輯。尤其

面對含有凍結幀定格數據的故障碼，

合理運用診斷儀對凍結幀定格數據

進 行 梳 理 分 析， 可 以 更 加 形 象 地 還

原相關系統(tǒng)故障觸發(fā)前、后的運行

工 況 及 特 定 條 件， 對 后 期 故 障 的 排

查 起 到 了 事 半 功 倍 的 效 果， 從 而 高

效、 準 確 地 鎖 定 故 障 原 因， 堅 決 將

免拆診斷的專業(yè)素養(yǎng)貫徹到底。

圖 8 中央差速鎖控制開關未按壓數據（H4F）

圖 10 中央差速鎖控制開關再次按壓一下數據（H4F）

圖 9 中央差速鎖控制開關按壓一下數據（H4L）

圖 7 四驅控制系統(tǒng)電路圖

萬用表連接 規(guī)定狀態(tài) 測量結果

A27-10（TL2）與C43-6（TL2）之間 始終小于1 Ω 始終小于1 Ω

A27-9（TL3）與 C43-5（TL3）之間 始終小于1 Ω 始終小于1 Ω

A27-10（TL2）或C43-6（TL2）與車身搭鐵之間 始終10 kΩ或更大 始終10 kΩ或更大

A27-9（TL3）或C43-5（TL3）與車身搭鐵之間 始終10 kΩ或更大 始終10 kΩ或更大

表 3 A27 與 C43 之間短路及對地短路測量結果

故障排除

TROUBLE CLEARING

008 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

文 ：安陽

北京現代名圖轎車故障 3 例

故障 1 ：行駛中只有偶數擋

關鍵詞 ：奇數擋、離合器電機

故障現象 ：一輛 2016 年產北京現代

名圖轎車，搭載 1.6T 發(fā)動機和 7 擋雙離

合變速器，行駛里程 20.1 萬 km。用戶反

映車輛起動后換擋不走車，只有踩加速踏

板才能行駛，同時發(fā)動機故障燈點亮。

檢查分析 ：維修人員接車后試車，

故障現象如用戶所述。根據故障現象，

維修人員初步判斷該車行駛只有偶數擋。

用故障診斷檢測，在變速器控制單元存

儲故障碼“P073F73——1 擋齒輪嚙合不

良”。檢查變速器數據流，發(fā)現輸入軸速

度 1 和輸入軸速度 2 均有轉速（圖 1），

而正常車輛只有在行駛中輸入軸速度 1

和輸入軸速度 2 才有數據。根據檢測到

的故障碼以及數據流分析，故障可能的

原因有 ：離合器電機損壞 ；分離軸承卡

滯 ；離合器片打滑等等。舉升車輛檢查，

發(fā)現離合器電機卡滯，為內部機構損壞。

故障原因 ：離合器電機損壞， 更換

后故障排除。

回顧總結 ：此 問 題 比 較 罕 見， 離

合 器 電 機 的 卡 滯 是 突 然 發(fā) 生 的， 從 而

影響奇數擋的工作。變速器控制單元

為 了 防 止 奇 數 擋 齒 輪 損 壞， 采 用 備 用

功 能， 即 開 始 讓 從 偶 數 擋 工 作， 防 止

車輛無法行駛。

故障 2 ：洗車后轉向沉重

關鍵詞 ：CAN 網絡、攝像頭

故障現象：一輛 2019 年產名圖轎車，

搭載 1.8 L 發(fā)動機和 6 擋手自一體變速器，

行駛里程 3.7 萬 km。用戶反映該車在下

雨或者洗車后偶爾會出現轉向突然沉重，

來店檢測。

檢查分析 ：維修人員接車后用故障

診斷儀檢測，各個系統(tǒng)均無故障碼。根

據用戶描述，故障出現時除了轉向沉重

外，儀表板上轉速表和水溫表都沒有指

示，看來是典型的 CAN 網絡故障。

維修人員根據經驗并結合電路圖分

析，判斷故障可能與車后部的倒車影像

攝像頭有問題。打開行李艙，仔細檢查

發(fā)現攝像頭外觀出現了破損。為了防止

誤判，維修人員陪同用戶反復洗車，模

擬故障發(fā)生的條件， 結果故障出現了。

此時斷開攝像頭線束插接器，故障消失，

因此可以確定為攝像頭本身故障。

故障排除 ：更換攝像頭后故障排除。

回顧總結 ：事后用戶反映該車后部

曾出現過追尾事故，可能那時候就已經

造成攝像頭的損壞。該車故障為偶發(fā)故

障，一定要根據用戶給出的故障出現條

件重現故障，例如用戶提出的洗車這個

突破口。這樣才能找準外界部件與故障

現象吻合的地方，判斷診斷的方向，如

本案例的 CAN 網絡。

故障 3 ：車輛突然無法起動

關鍵詞 ：發(fā)動機控制單元

故障現象 ：一輛 2016 年產北京現

代名圖轎車， 搭載 2.0 L 發(fā)動機和 6 擋

手自一體變速器，行駛里程 19.2 萬 km。

用戶反映車輛突然無法起動，要求救援。

救援人員現場無法施救，于是拖車至店

內維修。

檢查分析 ：車輛被救援至店里后，

維 修 人 員 嘗 試 起 動， 發(fā) 現 起 動 機 能 工

作，但是發(fā)動機無法起動，儀表板顯示

正常。檢查點火系統(tǒng)，火花塞沒有跳火，

點火線圈的供電熔絲正常，懷疑動力系

統(tǒng)控制單元（ECM）的控制出現了問題。

連接故障診斷儀準備做點火線圈驅動

測試， 但發(fā)現與 ECM 無法通訊。造成

ECM 無法通訊的原因有 ：① ECM 電源、

搭鐵故障 ；②線路連接不良 ；③ C-CAN

故障。

用診斷儀對其他系統(tǒng)進行診斷，

其 他 系 統(tǒng) 的 通 訊 正 常， 說 明 C-CAN

的 干 線 通 訊 正 常， 但 不 能 確 認 ECM

上 的 CAN 是 否 正 常。 從 ECM 側 測

量 C-CAN 波形， 波形正常。此時發(fā)

現 打 開 點 火 開 關 后 后， 主 繼 電 器 不

吸合。使用萬用表測量 ECM 的供電

和 搭 鐵，都 正 常 。至 此 可 以 基 本 確 定，

該車 ECM 已經損壞。找來同配置正

常 車 輛 的 ECM 進 行 替 換 并 匹 配 后，

發(fā)動機順利起動。

故障排除 ：更換損壞的 ECM 并匹配

圖 1 停車時的數據流 后，故障排除。

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009 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

基于 SA8155P 芯片的智能座艙域控制器設計

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（聯(lián)想（上海）信息技術有限公司，上海 201600）

王澤龍

摘要 ：基于當前智能汽車中電子與電氣技術的發(fā)展潮流，本文提出了一個基于 SA8155P 芯片系統(tǒng)設計的智能座艙域控制器。該智能座艙域控制器

通過對智能座艙領域的關鍵研究要素，包括視頻輸出鏈路和視頻輸入鏈路，從系統(tǒng)架構、硬件設計和軟件實現 3 個角度對分屏輸出、帶寬支持和

解碼識別等多方面進行了充分詳細的分析，采用 QNX Hypervisor 虛擬化系統(tǒng)對該座艙域控制器的主要硬件軟件進行了構建設計。最終實現一芯多

屏互動顯示的效果，將智能座艙周邊 ECU 數量大幅減少，提高了智能座艙的性價比。

關鍵詞 ：智能座艙 ；域控制器 ；Hypervisor ；視頻輸入輸出

中圖分類號 ： U468.2 文獻標識碼 ：A

0 引言

由于車規(guī)級系統(tǒng)芯片（SoC 芯片）的算力不斷增加，域控制

器也成為汽車車輛電子領域的重要研究對象 [1]。與傳統(tǒng)的汽車電

子控制單元（ECU）相比，域控制器具備的計算能力強、外設資

源充足以及功能更加多樣化等優(yōu)點被原廠配套（OEM）廠商廣泛

認可。域控制器的概念，使整車電子電氣結構由過去的傳統(tǒng)分布

式結構變?yōu)榱思惺浇Y構，克服了傳統(tǒng)分布式結構中，各種信號

之間的重復傳輸、ECU 內部時間同步和多級 ECU 的硬件成本昂

貴等困難問題。

在中國汽車行業(yè)當前電動化、網聯(lián)化、智能化以及共享化等

新四化科技發(fā)展的大背景下，對于汽車電子電氣架構和域控制器

提出了更高的要求 [2]。隨著汽車用戶對智能座艙的舒適性、娛樂

性等要求越來越高 [3]，這就要求智能座艙系統(tǒng)具備高速計算性能、

低延遲性、更有效的跨域通信以及軟件的不斷 OTA 升級與更新。

汽車電子電氣結構也由傳統(tǒng)的分布式結構形態(tài)過渡到集中式的結

構形態(tài) [4]，如圖 1 所示。

座艙域控制器是一個整合在同一塊芯片的控制器 [5]，軟件與

硬件的高度整合，采用硬件冗余的方法實現了后續(xù)的 OTA 系統(tǒng)

更新迭代。座艙域控制器的 SoC 芯片能力也非常強勁，高通的

SA8155P 芯片 CPU 算力高達 105K DMIPS?？梢岳密浖c硬件

的高度解耦，實現底層軟件與上層軟件之間的不斷整合創(chuàng)新。

汽車域控制器大致可分成 5 個區(qū)域，包括車體域、底盤域、

發(fā)動機域、智能座艙區(qū)域和自動駕駛區(qū)域。不同域間功能分配的

差異也使得相應區(qū)域所用的處理器芯片是完全不同的。例如由于

車身區(qū)域對安全性和實時性需求最高，所以使用的數據處理器芯

片主要為英飛凌 TC397、TC399 等系列 ；智能座艙域對娛樂系統(tǒng)

體驗、視覺與聽覺交互要求較高，采用的芯片主要有高通的處理

器 SA8155P、瑞薩和芯馳等 ；自動駕駛域則對傳感器采集與融

合以及輔助駕駛算法的集成要求較高，采用的芯片主要有英偉達

ORIN 系列、TI TDA4 系列等。本文研究的是智能座艙領域，所以

選用高通的 SA8155P 芯片為主芯片。

1 系統(tǒng)總體方案設計

座艙域控制器功能需求如表 1 所示。

通過對上述主要功能需求進行分析，本文給出了系統(tǒng)總體設

計方案（圖 2）。

該座艙域控制器 SoC 芯片采用 SA8155P 來實現。SA8155P

的 CPU 算力高達 105K DMIPS，可以同時處理 4 塊顯示屏輸出內

容和 8 個攝像頭輸入圖像。視頻輸出包含 DP 和 DSI 的視頻串行

器模塊，將 DP 接口和 DSI 接口輸出的視頻流數據進行編碼處理

后傳輸到顯示屏端。視頻輸入 3 個 CSI 接口的視頻解串器模塊，

將攝像頭傳輸過來的視頻流數據解碼成 1lane ～ 4lane 的 CSI 格

圖 1 汽車電器電子架構從分布式向集中式轉變 式數據，再由 SA8155P CPU 處理器進行處理。

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010 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

2 功能模塊硬件架構設計

根據座艙域控制器的需求分析，本文主要對以下模塊進行了

詳細設計。

2.1 視頻輸出設計

視頻輸出是智能座艙域控制器中最重要的功能之一，主要

場景有中控顯示屏 IVI、儀表顯示屏 Cluster、副駕駛娛樂顯示屏

和 HUD 顯示屏等。SA8155P 支持 1 個 DP 接口和 2 個 DSI 接口，

圖 2 系統(tǒng)整體方案設計

圖 3 視頻輸出硬件框圖

表 1 座艙域控制器功能需求

功能 配置 詳細配置要求

Hypervisor（虛擬化） Hypervisor2.1支持硬件虛擬化

支持外設硬件虛擬化,包括CPU、GPU、以太網、內存、Audio及I/O接口等虛擬化，虛擬化整

體方案滿足功能安全ASIL B，符合ISO 26262標準設計要求。硬件虛擬化至少支持如下2種方式。

（1）硬件層面設備單獨分配給某個Guest OS（包含但不限于：USB、Wifi、BT），別的OS不能

訪問；

（2）硬件層面，把一個設備虛擬成多個設備（包含但不限于：CPU、GPU、audio）,分配給不

同的Guest OS使用

DDR4 RAM 12 GB 支持PIN，對PIN升級或降級，外圍電路不允許更改

UFS 不少于64 GB 支持PIN，對PIN升級或降級，UFS需保證刷寫次數最低3 000次；需具備壞塊管理功能，如部

分區(qū)域刷寫次數達到極限值或產生壞塊，則需自動將此部分內容轉移至其他塊

儀表系統(tǒng) QNX7.0及以上操作系統(tǒng) 滿足ASILB要求

娛樂+駕駛輔助系統(tǒng) Android Q系統(tǒng) AndroidQ及以上系統(tǒng)，支持持續(xù)升級穩(wěn)定版本，HUT需對安卓系統(tǒng)進行應用管理，如清理

加速，避免使用過程卡頓

儀表屏 12.3英寸高清液晶屏 1 920×720

中控屏 14.6英寸/16.2英寸高清顯示屏 1 920×1 080/2 560×1 440

副駕駛顯示屏 12.3英寸高清顯示屏 1 920×720

Console屏 9英寸高清顯示屏 1 280×720

HUD AR HUD屏 800×480

以太網 Switch/PHY 3CH 100 Base-T1/1 000 Base-T1

MIC A2B 2/4CH MIC陣列

功放 內置 4通道/7通道，25 W，THD 1%

功放 外置 A2B功放

可以滿足 8K 分辨率的顯示屏輸出。本文設計的顯示屏輸出可以

支持 4 塊顯示屏，最大可以支持 6 塊顯示屏。視頻輸出的硬件框

圖如圖 3 所示，其中儀表 Cluster 和抬頭顯示 HUD 的顯示屏通過

QNX 操作系統(tǒng)驅動，實現快速顯示和功能安全的功能。中控 IVI

和副駕娛樂顯示屏的顯示通過 Android 操作系統(tǒng)驅動，實現信息

娛樂的功能。

由于座艙域控制器和顯示屏之間距離較遠，需要采用分離

屏的方案，所以必須先對視頻流信號進行串行編碼，以便于實

現視頻信號遠距離傳輸。串行編碼后的信號通過差分線束傳輸

到顯示屏端，顯示屏端的解串器再對串行的視頻信號進行解碼

后，生成雙路或者單路的 LVDS 信號，從而驅動顯示屏進行顯

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011 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

示。DP 接口的串行器采用 TI DS90UB983，可以支持 3K 以上分

辨率 ；DSI 接口的串行器采用 DS90UB981，可以支持 2K 以上

分辨率。DS90UB983 將 DP 視頻流信號串行為 FPD-LINK 信號，

DS90UB981 將 DSI 視頻流信號串行為 FPD-LINK 信號。串行器實

現驅動 2 塊不同分辨率的屏幕是該設計的一個難點。

視 頻 輸 出 的 硬 件 設 計 如 圖 4 所 示，DSI 視 頻 信 號

DSI0 ～ DSI3 通過 4 對差分線輸出視頻信號，差分走線采用

100 Ω 終端電阻匹配。編碼后輸出通過兩組差分信號 DOUT±

連接到 HSD 連接器，由于編碼后傳輸速率很高，在輸出端連接

100.0 nF 的 AC 電容耦合。

2.2 視頻分屏輸出

一個視頻輸出口驅動多塊顯示屏是技術上的一個難點，為

了解決該技術難點，本研究設計了由 SA8115P 的 2 個視頻通道

（pipeline）實現一個超級幀的視頻輸出。

為了實現幀的非對稱分離，可對生成的輸出圖像進行裁剪。

輸入視頻要求與對稱分離的要求相同，超級幀必須包含 2 個相同

大小的圖像。這些圖像的水平和垂直尺寸都會被裁剪以生成更小

的圖像。這里時鐘頻率會保持在超級幀頻率的一半。

此外，水平和垂直消隱間隔會隨著裁剪幅度的增加而增加。

圖 5 所示為 DSI0（也可以是 DSI1）上的一個超級幀流輸入，它

被分離成了 2 個不同的視頻分辨率。當接收到超級幀時，該超級

幀會重新格式化為交替像素 3D 格式，然后再分離成 2 個圖像。

可以輸出不同分辨率的 2 塊視頻，比如一塊輸出 1 080P 分辨率，

另一塊輸出 720P 分辨率。接下來會對生成圖像中的 1 個或 2 個

圖 4 DSI 視頻輸出硬件原理圖

圖 5 超級幀視頻分屏輸出原理

圖像執(zhí)行裁剪功能以獲得所需的分辨率，然后會將圖像轉發(fā)到兼

容的解串器和所連接的顯示屏。

2.3 視頻輸出能力分析

視頻輸出是否帶動 2 塊顯示屏，還必須對串行器、連接器、

線束和解串器逐一進行傳輸能力的分析。在這里 Line rate 是

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012 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

FPD-LINK 串行總線上的高速信號的速率，單位為 bps（bit/s）。

每個 PCLK 會把 24 bit RGB888 數據、控制信號（包括 GPIO、I2C 等）

以及時鐘信號編碼成為 35 bit 的數據傳輸。line rate 和 PCLK 之

間存在固定的 35 倍關系，串行總線上的一個 UI 為 line rate 的倒

數，即 Line rate= fPCLK×35。因此 PCLK 速度越高，line rate 越高，

1UI 對應的時間越短。UI 參數可以用于眼圖與時鐘 Jitter 的評估。

由于 FPD-LINK III 采用 NRZ 編碼方式，在串行線纜上，高速信號

的等效信號頻率為 line rate 的一半。信號頻率參數可以用于指導

線纜、連接器的選型。

視頻輸出需要的數據帶寬如表 2 所示。為了驅動多塊顯示屏

進行顯示，需要選擇對應的串行器、解串器、連接器以及線束，

以確保顯示鏈路不存在傳輸瓶頸。

圖 6 視頻輸入系統(tǒng)框圖

圖 7 長數據包結構

表 3 攝像頭歸一化參數

化處理后優(yōu)化了 SoC 內部 ISP 處理過程，可以最多同時對 8 路攝

像頭進行處理后輸出。

攝像頭采集到 4 通道的 YUV422 前端數據后會編碼成長數據

包。長數據包由 3 個元素組成，分別為：32 位的數據包報頭（PH），

特定于應用程序的數據有效載荷（具有可變數量的 8 位數據字），

以及 16 位的數據包頁腳（PF）。數據包報頭進一步由 3 個元素組

成 ：1 個 8 位的數據標識符，一個 16 位的字計數字段，和一個 8

位的 ECC。包頁腳只有 1 個元素，即 1 個 16 位的校驗和（圖 7）。

數據格式 分辨率 供電 連接器

AVM攝像頭 YUV422 1 280×960×30 fps 8 V×200 mA Rosenberger AMS22D-40MZ5-A（四合一）

DMS攝像頭 YUV422 1 280×800×30 fps 外部供電（12 V×600 mA）

DVR攝像頭 YUV422 1 920×1 080×30 fps 8 V×200 mA Rosenberger AMS22D-40MZ5-A（四合一）

OMS攝像頭 YUV422 1 920×1 080×30 fps 外部供電（8 V×200 mA）

預留攝像頭 YUV422 1 920×1 080×30 fps 8 V×200 mA

表 2 視頻數據帶寬

顯示屏 所需帶寬 分辨率

儀表屏

2.38 Gbps 1 920×720

5.37 Gbps 2 880×1 080

抬頭顯示 1.06 Gbps 1 024×600

中控屏

2.38 Gbps 1 920×720

3.58 Gbps 1 920×1 080

6.37 Gbps 2 560×1 440

副駕娛樂屏 2.38 Gbps 1 920×720

通過對 DP 和 DSI 的視頻信號進行串行化和解串化處理，可

以大幅減少外部傳輸信號線的數量。同時可以有效延長傳輸距離，

整車對于顯示屏的布置也更加方便。

2.4 視頻輸入設計

智能座艙域控制器中的視頻輸入功能也非常重要，主要應

用有后視攝像頭 RVC、環(huán)視攝像頭 AVM、乘客監(jiān)控攝像頭 OMS、

行 車 記 錄 儀 攝 像 頭 DVR、 駕 駛 員 識 別 和 監(jiān) 控 攝 像 頭 DMS 等。

SA8155P 具有 4 路 MIPI CSI 接口，每路可以支持 200 ～ 400 MP

的攝像頭輸入。視頻輸入系統(tǒng)框如圖 6 所示。

為了讓攝像頭可以更好地實現解碼和顯示功能，本研究對攝

像頭數據格式、分辨率和供電等進行了歸一化處理（表 3）。歸一

4 顆攝像頭經過解串器解碼后，會解碼成 MIPI CSI 的格式。

CSI-2 定義的引腳包含 1 對時鐘線以及 1 ～ 4 對差分數據線（data

lane），其數據都是以 byte 為單位，在每個 lane 上分布。以 4 對

data lane 數據分布情況為例（圖 8），byte 0 ～ byte n 從 lane 0 ～ lane

3 依次分布。具體 byte 0 ～ byte n-1 的內容就是 CSI-2 協(xié)議定義的

數據包，主要分為兩大類。一類是短包（short packet），主要用

來傳遞行場同步信號，由固定的 32 bit（4 byte）數據組成。還有

一類是長包（long packet），

主要用來傳遞圖像數據。每

一行圖像會被打包成一個長

包，長度不固定，取決于每

一行圖像的像素個數以及每

個像素的顏色深度。

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013 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

【參考文獻】

作者簡介 :

王澤龍，碩士，高級工程師，研究方向為自動駕駛和智能座艙。

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[2] 晏江華 , 劉鐵山 , 鄭苗苗 , 等 . 智能座艙系統(tǒng)測評技術研究 [J]. 中國

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[3] Jianjun Yang, Shanshan Xing, Yimeng Chen, et al. A comprehensive

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車科技 ,2022(04):8-16.

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[6] 姜維 , 朱元 , 吳志紅 , 等 . 基于 Hypervisor 的汽車域控制器解決方案 [J].

信息通信 ,2020(07):1-4+8.

攝像頭的數據會通過虛擬 ID 分配號對應虛擬通道地址

VC ID，用來識別圖像數據來源于哪顆攝像頭。

3 軟件架構設計

3.1 Hypervisor 架構

座艙域控制器的軟件相較于傳統(tǒng)的 ECU 要復雜得多，其軟

件架構也與傳統(tǒng) ECU 之間存在很大差別。本研究設計的座艙域

控制器軟件架構采用 QNX Hypervisor 技術 [6]，在一個控制器上

實現 2 個客戶端（圖 9）。其中，娛樂系統(tǒng)運行的是 Android 客

戶機，主要完成中控娛樂和副駕駛娛樂的功能 ；儀表系統(tǒng)運行

的是具有實時性和功能安全的 QNX 操作系統(tǒng)，主要完成與功能

安全相關的儀表和 HUD 功能。在硬件的基礎上，該架構采用

Hypervisor 技術對 Android 和 QNX 系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，構建出

HAL、Framework 實現軟硬件解耦，APP 層再通過接口對中間層

和底層進行調用。

3.2 多屏互動架構

QNX 和 Android 之間的進程間通訊主要包含系統(tǒng)間的控制命

令 / 數據通訊，通過 FDBus 來實現。系統(tǒng)間的大數據量數據通訊（比

如圖像 / 音頻）可以通過共享內存的方式實現數據通訊（圖 10）。

屏幕的輸出使用 WFD 框架，屏幕的輸出接口控制在 QNX 端。

Android 端使用代理與 QNX 端通訊，可以實現中控屏、儀表屏、

其他顯示屏之間的互動。

4 結束語

座艙域控制器的研發(fā)及使用已經成為趨勢。本文根據智能座

艙域的場景特征，構建設計了一款基于 SA8155P 芯片的智能座艙

域控制器并對各個主要模塊進行了詳細設計。在智能座艙領域中，

中控顯示屏 IVI、儀表顯示屏 Cluster、副駕駛娛樂顯示屏、HUD

顯示屏、后視攝像頭 RVC 以及環(huán)視攝像頭 AVM 等應用是最為重

要且基本的，因此必須對視頻輸出輸入的系統(tǒng)解決方案做出合理

圖 9 軟件架構

圖 10 多屏互動架構

的設計，才能滿足用戶良好的使用體驗。區(qū)別于傳統(tǒng)的 ECU，座

艙域控制器硬件冗余設計也保證了在底層軟件和上層軟件設計得

更為復雜，尤其是對于 QNX Hypervisor 的軟件，能夠讓座艙域

控制器更好地發(fā)揮其優(yōu)越性能。

圖 8 攝像頭解碼格式

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014 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

基于精益化的汽車頂蓋無人焊接產線設計

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

李林、韋俊尤、劉杰

摘要 ：隨著中國制造 2025 的不斷發(fā)展，汽車行業(yè)在制造領域也在不斷地向著無人化和智能化的方向推進。其中，產線的無人化是眾多企業(yè)實現無

人化工廠的基礎。加工等增值作業(yè)環(huán)節(jié)的全自動化基本已經得到普及，但從整個工藝流程來說，仍然存在著“最后一公里”的難題。本文從汽車

頂蓋焊裝生產線的應用現狀出發(fā)，從零件生產的全工藝流程進行分析，在現有的技術條件下提出汽車焊裝產線的無人化低成本實現方法，進而為

汽車焊裝線實現“最后一公里”的無人化提供解決方案。

關鍵詞 ：汽車頂蓋 ；分拼焊裝 ；無人化產線 ；精益化 ；工位器具 ；工藝設備

中圖分類號 ： U468.2 文獻標識碼 ：A

0 引言

隨著汽車制造技術的迅速發(fā)展，機器人產線的應用得到了更

多的普及。尤其在汽車制造的焊裝車間，大多數汽車生產廠家在

焊接、涂膠和搬運等作業(yè)時，通常都由機械手完成，提高了企業(yè)

的生產效率和汽車焊裝的精準度。其過程也做到了無人化生產，

但投資成本也比較高。隨著產品多品種、小批量、定制化的生產

模式需求越來越迫切，對自動生產線提出了更高的要求，同時也

對企業(yè)的制造成本提出挑戰(zhàn)。因此，低成本、精益化的無人產線

建設也愈發(fā)重要 [1]。

1 汽車頂蓋分拼焊裝產線的現狀

目前很多汽車制造企業(yè)都積極引入智能機器人來提高生產

效率 [2]，其中焊接生產線大部分都已實現自動化焊接作業(yè)。盡

管如此，許多分總成生產線依然保留了人工操作加機器人作業(yè)

的模式，頂蓋分拼就是如此，其焊接產線一般以分總成線的形

式布置在主線旁。

1.1 汽車頂蓋分拼焊裝產線簡介

汽車頂蓋分拼產線主要生產汽車白車身的頂蓋總成，其工藝

過程包括物料配送、零件抓取、搬運、涂膠、定位、電阻點焊和

螺柱焊接等。頂蓋分拼主要有以下 2 種工藝形式（圖 1）。

一種是在主線直接焊接，即頂蓋橫梁等焊接作業(yè)在主線上集

成，頂蓋外板以單件的形式配送至主線裝配焊接。

另一種是頂蓋分總成的形式。頂蓋外板以及橫梁在主線外部

的單獨產線進行生產，頂蓋外板以及橫梁等物料通過人工拖車從

沖壓或者外協(xié)件緩沖區(qū)拖運至線旁 ；線旁再由工程操作吊具或者

人工拿取吊裝至焊接工裝上進行焊接。焊接后再放至頂蓋分總成

料框，由人工推送至主線上線口進行裝配焊接。

1.2 汽車頂蓋分拼產線現狀

目前大多數汽車廠的頂蓋焊接分拼線為模式 2，主要為人工

配合機器人作業(yè)的方式（圖 2）。焊接、搬運等工藝過程多由機器

人實現，但由于零件的配置種類多、零件形狀尺寸不一等問題，

導致其實現自動化需要的設備投入成本較高。所以，頂蓋分拼線

物料的轉運、零件的拿取安裝等作業(yè)過程仍然需要人工進行操作，

導致整個頂蓋分拼產線的人員需求多，產線人工運營成本居高不

下。同時，人工涂膠和焊接容易出現零件錯漏裝、漏涂膠以及涂

膠位置偏移等質量問題，對產品質量的一致性存在較大的影響。

由于存在以上各種復雜的情況，頂蓋生產過程全場景實現無人化

生產區(qū)需要克服許多難題。

2 汽車頂蓋分拼產線實現無人化的阻礙

2.1 建設頂蓋無人產線投資成本高

頂蓋分拼作為白車身的一個分總成線，通常布置在主線主拼

圖 1 汽車頂蓋的兩種工藝模式

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線附近的位置，由于場地的限制，一般要求 3 ～ 4 個工位即完成

所有的作業(yè)。如果按常規(guī)全部實現無人化生產線，其工作場地面

積需要占到 2 倍的產線布置面積。同時由于頂蓋橫梁、行李支架

和螺柱焊銷釘等零件的數量較多，裝件、涂膠、焊接和搬運等往

往需要 5 ～ 6 個拼臺才能完成全部工序，對于機器人的需求數量

也會在 10 臺以上。這對于整個產線需要配套的集成規(guī)模也越來

越龐大，導致整個產線投資成本高，產線的投資回報率較低。

2.2 零件品種多，柔性難度大

頂蓋分拼產線往往需要柔性生產 4 ～ 5 種車型，每種車型的

頂蓋配置一般有 2 ～ 3 種，組合下來每條線至少需要滿足 8 種以

上的頂蓋分總成柔性生產，柔性能力要求高。同時，每種車型有

4 ～ 7 種橫梁，需要柔性的橫梁數量至少有 30 種，而且每種零

件的尺寸、定位銷孔的間距以及高度差都不一致。橫梁布置有涂

膠凹槽，造型凹槽面開設有安裝孔，抓取的同時進行涂膠。另外，

零件抓取面小，通過常規(guī)的柔性抓手采用夾具以及電磁吸盤或氣

動小吸盤，都很難滿足其功能需求。這要求零件的抓取和定位系

統(tǒng)能夠隨時調整，進行零件定位的切換 [3]，需要開發(fā)有不同的定

位工裝和抓取裝置，切換時間長，投資成本高。

2.3 零件數量多，工藝布置高度集中

在頂蓋分拼產線中，需要在一個 9 m2 左右工位上完成 7 根

橫梁的安裝、涂膠和焊接。由于橫梁尺寸定位不一致，每次只

能安裝 1 根橫梁，加上機器人的占位空間較大，左右兩側機器

人存在干涉無法同時安裝零件，導致整個產線的裝件節(jié)拍和空

間都存在較大的浪費。同時，零件在料框中無規(guī)則擺放，機器

人從料框中無法直接取料，需要每個零件單獨開發(fā)專用的精準

料框，零件的包裝數量減少，料框占據空間大，運輸成本和投

資成本都會增加。

3 無人化汽車頂蓋焊接產線的設計

針對傳統(tǒng)生產線存在的問題，在充分考慮產品制造質量穩(wěn)定

可靠以及最低投資成本的基礎上，本研究結合企業(yè)車間特征，先

對產線進行精益化的改造，再通過線體仿真技術進行產線的可行

性分析以及時序分析 [4]，從而設計出能夠實現多品種產線柔性生

產并具備 45JPH 的產品輸出能力的焊接產線。

3.1 精益化設計，降低產線成本

3.1.1 產線機器人線平衡分析

按照頂蓋的工藝流程進行產線設計，初始無人線體設計為直

線型（圖 3），從頂蓋外板零件上件到下線裝框共需要布置 11 臺

機器人。對機器人的線平衡進行統(tǒng)計分析可以得出（圖 4），整

線機器人的線平衡率低，機器人利用率只有 70% 左右。尤其是 4

臺搬運機器人和螺柱焊機器人，其周期時間（Cycle Time）只利

用到了線速時間的 50%，存在極大的浪費。

3.1.2 U 字形無人線體設計

通過對線體布局的變更優(yōu)化，將原來的布局方案進行優(yōu)化 [5]，

采用 U 字型的布局方式（圖 5），將工藝操作相同的機器人

圖 2 頂蓋分拼焊接線現狀

圖 3 直線型頂蓋分拼無人產線

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盡可能地整合，并參照沖壓端拾器的抓取方式，設計一種輕便

的通用型抓手。抓手的質量減輕至 50 kg 以下，既可以抓取外板，

又可以抓取工序件，用單臺 210 kg 機器人即可滿足搬運需求。

同時，將多種工藝進行改造并兼容集成到單臺機器人上，如頂

蓋總成搬運下線集成至螺柱焊機器人上。通過上述設計，可節(jié)

約 3 臺機器人的投入，機器人整體利用率提升至 90%，整體產

線成本可節(jié)約 20%。

3.1.3 工位器具與工藝設備柔性化設計

對于無人化產線來說，工位器具和工藝設備也需具備較高

的柔性，主要是由于設備切換會導致節(jié)拍損失，同時柔性化程

度低還會增加產線的投資成本，所以在產線設計時需要同步考

慮。為此，本方案采用堆垛的方式來設計自動導引運輸車（AGV，

Automated Guided Vehicle）的輸送托架，能夠最大限度保證沖

壓料框的兼容性，減少因生產多車型頂蓋需要切換托架而帶來的

工作，以及降低料架的開發(fā)成本。而且，本方案采用電磁吸盤替

代換槍盤結構，并對涂膠膠槍進行改造實現膠槍的柔性切換。

柔性焊接是產線設計的基礎，本方案采用 SGMW-220 工業(yè)

機器人和新型結構的柔性焊鉗組成。新焊鉗結構采用 X 型異型槍

設置，結構機器人仿真姿態(tài)確認可達性，由一把

焊鉗實現窄空間內 Z 方向和 X 方向的焊接，縮短

頂蓋焊接橫梁邊以及小天窗邊需要的焊鉗切換時

間，提升產線的運行效率。

考慮零件從料框到生產線過程中零件數量

多和形狀差異大的問題，整個產線的柔性抓取

和定位的設計方案由機器人、柔性料架、柔性

定位裝置、柔性分揀機構、柔性定位拼臺、多

自由度的柔性抓手以及視覺糾偏技術等組成，

實現了頂蓋外板以及頂蓋橫梁、天窗加強框等

零件的自動取件。方案采用伺服定位加卡爪結

構形式設計開發(fā)的柔性分揀和抓手，從橫梁側

面進行零件抓取，再通過伺服系統(tǒng)根據產品尺

寸定位的需求控制各軸滑移至不同的位置，可

實現 7 根不同橫梁的同時抓取并定位，且能夠

滿足不同車型柔性自動切換，減少線體定位工

裝和機器人的開發(fā)成本 30%。

3.2 無人產線增加新技術以及新設備投入

通過上述設計，依靠傳統(tǒng)的機器人以及工

圖 4 頂蓋分拼線體機器人線平衡數據

圖 5 U 字型頂蓋分拼無人產線

藝設備實現了產線的自動化和柔性化，但無法實現全過程的無

人化。為了使物料實現自動拆垛和配送，必須采用無人叉車和

移動機器人 AGV 來替代現有的人工作業(yè)，實現物料輸送的無人

化。無人叉車和 AGV 基于激光雷達跟蹤定位配合產線的控制系

統(tǒng)，能夠 24 h 運行，降低了產線運營的人工成本。同時無人產

線的生產需求以及生產信息的采集需要應用一套數字化的系統(tǒng)

來完成生產任務的調度和反饋，系統(tǒng)由無人叉車、移動機器人

AGV、焊接機器人、搬運機器人、協(xié)作機器人、螺柱焊接機器

人、柔性機構、柔性工裝、視覺和數字化系統(tǒng)等多設備交互組成，

采用 AB PLC 組網進行多設備統(tǒng)一調配。

無人產線的產品質量檢測主要依靠新的視覺技術，通過平面

相機識別尾部的特征來識別頂蓋與抓手的相對位置，從而實現位

置糾偏和車型防錯。新視覺技術通過 3D 結構光的視覺相機搭配

視覺識別算法，實現零件位置糾偏以及零件配置、涂膠質量檢查，

實現 100% 的質量檢測，確保產品質量的一致性。

3.3 無人汽車頂蓋焊接產線整體布局方案

通過上述分析和設計，最終確定無人化頂蓋分拼焊裝產線的

技術方案（圖 6）。整個工藝流程為 ：通過無人叉車從物料備貨區(qū)

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【參考文獻】

作者簡介 :

李林，在讀研究生，工程師，研究方向為汽車車身制造。

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學 ,2018.

[2] 楊 亮 . 智 能 化 汽 車 焊 接 生 產 線 設 計 和 實 現 探 討 [J]. 低 碳 世

界 ,2017(03):280-281.

[3] 王維剛 . 智能化汽車焊接生產線設計和實現 [D]. 濟南 : 山東大學 ,2016.

[4] 許軍霞 . 汽車地板焊接柔性化生產線設計與研究 [D]. 北京 : 中國礦業(yè)大

學 ,2019.

[5] 王智 . 鑫凱機械制造公司生產車間設施布局精益化設計研究 [D]. 蘭州 :

蘭州理工大學 ,2019.

取物料后，在物料裝件位裝到集成了柔性托盤及料架的物料轉運

AGV 上，通過數字化系統(tǒng)將物料配送到分總成的柔性上料位。集

成了柔性抓手的頂蓋外板轉運機器人將物料從柔性料框上進行取

件，放置到柔性定位工裝上。

柔性分揀機構實現不同車型多個零件的自動取件，并放置到

柔性涂膠臺上，然后由集成低成本柔性膠槍及視覺糾偏的協(xié)作機

器人進行涂膠。涂膠完成后，由集成了多自由度柔性抓手的搬運

機器人將零件搬運到柔性定位工裝上，完成所有零件的安裝后，

由集成了新型柔性結構焊鉗的焊接機器人實現了窄空間內 X 向和

Z 向的不同結構焊點的焊接。

集成了螺柱焊接及分總成下件的機器人將零件搬運到下一個

工位的柔性定位工裝進行螺柱焊接后，再進行分總成下件、堆垛

和裝框，然后由集成了柔性托盤及料架的分總成轉運 AGV 將分總

成物料轉運到分總成的柔性上料位，零件進入下一個區(qū)域進行生

產。該新型無人化柔性生產技術方案從物料備貨區(qū)到分總成再到

主線，從物料轉運、上件、涂膠和焊接都實現了無人化生產。

3.4 汽車頂蓋無人化產線的經濟效益

汽車頂蓋無人化產線實現了從沖壓外板到總成上線的全過

程無人化場景，實現工業(yè)機器人焊接和搬運，以及機器人涂膠

和 AGV 配送等多類別機器人的協(xié)同作業(yè)。通過對產線的精益化

改進，線體總布置 6 臺工業(yè)機器人、2 臺協(xié)作機器人、4 臺 AGV

和 1 臺無人叉車，產線投資成本降低 30%，實現 12 個操作崗

圖 6 汽車頂蓋無人化產線方案

位的全部自動化作業(yè)，投資回報周期在 2 年以內，具有較高的

社會經濟效益。

4 結束語

本研究為汽車制造廠在建設無人產線時提供一種新的方式。

在進行無人化產線建設前，先對整個線體做精益化的改造提升，最

大限度地減少產線的投資成本。同時，積極開發(fā)或者采用新的技術

以及新的智能裝備，如伺服抓手、視覺、無人叉車和協(xié)作機器人等

來突破制造的瓶頸。在未來多品種、小批量的柔性生產方式需求下，

焊接產線的精益化和無人化將成為我們突破無人化工廠、實現智能

制造的兩個方向 ：既要實現產線的無人化，也需要考慮產線的精益

化。只有這樣，無人化產線才能夠得到真正的推廣。

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汽車尾門摳手人機工程提升研究

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

周福全、陳開建、黃維琨

摘要 ：汽車作為重要的交通工具，駕駛員及乘員的舒適性及操作便利性是衡量汽車質量的重要指標之一。因此在設計階段需充分考慮人機工程，

通過人機工程學指導設計，優(yōu)化車身及內外飾結構，改善駕駛環(huán)境及操作環(huán)境，避免客戶抱怨。本文以汽車尾門摳手為例，分析某量產車型尾門

摳手操作人機工程差原因，對原因進行逐一分解并提出改進措施，總結尾門摳手設計要點，提高尾門摳手操作人機工程，為后續(xù)車型提供設計參考。

關鍵詞 ：尾門摳手 ；人機工程 ；抓握面 ；開口尺寸 ；關門力

中圖分類號 ： U463.8 文獻標識碼 ：A

0 引言

對于非電動式汽車尾門，乘員在關閉尾門時施力的部件稱作

尾門摳手或拉手。尾門摳手為盒狀結構，裝配在尾門飾板或尾門

鈑金上。尾門拉手為棒狀結構，由拉手骨架和拉手蓋板組成。由

于尾門拉手需開發(fā) 2 個零件，成本相對較高，并且拉手骨架與拉

手蓋板間異響風險高，因此目前大部分非電動式汽車尾門都使用

尾門摳手。

本司某新車型在試制階段對車輛進行人機評審時發(fā)現，使用

尾門摳手關閉尾門時，尾門關門力大且尾門摳手易滑手，導致關

閉尾門困難，操作人機工程差。該問題極易引起客戶抱怨，需在

車型量產前解決。工程師針對問題從不同角度進行原因分析，并

提出了相應的改進措施，確保從根源上解決問題。

1 原因分析

該車型尾門摳手操作人機工程差，主要體現在使用尾門摳手

關閉尾門時，手指易從尾門摳手中滑出，導致關門困難。在從人、

機、料、法、環(huán) 5 個維度進行分析后，找到 6 個導致該問題的直

接原因。

1.1 尾門摳手抓握面與水平面角度不合理

尾門開啟后，尾門摳手開口一般朝車后方向，尾門摳手靠近

地面的一面為抓握面，抓握面與水平面的夾角是決定尾門摳手是

否易滑手、操作是否舒適的關鍵因素。此夾角與尾門摳手布置位

置、尾門開啟角度有關，通過 3D 數模可準確模擬出尾門開啟后

尾門摳手抓握面與水平面的夾角。一般來說，尾門摳手抓握面基

于水平面上傾時，角度為正值，反之為負值。

該 車 型 尾 門 開 啟 后， 尾 門 摳 手 抓 握 面 與 水 平 面 夾 角 為

+6.8°，即尾門摳手抓握面相對與水平面上傾，因此手指施力在

尾門摳手抓握面上關閉尾門時，手指會順著抓握面下滑，導致

施力困難，手指易滑出。若尾門摳手抓握面下傾，手指則不易

滑出，此時尾門摳手抓握面與水平面夾角為負值。通過測量某

幾款已量產車型該夾角數值（表 1），當夾角為負值時，均未出

現尾門摳手易滑手問題，在關門過程中手指能緊貼在尾門摳手

抓握面上。因此尾門摳手抓握面與水平面夾角不合理，是尾門

摳手易滑手的主要原因。

車型 1號 2號 3號 4號 5號 6號 故障車

角度/° -15.0 -4.9 -8.6 -8.2 -7.9 -3.7 +6.8

表 1 已量產車型尾門摳手抓握面與水平面夾角

1.2 尾門摳手抓握面無抓握特征

由于該車型尾門摳手與尾門飾板為一體成型，尾門摳手處利

用抽芯結構出模。為避免倒扣，抓握面無法增加弧面特征，只能

做一個平面，因此影響手部抓握舒適性。

1.3 尾門摳手開口尺寸不合理

尾門摳手一般為盒狀長方體，由 5 個平面組成，包含 3 個

關鍵尺寸，即摳手的長度、寬度和深度。尾門摳手開口尺寸直

接影響摳手的使用舒適性 ：摳手深度不足時，手部接觸面積小，

不便于施力會導致滑手 ；摳手寬度不足時，摳手內部空間狹窄

導致手部干涉 ；摳手長度不足時，摳手內部空間狹窄導致手部

干涉。因此尾門摳手開口尺寸一般根據人體手指尺寸設計，推

薦尺寸為 ：尾門摳手開口深度≥ 50 mm，開口寬度≥ 25 mm，

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019 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

水平面夾角不合理以及觸摸面摩擦系數低等問題，重新設計尾門

摳手并制作快速樣件裝配到實車上驗證，尾門摳手易滑手問題得

到解決，但尾門關門力大，操縱舒適性并未提升。尾門關門力是

由尾門左右 2 根氣彈簧決定，由尾門開關門力曲線圖可以看出（圖

3），溫度越高、尾門開啟角度越大，則關門力越大。

表 2 尾門關門力值

圖 1 尾門摳手皮紋樣式

圖 2 尾門摳手脫模角度

圖 3 尾門開關門力曲線

車號 1號 2號 3號 4號 5號 6號 7號 8號 9號 10號 平均值

實際關門力值/N 82.0 85.0 80.0 83.0 82.0 79.0 80.0 81.0 76.0 83.0 81.8

相對于理論值/N +32.0 +35.0 +30.0 +33.0 +32.0 +29.0 +30.0 +31.0 +26.0 +33.0 +31.1

開口長度≥ 80 mm[1]。該車型尾門摳手開口深度為 45 mm，開

口寬度為 25 mm，開口長度為 98 mm，開口深度略低于推薦值，

故手指接觸面較小。因此開口尺寸不合理是導致尾門摳手易滑手

的原因之一。

1.4 尾門摳手觸摸面摩擦系數低

該車型尾門摳手與尾門飾板為一體成型，但通過對比尾門摳

手及尾門飾板表面皮紋發(fā)現，二者皮紋樣式不一致（圖 1）。尾門

飾板本體皮紋為粗皮紋（WGA011，皮紋深度 90 μm），尾門摳手

皮紋為細皮紋（WGF011，皮紋深度 50 μm）。二者皮紋特征不一

致的原因 ：尾門摳手觸摸面出模角度為 5o（圖 2），不滿足粗皮

紋理論脫模角度（7o），故尾門摳手表面做細皮紋。由于細皮紋

表面粗糙度小，摩擦系數低，導致尾門摳手表面較為光滑，關門

過程中手指易滑出。故尾門摳手觸摸面摩擦系數低，是操作人機

工程差的原因之一。

1.5 尾門關門力大

在 找 出 尾 門 摳 手 相 關 原 因 后，

利用控制變量法尋找其他因素，才能

從根源上解決問題。針對尾門摳手開

口尺寸不合理、尾門開啟后觸摸面與

在室溫下隨機抽取 10 臺車測量其關門力（表 2），實際關門力

比理論關門力大 30.0 N，并且在夏季室溫較高時關門力明顯增大。

1.6 尾門摳手離地高度不合理

根據人體身高，尾門開啟后，尾門摳手離地高度推薦在

1 810 ～ 1 880 mm，過低或過高都會降低操作舒適性，此

高度由尾門鉸鏈離地高度和尾門開啟角度決定。尾門鉸鏈離

地高度越高，尾門開啟角度越大，則尾門摳手離地高度越高。

該車型尾門鉸鏈離地高度為 1 378 mm，尾門開啟角度 95°，

尾門開啟后尾門摳手離地高度 1 922 mm，高于人機工程要

求值（1 810 ～ 1 880 mm）。對于部分客戶而言，這個尾門摳手離

地高度值也是影響操作舒適性的。

2 尾門摳手人機工程提升措施

2.1 改善尾門摳手抓握面與水平面角度

由于設計初期考慮降低成本、減少模具開發(fā)，故尾門摳手與

尾門飾板是一體成型。尾門摳手處需在模具上設計相應的斜頂與

滑塊結構，因此尾門摳手抓握面與水平面角度受限于模具結構，

無法按角度為負值設計 [2]。為從根源上解決問題，需在尾門摳手

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抓握面上設計凸臺結構，因此重新設計尾門摳手結構 ：單獨拆分

一個尾門摳手零件，在尾門摳手抓握面上設計防滑凸臺（圖 4）。

該凸臺將尾門摳手抓握面與水平面角度從 +6.8°改為 -12.0° [3]。措

施實施后，尾門摳手易滑手問題得到極大改善。

2.2 優(yōu)化尾門摳手抓握弧面特征

通過增加尾門摳手凸臺改善尾門摳手抓握面與水平面角度

后，可以極大改善尾門摳手易滑手問題。為進一步提升尾門摳手

的操作舒適性，保證乘員在使用時無硌手感，尾門摳手凸臺的設

計如圖 5 所示。

紋其表面摩擦系數顯著提高，滑手問題得到明顯改善。

2.5 降低尾門關門力

假設尾門氣彈簧最小支撐力為 F1，它保證尾門在最大開啟

角度時能支撐尾門，避免尾門下墜。F1 越大，氣彈簧的支撐性能

越好，但會導致尾門關門力加大 ；F1 越小，對應的尾門關門力越

小，同時伴隨著尾門下墜的風險，因此需要找到一個平衡點確定

F1 的大小。F1 的大小與尾門重力、重力力臂長度、氣彈簧桿臂

伸展時力臂長度、彈簧數量以及安裝系數有關 [4]。

通過實車測量，尾門實際關門力比理論值大 30.0 N，并且

關門力隨著溫度升高而升高。為降低尾門關門力，將尾門氣彈

簧的 F1 由 460.0 N 調整到 440.0 N。尾門氣彈簧 F1 降低后，隨

機抽取 10 臺車，測量其尾門關門力前后變化值（表 3），關門

力降低 8.5 N 左右。

2.6 降低尾門開啟后尾門摳手離地高度

尾門鉸鏈位置與整車車高相關，因此要降低尾門摳手離地高

度，需通過調整尾門開啟角度實現，尾門開啟角度越低，尾門摳手

離地高度越低。尾門開啟角度由尾門氣彈簧行程決定，可通過縮短

氣彈簧行程來減小尾門開啟角度。同時，要考慮到尾門開啟角度減

小后對乘員頭部空間的影響，避讓頭部觸碰到尾門。該車型在平衡

尾門摳手離地高度和頭部空間需求后，將尾門開啟角度由 95°降低

為 90°，尾門摳手離地高度由 1 922 mm 降低為 1 870 mm，在推薦

范圍值內。尾門摳手離地高度降低后，尾門摳手操作舒適性得到提升。

3 尾門摳手人機工程提升設計總結

尾門摳手操作人機工程差是由多方面因素引起的，因此在前

期設計階段應綜合考慮，并嚴格按照推薦值進行設計。對于盒狀

長方體的尾門摳手，總結出如下 6 點設計要求。

（1）尾門開啟后，尾門摳手抓握面尺寸與水平面夾角應為負

值（即抓握面為下傾趨勢），推薦夾角在 -8.0 ～ -10.0°。

（2）尾門摳手抓握面避免設計為平直面，應增加抓握特征，

并保證特征的舒適性。

（下轉第 25 頁）

圖 4 尾門摳手凸臺

圖 5 尾門摳手凸臺設計尺寸

表 3 尾門關門力值

車號 1號 2號 3號 4號 5號 6號 7號 8號 9號 10號 平均值

更改前/N 82.0 85.0 80.0 82.0 83.0 79.0 80.0 81.0 76.0 83.0 81.8

更改后/N 73.0 72.0 75.0 76.0 72.0 70.0 73.0 74.0 70.0 71.0 72.6

變化值/N -9.0 -13.0 -5.0 -6.0 -11.0 -9 -7 -7 -6 -12 -8.5

作舒適性得到提升。

2.4 提高尾門摳手抓握面摩擦系數

尾門摳手從尾門飾板中單獨拆出

后，抓握面出模角度可做到大于 7°，

因此在表面腐蝕粗皮紋，相比于細皮

2.3 加大尾門摳手深度

基于重新開發(fā)尾門摳手的基礎下，可同時優(yōu)化尾門摳手深度，

提升操作舒適性。該車型尾門摳手深度前期受限于模具斜頂頂出

行程，僅做到 44 mm，在使用過程中有手指抓握面不足，并且頂

到手指前端引起的不適感。故將尾門摳手深度加深到 50 mm，操

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021 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

基于六西格瑪設計的外后視鏡抖動問題品質提升設計

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

溫金華、徐林邦、趙巍、劉學雷

摘要 ：本文通過應用六西格瑪設計田口法試驗設計工具，結合 CAE 分析（計算機輔助分析）工具，來解決汽車外后視鏡鏡行駛過程當中抖動問題。

根據六西格瑪設計，確定研究項目對象、評價標準和項目達成目標，建立參數模型。此外，文章采用了六西格瑪設計的田口法試驗工具策劃試驗，

通過 CAE 軟件的進行試驗驗證，再用田口分析工具對試驗結果進行信噪比和均值計算分析，選擇控制因子及其水平，根據評價標準選取最優(yōu)品質

提升方案，可解決外后視鏡行駛抖動問題。最終驗證結果表明，采用六西格瑪設計方法進行汽車外后視鏡抖動問題品質提升設計能達到預期目標，

并且能減少試驗次數、試驗周期，從而節(jié)約試驗成本。

關鍵詞 ：六西格瑪設計 ；外后視鏡 ；田口法 ；CAE 分析 ；試驗分析

中圖分類號 ：U463.85+6 文獻標識碼 ：A

0 引言

隨著乘用汽車逐漸普及，人們對汽車的需求已經不僅僅局限

于傳統(tǒng)的出行、乘坐需求。隨著人們對汽車的不斷深入理解 ：好

開、好玩、好用和好看，以及好品質、有品味的全方位汽車更能

打動消費者。因而人們對汽車的品質提出了越來越高甚至說是苛

刻極致的需求，整車的質量品質提升也越來也迫切。某車型上市

后，其外后視鏡在 120 km/h 高速行駛過程中，鏡片抖動導致后

方視野不清晰。該問題出現比較普遍，在售后不易解決，因此引

起了客戶的抱怨，抱怨率達 17%。

該問題反饋到整車廠家后，廠家組織項目團隊對該問題進行

分析。項目團隊通過采用美國供應商學會總裁喬杜里先生的六西

格瑪設計流程（IDDOV，即識別、定義、設計、優(yōu)化和驗證），運

用六西格瑪設計工具箱中的客戶需求收集法、VOC 親和圖、質量

屋、決策矩陣、普氏分析、參數圖、正交設計、信噪分析和 CAE

分析等工具，對汽車外后視鏡抖動問題品質提升設計優(yōu)化 [1]。通

過運用六西格瑪設計工具，系統(tǒng)識別與分析外后視鏡抖動問題，

從而尋求解決外后視鏡抖動措施方案，使外后視鏡行駛過程中更

穩(wěn)健側，后方視野成像更清晰，并形成設計指導技術規(guī)范。

1 六西格瑪設計概述

六西格瑪設計（Design For Six Sigma，簡稱 DFSS）就是按

照合理的流程，系統(tǒng)化、條理化的分析，運用科學的方法精確地

剖析理解和全方位把握顧客需求，對產品零部件、流程進行穩(wěn)健

性設計 [2]。其目的就是使產品或流程在低成本情況下實現六西格

瑪質量水平，同時產品或流程本身具有抗各種干擾的能力，即便

使用環(huán)境惡劣或操作不當，產品仍能滿足顧客的需求 [3]。

六西格瑪設計不僅僅是一個合理的流程，其本身還是一個龐

大的工具箱。工具箱中常見工具如 ：項目定義樹、項目收益圖、

客戶需求搜集法、VOC 親和圖、T- 方法、魚骨圖、頭腦風暴、質

量屋、四盒模型、假設檢驗、卡諾模型、普氏分析、數學建模、

決策矩陣、參數圖、萃智、正交設計、試驗設計、信噪比、響應圖、

CAE 分析以及驗證等。利用這些工具，在產品設計時可以使決策

更科學、設計更穩(wěn)健、設計效率更高。

2 項目設計開發(fā)流程和方案

2.1 識別階段（Ⅰ）

識別階段主要通過運用“項目任務書、項目范圍、項目收益

樹和項目計劃”來識別研究對象的范圍，以及確認外后視鏡品質

提升目標 ：降低鏡片抖動問題客戶抱怨率。

2.1.1 確定研究對象范圍

通過對正在開發(fā)項目進行篩選，根據“結構典型、工藝多樣

以及方案可推廣至其他零件”原則，選定了某平臺車型的外后視

鏡產品作為研究對象。外后視鏡的子零件數量眾多，常用結構零

部件共有 18 個。經爆炸圖分析（圖 1），造成外后視鏡鏡片高速

抖動問題最可能的原因，主要在連接機構的子零件上。研究對象

范圍可以進一步縮小。

2.1.2 連接機構分析

通過對外后視鏡結構拆解分析發(fā)現，其連接結構主要集中在

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022 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

這幾類的結構零件上 ：安裝座、安裝支架、折疊器、轉向器、鏡

片架和鏡片阻尼片。通過目前結構及模態(tài)分析，最終研究對象集

中在折疊器、轉向器和鏡片阻尼片上。

經 過 測 試 分 析， 該 車 型 外 后 視 鏡 的 折 疊 器 型 號 為

293/529-1 款，折疊承載力＜ 900 g ；轉向器型號為 980 系列，

承載鏡片能力＜ 150 g。折疊器和轉向器均存在承載能力小、

振動穩(wěn)定性差的問題。鏡片阻尼片為塑料材質，存在阻尼穩(wěn)定

性差、鏡片抖動的問題。此外，外后視鏡模態(tài)標準要求 ：單外

后視鏡模態(tài)≥ 50 Hz，裝置在車門上模態(tài)要求≥ 45 Hz[4]。無論

是與標準要求還是與對標車型相比，故障車型的外后視鏡還存

在模態(tài)較小的問題（圖 2）。而且，外后視鏡 3 安裝點間距也小

于標準值（要求 ：安裝間距＞ 50.0 mm）。

圖 1 外后視鏡零部件爆炸圖

表 1 工程指標要求匯總

圖 2 故障車型與對標車型外后視鏡模態(tài)分析

工程指標 指標來源 目標設定 驗證方式

視野范圍 客戶 曲率（1 260±50） 測量

外觀 客戶 ≥客戶可接受水平 感知評審，調研評價

零件成本 采購、制造、車身工程師、

總裝和售后 越小越好 成本核算

NVH、異響要求 NVH研究所 折疊異響＜60 dB，鏡殼正八設計 NVH仿真模擬分析

安裝布置 生產和總裝 安裝螺栓空間≥23.0 mm；螺栓安裝角度：Y軸向下6～13° 計算測量

剛度模態(tài)要求 后視鏡技術規(guī)范 單個后視鏡模態(tài)≥50.00 Hz；后視鏡+門模態(tài)≥45.00 Hz CAE仿真分析

振動穩(wěn)定性 后視鏡技術規(guī)范 振動頻率在20.00～200.00 Hz時的扭轉角應小于8′；振動頻率在20.00～250.00 Hz

時，90%的扭轉角應小于8′ 第三方測試

視野及安裝要求 國家政府和制度 滿足GB 15084-2013《機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求》 GB 15084-2013

2.2 定義階段（D）

定義階段首先收集顧客聲音（VOC），然后將顧客聲音進行

分類，將分類后的顧客聲音轉化為具體的工程技術指標。

2.2.1 收集顧客聲音

從外部客戶、內部客戶以及政府法規(guī)三方面收集針對此產

品的顧客聲音。由造型工程師、感知質量工程師、車身工程師、

NVH 工程師、CAE 工程師、生產制造工程師、市場售后工程師以

及采購工程師等組成專家評審團隊。由專家評審團隊整理篩選出

與外后視鏡抖動項目有關聯(lián)的顧客聲音。顧客聲音主要集中在外

觀、成本、開發(fā)周期、耐用、裝配制造和法規(guī)等方面。

2.2.2 分析工程指標

運用質量屋工具，將顧客聲音轉化為工程技術指標要求。把

識別出的各項工程技術指標，逐一列出，并明確目標設定驗證方

式，然后通過運用質量屋客戶 VOC 轉化成工程參數指標（表 1）。

2.3 開發(fā)階段（D）

開發(fā)階段主要工作是開發(fā)各種設計概念方案，通過頭腦風暴，

初步選出與外后視鏡抖動相關的一些設計因素 ：重量、價格、結

構剛度、振動穩(wěn)定性、外觀感知、鏡片穩(wěn)定性、耐久性、可靠性

和高速顯像清晰度等。然后通過運用普氏分析工具，選定最佳的

設計更改概念方案。

2.3.1 普氏分析

將 9 個可選的概念方向進行組合，形成 6 個概念設計更改方

案（圖 3）。

方案 0 ：某基礎車型設計方案。

方案 1 ：轉向器及折疊器選型更改 ：選用更穩(wěn)定的 529-5 型

折疊器和 300 系列轉向器。

方案 2 ：鏡片支架結構卡接干涉量增加，牢靠度增加。

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023 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

方案 3 ：鏡片阻尼片由塑料變成金屬片。

方案 4 ：增加安裝支架的筋條，提升剛度模態(tài)。

方案 5 ；鏡體的壁厚減薄。

方案 6 ：外后視鏡連接布局 3 個安裝點布置間距＞ 50.0 mm，

且外后視鏡的質心在安裝的三角區(qū)域內。

運用普氏分析對概念設計更改方案進行對比優(yōu)化，方案 0 為

基礎設計方案，方案 1 ～方案 6 分別與基礎設計方案對比，工程

指標為評價項目，比基礎方案“好”、“差”和“相同”分別標記為“+”、

“-”與“S”。從普氏分析結構來看，方案 1 和方案 3 在各個方面

因素都有優(yōu)勢，特別是在穩(wěn)定性、可靠性、耐久性和高速顯像清

晰度都是很好的提升。由此分析可得出，方案 1 和方案 3 綜合來

看是最合適的方案。

2.3.2 確定設計更改方案

通過普氏分析最終可以確定外后視鏡品質提升的概念設計

更改方案 ：選用更穩(wěn)健型的折疊器，型號為 529-5，其折疊承載

力＜ 1 500 g ；選用型號為 300 系列的轉向器，其承載鏡片能力

＜ 280 g ；同時阻尼片由塑料改為不銹鋼（SUS304 材質）。對選

定的概念設計更改方案初步分析可知，更改后外后視鏡整體模態(tài)

值有所提升，同時振動穩(wěn)定性增強能達到提升的目標。

2.4 優(yōu)化階段（O）

2.4.1 建立參數圖

根據選定的概念設計更改方案，繪制參數圖，并找出系統(tǒng)的

控制因子、噪聲因子以及響應和癥狀。通過對標和設計專家團隊

評審，認為轉向器承載力和手動調節(jié)力矩、折疊器承載力和手動

調節(jié)力矩、鏡片阻尼材料、安裝座 / 支架加強筋厚度以及鏡片厚度，

這些因子可能會對外后視鏡抖動有很大影響，且這些控制因子易

于設計控制。其中鏡片曲率偏差值 S 以及鏡片寬度偏差值 H，作

為噪聲因子。外后視鏡響應為 ：鏡片后方視野清晰（振動頻率在

20 ～ 200 Hz 時的扭轉角應小于 8′）[5]。當其指標不達標時，會

出現振動異響噪聲、質量增加等癥狀（圖 4）。

2.4.2 控制因子和水平的選擇

影響外后視鏡鏡片后方視野清晰（振動頻率在 20 ～ 200 Hz

時的扭轉角應小于 8′）的共有 5 個控制因子，每個控制因子均有

2 個水平。各控制因子與外后視鏡結構關系如圖 5 所示。

2.4.3 噪聲因子和水平的選擇

噪聲因子的設定及其組合設定如下。

圖 3 普氏分析

圖 4 參數圖

圖 5 控制因子及水平

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024 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

鏡 片 曲 率 偏 差 值 S ：S1（15.0），S2（25.0）；理 論 偏 差

R=±60。

鏡片寬度偏差值 H ：H1（0.5），H2（1.0）；理論公差 ±0.5。

根據其噪聲因子特性對產品的影響，選取 2 組噪聲因子 ：第

一組 N1（S2 與 H1 組合）；第二組 N2（S1 與 H2 組合）。

2.4.4 正交列表編碼和解碼

根據控制因子和噪聲因子的水平，對其進行編碼和解碼。編

碼就是用 1、2 分別代替兩個等級水平，解碼就是指控制因子在 1、

2 水平時代表的具體參數。運用 Minitab 軟件生成田口 L8 正交矩

陣表（5 因子 2 水平，忽略交互作用），對控制因子進行排列組合，

以達到用最少的試驗次數來區(qū)分出關鍵的控制因子（圖 6）。根據

正交列表，只需要安排 8 次試驗就可以完成對 2 水平 5 因子的控

制因子試驗驗證。

3 驗證階段（V）

3.1 試驗驗證

根據正交表安排 CAE 驗證試驗 8 次，并在不同的概念設計

參數方案上讀取鏡片扭轉角度的變化量，將試驗數據填寫在表格

里面。由于鏡片扭轉角度變化量是越小越好，所以目標響應選擇

為望小特性（smaller-the-better），即需求鏡片扭轉角＜ 8′，試

驗結果望小。采用 Minitab 軟件的田口分析信噪比和均值（圖 7），

并形成信噪比主效應圖表和均值主效應圖表（圖 8 和圖 9）。

3.2 試驗分析

A2、B1、C1 對扭轉角度減小響應效果最為顯著，D1、E1

對得分的提升也有效果 ；并且實際試驗驗證信噪比提升 4.27，

圖 6 編碼解碼及田口正交列表

圖 7 正交試驗結果

圖 8 信噪比主效應圖

圖 9 均值主效應圖

滿足預期設計需求，故根據分析選

擇 A2+B1+C1+D1+E1 組合方案。

3.3 確認結果

按照正交列表試驗驗證分析測

算的優(yōu)化組合方案，能夠滿足品質

設計提升要求。根據優(yōu)化方案進行

試制、驗證，即外后視鏡轉向器選

用 300 系列，折疊器型號采用 529-

5，阻尼片材料選用 SUS304 不銹鋼，

安裝座加強筋厚度選擇 3.0 mm，鏡

片厚度選擇 2.0 mm。最優(yōu)的設計提

升及確認方案對應關系如圖 10 所示。

最終試制的外后視鏡剛度模態(tài)滿足

指標要求，并且裝車后達成項目目

標需求。

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025 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

【參考文獻】

作者簡介 :

溫金華，本科，工程師，研究方向為汽車內外飾零件、整車造型與工程開發(fā)設計。

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譯 . 上海 : 上海交通大學出版社 ,2022.

[2] 何楨 . 六西格瑪管理 [M]. 第三版 . 北京 : 中國人民大學出版社 ,2014.

[3] 馬逢時 , 周暐 , 劉傳冰 . 六西格瑪管理統(tǒng)計指南——MINTAB 使用指導

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[4] 葛如海 , 高宏范 . 基于 ABAQUS 的汽車后視鏡視野穩(wěn)定性仿真分析 [J].

重慶交通大學學報 ( 自然科學版 ),2013,32(01):143-146.

[5] 蘇秀榮 , 齊智國 , 劉建 , 等 . 汽車外后視鏡抖動的試驗研究 [J]. 內蒙古工

業(yè)大學學報 ( 自然科學版 ),2018,37(03):201-206.

此外，本次外后視鏡品質提升設計過程形成了外后視鏡的設

計規(guī)范指導書，對后續(xù)車型外后視鏡設計具有一定的指導意義。

4 結束語

本研究通過運用六西格瑪設計方法，在確保性能的情況下實

現外后視鏡抖動問題的解決和設計品質的提升，達成預期目標。

并在完成這個項目優(yōu)化后形成外后視鏡設計規(guī)范指導書，為以后

外后視鏡設計提供設計指導。在解決外后視鏡行駛中抖動問題的

過程中，采用了六西格瑪設計中的田口法正交試驗工具，能清晰

地識別出關鍵控制因子和各控制因子的最優(yōu)水平。而且該方法快

速且精確，效率高，大大降低了時間成本和試驗成本。

六西格瑪設計是一種方法論、一種價值觀，同時也是一種

合理的工作流程、一個龐大的工具箱。掌握這種方法論，活用

圖 10 最優(yōu)的設計及確認

DFSS 工具箱中的工具，不僅能在產品結構的設計工作中，快速

找到關鍵控制因子和各因子最優(yōu)水平，提高設計的穩(wěn)健性，還可

以節(jié)約試驗次數、減少試驗周期，最終達到降本增效的目的。

【參考文獻】

作者簡介 :

周福全，本科，助理工程師，研究方向為汽車內飾設計。

[1] 曾滿林 , 戴禮強 , 趙福全 . 基于人機工程的汽車設計方法 [J]. 工業(yè)工

程 ,2012,15(05):55-59.

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[5] 張 明 晶 . 基 于 人 機 工 程 的 汽 車 尾 門 總 布 置 方 案 設 計 [J]. 時 代 汽

車 ,2020(22):116-117.

（上接第 20 頁）

（3）尾門摳手開口推薦尺寸為 ：開口深度≥ 50 mm，開口

寬度≥ 25 mm，開口長度≥ 80 mm。

（4）尾門摳手抓握面推薦粗皮紋或表面粘貼一層防滑墊，不

建議使用細皮紋。

（5）尾門關門力值推薦在 50.0 ～ 60.0 N 之間，最大不超過

65.0 N。

（6）尾門開啟后尾門摳手離地高度推薦在 1 810 ～ 1 880 mm[5]。

設計過程中如上設計要求若有部分無法滿足，應在模具開發(fā)

前制作快速樣件進行評審，避讓后期產生修模工作。若受限于某

種條件無法進行調整，可考慮使用棒狀拉手，可從根源上解決尾

門摳手易滑手問題。

4 結束語

該車型尾門摳手操作人機工程差是一個綜合性的問題，通過

對該問題進行深入分析及設計改進，最終極大提升了操作舒適性，

避免存在明顯設計缺陷的汽車交付到客戶手中，并且從中獲取了

寶貴的經驗教訓和設計總結，給后續(xù)車型尾門摳手提供設計參考，

力爭達到最優(yōu)的設計效果，提高零件一次開模成功率。

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026 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

橫風作用下重型天線車底盤抗傾覆性能試驗研究

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（泰山科技學院，泰安 271000）

宋曉波

摘要 ：針對重型天線車底盤在橫風作用下有傾覆危險的問題，本文研究了橫風作用下重型天線車底盤的傾覆力矩計算模型，重點設計并搭建了抗

傾覆試驗裝置、制定了具體的測試方案和試驗步驟，并根據試驗結果對照設計指標對底盤車架進行了改進，改進后各項指標符合使用要求。該試

驗為重型天線車底盤橫風作用下的抗傾覆能力評估提供了依據。

關鍵詞 ：橫風 ；天線車底盤 ；抗傾覆 ；加載工裝 ；配重 ；應力測量 ；位移測量

中圖分類號 ： U467.1 文獻標識碼 ：A

0 引言

重型天線車底盤結構如圖 1 所示，底盤為五軸，設置調平支

腿和尾部抗風支腿，天線設備集成于底盤尾部回轉平臺上。天線

陣面為箱體結構，其他設備均以箱體形式安裝在底盤中部車架和

副車架上。工作時，各個調平支腿落地支起底盤，抗風支腿打開，

天線陣面和天線座轉臺進行 360°轉動。天線陣面打開時，如遇陣

風，天線車底盤有可能受到橫向力，發(fā)生橫向滑移或傾覆，一旦

底盤發(fā)生傾覆，后果十分嚴重。因此，必須對重型天線車底盤在

橫風作用下的抗傾覆性能進行理論與試驗研究 [1]。

對天線車底盤的抗傾覆性能測試，目前沒有通用的標準，可

借鑒工程機械抗傾覆穩(wěn)定性的校核思路。如起重機的抗傾覆試驗，

主要采用力矩法、穩(wěn)定系數法和按臨界傾覆載荷標定額定起重量

等方法，實現對起重機抗傾覆穩(wěn)定性的控制。即通過控制起重機

的起重量，使各項載荷對危險傾覆邊的總力矩不小于零 [2]。

但是對于天線車底盤上裝的天線陣面，難以調整其尺寸、重

量等參數，且根據其用途，對天線陣面的工作精度要求較高。因此，

對橫風作用下確保天線車底盤抗傾覆性能的思路可調整為 ：將危

險工況的橫風載荷施加在天線車上，測定其抗傾覆性能及整體變

形、受力情況，并根據設計指標對底盤的結構進行改進，以達到

抗傾覆及其他設計要求。

1 天線車底盤抗傾覆試驗原理及裝備

1.1 試驗原理

1.1.1 理論分析

分析天線車工作時一側支腿所受的傾覆力矩，主要包括風力

矩M1 和各項載荷產生的力矩M2 兩部分。

（1）風力矩M1

將整車分為天線陣面、設備箱體和底盤三個部分，橫風作用

下各部分均對一側支腿產生風力矩 [3]?？偟娘L力矩按下式計算 ：

（1）

式中 C——風阻系數，取 1.4

Ai

——各部分特征面積

V——風速

H——風力中心距地面的高度

（2）各項載荷產生的力矩M2

用支腿將天線車撐起工作時，天線車自身重力、天線陣面傾

斜以及陣面回轉導致的慣性力等，均對一側支腿產生力矩。由于

天線陣面回轉緩慢，慣性力可忽略不計，因此 M2 按下式計算 ：

（2）

式中 G1——天線車自身重力

L 1——天線車重心距一側支腿的垂直距離

G2——天線陣面重力

L 2——天線陣面重心距一側支腿的垂直距離，轉動到不同方

向時，L 2 的數值隨之不同

（3）傾覆力矩 M

傾覆力矩M 為風力矩M1 以及各項載荷產生的力矩M2 兩部

圖 1 五軸天線車示意圖 分的代數和，即 ：

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027 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

（3）

由于天線陣面和轉臺的轉動，當轉向不同方位時，橫向載荷

導致傾覆趨勢的方向不同 ：陣面的前后面迎風面積最大 ；底盤和其

他設備箱體等不需回轉的部分，只有側向的迎風面積最大。因此，

當天線陣面旋轉至面向底盤側面時，對于某一側的支腿來說，風力

矩M1 最大，與各項載荷產生力矩M2 的代數和最小，即傾覆力矩

可能會小于零，整車發(fā)生傾覆的危險最大。由此確定了危險工況。

1.1.2 試驗方案

由于試驗條件限制，難以使用真實的橫風作用在天線車上，需

將橫風作用折算為橫向載荷。根據實際工作最惡劣環(huán)境狀況，當風

力為 8 級時，估算得到整個天線車受到的橫向載荷約為 7.0 t[4]，作

用在陣面上距離地面 7.00 m 處。一些學者曾針對該要求進行過

同類試驗，采用的是通過高塔上定滑輪施加橫向載荷的方式 [5]。

該試驗裝置適用于需常年進行該試驗的天線車總裝單位，制作成

本較高，且一旦試驗結果與要求不符，難以進行底盤的改進設計。

本文研究采用一種新的加載方式，由牽引車提供橫向力，即通過

纜繩將大小相當的牽引力施加在天線陣面工裝的相應位置。

試驗方案如圖 2 所示，利用支撐腿工裝、加載工裝和配重模

擬天線車的實際工況，使用 1 號牽引車通過天線轉動座工裝將最

大 7.0 t 的橫向載荷作用于天線車。通過布置各種傳感器，監(jiān)測

在橫風作用下，底盤各處的應力和位移、轉動座處的位移，并通

過支撐腿底部壓力傳感器的讀數判斷底盤是否發(fā)生傾覆。2 號牽

引車與 1 號牽引車位置相對，通過其纜繩牽引，避免發(fā)生傾覆的

危險，起到安全保護的作用。

1.2 試驗裝置

根據試驗方案，該試驗使用的裝置包含支撐腿工裝、天線轉

動座加載工裝、配重塊、纜繩、拉力傳感器和牽引車等。

1.2.1 配重與加載

為 了 模 擬 天 線 車 的 實 際 工 作 情 況， 需 在 底 盤 上 一 橋 前

350.00 mm、一橋后 5 815.00 mm 和五橋后 268.00 mm 處各

對稱施加 0.5 t、4.0 t 和 17.6 t 配重。同時，在回轉盤上施加

24 t 載荷，該載荷由三部分組成 ：加載工裝自重 4.0 t ；加載工

裝上方安裝的 17.6 t 配重塊 ；以及 1 號牽引車絞盤牽引力的垂

向分力 2.4 t。為保證試驗安全，1 號牽引車絞盤牽引力采用分

級加載的方式加載。

1.2.2 測試內容

（1）應力測試。根據理論計算，受橫風作用時，底盤車架上

部分位置的應力值需進行監(jiān)測。根據表 1 所示，在車架上布置 24

個應力測點測試車架在各工況下的受力情況。

（2）位移測試。在底盤上布置 8 個拉線式位移傳感器和 2 個

激光位移傳感器，分別測試車架不同位置、以及天線座回轉盤上

的變形情況。傳感器布置位置如表 2 和圖 3 所示。

（3）承重力測試。在 8 個支腿下方布置 8 個壓力傳感器，測

試車架在模擬橫風作用下支腿的承重力變化。

2 試驗方法與步驟

準備工作完成后，按照以下步驟進行試驗。

圖 2 試驗裝置示意圖（牽引車調轉 90°）

表 1 應力測量點

序號 位置 序號 位置

1 五橋前1 175.00 mm處

左縱梁下翼面邊緣處 2 五橋前1 175.00 mm處右

縱梁下翼面邊緣處

3 五橋前640.00 mm處左

縱梁下翼面折彎處 4 五橋前640.00 mm處右

縱梁下翼面折彎處

5 五橋后720.00 mm左縱

梁下翼面邊20.00 mm處 6 五橋后720.00 mm右縱

梁下翼面邊20.00 mm處

7 五橋前1 075.00 mm處

右縱梁下連接板折彎處 8 五橋后1 005.00 mm處右

縱梁下連接板折彎處

9 五橋后1 245.00 mm處

右縱梁下連接板折彎處 10 回轉盤后部加強橫梁后

立板折彎處

11 回轉盤后部加強橫梁與

連接板焊縫處 12 第二支腿后立板右側與

上蓋板焊縫處

13 第二支腿后立板右側與

下蓋板焊縫處 14 第二支腿后立板左側與

下蓋板焊縫處

15 第三支腿后立板右側與

上蓋板焊縫上處 16 第三支腿后立板右側與

上蓋板焊縫下處

17 第三支腿后立板右側與

油缸安裝板焊縫處 18 第三支腿后立板右側與

下蓋板焊縫折彎處

19 尾端前600.00 mm、車

架中心左1 215.00 mm處 20 尾端前200.00 mm、車架

中心右1 215.00 mm處

21 五橋前615 mm處左縱

梁上翼面中心處 22 五橋前615.00 mm處右

縱梁上翼面中心處

23 回轉盤后端面與左縱梁

上翼面焊縫處 24 回轉盤后端面與右縱梁

上翼面焊縫處

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ACADEMIC

028 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

作者簡介 :

宋曉波，碩士，講師，研究方向為機械工程、智能制造及高等教育教學研究。

（1）按表 1 中規(guī)定的測量點位置粘貼應變片，并將應變儀讀

數清零。

（2）將底盤按標記位置停放好，駐車制動，發(fā)動機熄火。

（3）使用吊車將底盤車架抬起，在調平支腿、抗風腿接口處

安裝工裝支撐座，并在下方放置壓力傳感器。然后調節(jié)各支撐腿

工裝，保證底盤正常工作高度。

（4）記錄應變儀讀數（初始值），并將應變儀讀數清零。

（5）按照試驗方案，在如圖 3 中 1 ～ 8 測點位置粘貼拉線式

位移傳感器測頭，拉線另一端固定在地面上。

（6）使用吊車將天線座加載工裝放置在底盤車架的天線座上，

使工裝中心線與車架中心線夾角為 0° ±0.5°。緊固天線座加載工

裝的安裝螺栓。

（7）按照試驗方案在相應位置施加配重。

（8）將 1 號和 2 號牽引車分別停放在底盤右側和左側相應距

離處，使用駐車制動保持車輛固定，發(fā)動機熄火。然后解鎖絞盤

離合器開關，抽出絞盤纜繩。

（9）在天線座加載工裝的兩側各連接一根纜繩，分別與 1 號

和 2 號牽引車纜繩通過卸扣相連。其中，1 號牽引車與底盤間串

接拉力計，監(jiān)控分級加載情況 ；2 號牽引車與底盤間的纜繩張緊，

起到安全保護作用。

（10）按照設計方案，將激光位移傳感器布置在天線座回轉

盤上（圖 3 所示 9 ～ 10 測點位置）。

（11）起動 1 號牽引車，施加駐車制動后，用手柄控制絞盤拉力，

分級施加拉力。同時注意 2 號牽引車絞盤纜繩的張緊程度，在保

證無傾翻危險的情況下，將 2 號牽引車纜繩緩緩放至放松狀態(tài)。

（12）記錄各個支腿壓力傳感器的讀數、各應力測

量點的應變值以及各拉線式位移傳感器和激光位移傳感

器的讀數。

3 試驗結果分析與改進

加載至橫風作用 7.0 t 時，測得最大受力與變形結

果為 ：應力 22 號測點應力值最大，為 169.0 MPa ；車

架位移 7 號測點位移值最大，為 16.21 mm ；天線座回

轉盤上 9 號測點變形值最大，為 9.58 mm。此時，左側

第三支腿和防風支腿下部的壓力傳感器讀數已為零，底

盤有向右傾覆趨勢。

圖 3 位移傳感器測量點 底盤車架使用 Q345 鋼，要求安全系數為 3。根據

表 2 位移測量點

序號 位置 序號 位置

1 左縱梁下翼板最前端中心處 2 右縱梁下翼板最前端中心處

3 二橋后840.00 mm處左縱梁下翼

板中心處 4 二橋后840.00 mm處右縱梁下翼

板中心處

5 四橋后1 040.00mm處左縱梁下翼

板中心處 6 四橋后1 040.00 mm處右縱梁下翼

板中心處

7 左縱梁下平面五橋后2 200.00 mm

車架中心線左450.00 mm處 8 右縱梁下平面五橋后2 200.00 mm

車架中心線右450 mm處

9 天線座回轉盤上平面左端 10 天線座回轉盤上平面右端

[1] 楊紅軍 , 李剛炎 . 車載雷達天線平臺的負載特性及風載穩(wěn)定性研究 [J].

機械制造 ,2008(02): 24-27.

[2] 周奇才 , 周在磊 , 李文軍 , 等 .2500t 環(huán)軌式起重機抗傾覆穩(wěn)定性分析

[J]. 機械設計與研究 ,2012,28(04):108-112.

[3] 劉建軍 , 沈文軍 . 某高轉速相控陣雷達抗風能力分析 [J]. 電子機械工

程 ,2017,33(02):37-40.

[4] 方子帆 , 周宇 , 楊艷麗 , 等 . 可收折超視距雷達車抗風傾覆穩(wěn)定性分析 [J].

三峽大學學報（自然科學版）, 2023,45(01):88-93.

[5] 馮 大 成 . 某 型 天 線 車 抗 傾 覆 能 力 的 計 算 與 檢 驗 [J]. 電 子 機 械 工

程 ,2011,27(02):28-30.

【參考文獻】

天線車對定位精度的要求，要求車架各處變形不超過 9.00 mm，

天線座回轉盤變形不超過 3.50 mm ；要求橫風作用下各支腿不得

虛空。根據以上設計要求，測試結果超出了允許范圍。

結合測試結果與理論計算，對車架尾部縱梁內側進行了結構

加固。再次按試驗步驟進行測試，測得結果 ：應力 22 號測點是

應力值為 90.1 MPa ；車架 7 號測點的變形值為 2.93 mm ；天線座

回轉盤上 9 號測點變形值為 2.97 mm。同時，各個支腿下部的壓

力傳感器讀數均大于零，底盤沒有發(fā)生傾覆的趨勢。

4 結束語

本文研究了橫風作用下重型天線車底盤抗傾覆性能的理論計

算與試驗方法，提出了一種使用牽引車提供模擬橫風載荷的試驗

方案，驗證并改進了該底盤的抗傾覆性能。本文所采用的試驗方

法簡潔有效，對其他同類型底盤抗傾覆能力的評估具有一定的參

考意義，也可用于車載導彈平臺等設備的試驗研究。

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029 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

某車型后擋風玻璃包邊結構優(yōu)化及分析

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

楊湛華、覃大煜

摘要 ：本文通過對傳統(tǒng)尾門封窗包邊結構的不足之處及相關原因進行分析，提出優(yōu)化策略。優(yōu)化后的新型密封結構用包邊取代外飾密封膠條，包

邊連接于后擋風玻璃下邊沿，與后擋風玻璃一體注塑成型，并在注塑包邊中增加固定鐵片嵌件，用于螺栓與尾門外板固定。經驗證，優(yōu)化后的后

擋風玻璃總成結構相比于傳統(tǒng)包邊卡裝在玻璃邊緣的結構，具有降低包邊與側圍及尾門焊合總成之間裝配公差、使包邊貼合更緊密的優(yōu)點，在簡

化裝配工藝及零件密封性有更好的成效。

關鍵詞 ：后擋風玻璃包邊 ；密封性 ；裝配公差 ；一體注塑成型 ；零斷差 ；平齊度

中圖分類號 ：U463.83+5 文獻標識碼 ：A

0 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，居民生活水平越來越高，汽車開

始走進廣大普通居民的家庭，我國也成為世界上最具潛力的汽車

消費市場 [1]。，后擋風玻璃總成安裝于尾門焊合總成形成的窗口，

固定構件連接包邊和尾門焊合總成。傳統(tǒng)后擋風玻璃總成包括后

擋風玻璃、固定卡扣和外飾密封膠條。

后擋風玻璃是汽車的重要組成部分，主要由玻璃原片、油墨、

加熱銀漿絲、天線、接頭、墊塊和嵌條等附件構成 [2]。后擋風玻

璃結構能否在與尾門鈑金的裝配簡單化及密封性更良好，將會決

定后擋風玻璃結構的設計方向。目前在應用的后擋風玻璃大概可

以分為以下 3 種類型。

一是玻璃邊緣既不帶 EPDM 密封膠條，也不帶塑料包邊。該

結構比較簡單，成本上比較便宜，多適用于性價比高而對外觀性

能要求不高的車型。

二是玻璃左右及下邊緣帶 EPDM 密封膠條。該結構通過雙

面膠帶與玻璃粘接，然后與尾門飾板或者鈑金搭接。此結構存

在的缺陷主要是膠條容易與周邊匹配不好，與側圍、尾門外飾

板之間形成老鼠洞，貼合不緊密，并且裝配公差大 ；在開關尾

門過程中，容易與側圍摩擦而損壞 EPDM 外飾膠條。但是該結

構成型簡單，而且成本上沒有注塑成型的包邊高，目前大部分

車型都在用此結構。

三是后擋風玻璃下邊緣集成一體注塑成型的包邊結構。這種

后擋風玻璃結構成型比較困難，對于后擋風玻璃的型面要求比較

高。若是包邊帶不銹鋼或者鋁合金亮條的，一般都是貫穿整個后

擋下邊緣的整體亮條結構，這對于模具的要求會比較高，在亮條

型面及表面質量的產品控制也會比較嚴格。帶包邊結構的后擋風

玻璃總成，旨在解決現有技術中，汽車后擋風玻璃結構粘接的外

飾膠條裝配公差大和貼合不緊密的技術問題。

1 后擋風玻璃包邊結構故障分析

1.1 傳統(tǒng)后擋風玻璃包邊結構原理

傳統(tǒng)后擋風玻璃包邊結構類似側窗類的包邊結構，只是在后

擋風玻璃下邊緣一體注塑成型。若是帶亮條，亮條可分為與包邊一

體注塑或者后卡裝兩種安裝方式。傳統(tǒng)包邊沒有帶固定結構，僅僅

通過后擋風玻璃上的玻璃膠與尾門鈑金粘接固定。這使得后擋風玻

璃包邊與后側窗包邊裝配型面的匹配上，難以保證后擋風玻璃包邊

端頭與后側窗包邊端頭的型面平齊，外觀上無法保證匹配質量。

傳統(tǒng)后擋風玻璃包邊結構主要是由塑料包邊組成，部分帶有

鋁合金或者不銹鋼亮條（圖 1）。一體注塑成型的包邊結構解決現

有技術中，汽車后擋風玻璃結構粘接的外飾膠條裝配公差大和貼

圖 1 傳統(tǒng)后擋風玻璃包邊結構示意圖

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030 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

合不緊密的技術難題。

1.2 傳統(tǒng)后擋風玻璃包邊結構故障分析

對于面積大且具有深彎曲面特征的后擋風玻璃，一般采用壓

模法成形。在實際生產中，成形過程的工藝參數對玻璃應力有著

重要影響，成形后的應力與玻璃的回彈值密切相關，從而直接影

響玻璃型面的成形質量 [3]。由于玻璃在注塑前要經過切裁、磨邊

和打孔工序的生產，所以玻璃可能存在爆邊、劃傷、缺角、磨邊

不良和微裂紋等加工缺陷，也有可能存在結石、氣泡和節(jié)瘤等玻

璃原片缺陷 [4]。

玻璃在成型上對于型面會有偏差，從而會影響包邊的結構成

型。若包邊沒有固定結構，包邊安裝將受限于玻璃型面的波動，

從而導致后擋風玻璃包邊與側窗包邊之間的面差不平齊?；诓?/p>

璃型面影響包邊安裝后的平齊度，傳統(tǒng)包邊結構的后擋風玻璃上

端有 2 個卡扣卡緊在尾門鈑金上，玻璃下端包邊兩端沒有固定結

構與尾門鈑金相連接（圖 2）。

由于玻璃下端與鈑金沒有固定的卡接結構，只是利用玻璃密

封膠讓玻璃與鈑金相連接，所以導致玻璃包邊無法按預期貼合尾

門鈑金。這造成了后擋風玻璃包邊與尾門外板離空，在外觀上有

可見的縫隙（圖 3）。而且，由于后擋風玻璃下端包邊與尾門外板

離空而無法貼合，導致包邊與后側窗包邊表面不平齊。從外觀上

來看，后擋風玻璃包邊端面高于后側窗包邊端面，2 個零件之間

的配合形成的面差，外觀匹配質量不好（圖 4）。

某車型采用了傳統(tǒng)后擋風玻璃包邊結構。在零件裝車后，基

表 1 傳統(tǒng)包邊結構后擋風玻璃包邊與后側窗包邊端面之間的面差統(tǒng)計

圖 2 傳統(tǒng)后擋風玻璃結構示意圖

圖 3 后擋風玻璃包邊與尾門外板離空示意圖

圖 4 后擋風玻璃包邊與后側窗包邊面差示意圖

車輛

信息

車

輛

1

車

輛

2

車

輛

3

車

輛

4

車

輛

5

車

輛

6

車

輛

7

車

輛

8

車

輛

9

車

輛

10

面差值

/mm 2.1 2.6 1.7 3.1 2.3 1.9 1.4 1.7 1.6 1.3

于設計上 2 個玻璃包邊之間是零斷差的基礎，對 10 輛該車型進

行了測試。用面差儀測量后擋風玻璃包邊與后側窗包邊端面之間

的面差，統(tǒng)計結果如表 1 所示。

根據表 1 中的數據顯示，傳統(tǒng)的后擋風玻璃包邊沒有固定安

裝的結構，基本上后擋風玻璃包邊無法與鈑金貼合，存在包邊起

翹的情況。在與后側窗包邊端面的匹配上，都是高于后側窗包邊

端面。對于整車質量要求的平齊度匹配，后擋風玻璃包邊與后側

窗包邊端面無法平齊，無法達到理想的零斷差設計目標。

2 某車型優(yōu)化的后擋風玻璃包邊結構

2.1 優(yōu)化的后擋風玻璃包邊結構原理

某車型優(yōu)化的后擋風玻璃包邊結構類似側窗類的包邊結構，

也是在后擋風玻璃下邊緣一體注塑成型。若是帶亮條，亮條可

分為與包邊一體注塑或者后卡裝兩種安裝方式。該包邊結構上

帶有固定結構，在包邊上集成一塊用于固定后擋風玻璃的金屬

嵌件，形成第一安裝孔，在嵌件上帶有用于安裝螺栓的螺栓孔

位（圖 5）。此固定螺栓將包邊固定在尾門鈑金上，對于控制后

擋風玻璃包邊與后側窗包邊的裝配型面匹配上，很好地保證了

后擋風玻璃包邊端頭與后側窗包邊端頭的型面平齊，在外觀上

保證匹配質量。

此固定螺栓將與后擾流板兩側的飛翼共用一個尾門鈑金的

安裝孔，用同一個螺栓將后擾流板飛翼及后擋風玻璃包邊一起

固定在尾門鈑金上。后擋風玻璃周邊結構包括后擾流板，后擾

流板安裝于尾門焊合總成，圍繞頂側和兩豎側設置，形成有安

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031 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

【參考文獻】

作者簡介 :

楊湛華，本科，工程師，研究方向為車門及附件零部件技術開發(fā)。

[1] 劉小銳 . 基于六西格瑪方法的思迪車后擋風玻璃下滑改進研究 [D]. 廣州 ,

華南理工大學 ,2009.

[2] 劉雨陽 , 黃中華 . 某車型后擋風玻璃銀漿焊接開裂分析及工藝優(yōu)化 [J].

湖南工程學院學報 ( 自然科學版 ),2021,31(03):38-42.

[3] 沙智華 , 羅勝 , 劉宇 , 等 . 汽車后擋風玻璃熱彎成形及回彈過程研究 [J].

機械設計與制造 ,2014(10):126-129.

[4] 常予慶 . 轎車后擋風玻璃網印工序的檢驗 [J]. 絲網印刷 ,2011(03):10-14.

[5] 巴明 . 走進擋風玻璃膠 [J]. 汽車零部件 ,2009(03):35-36.

裝螺栓結構（圖 6）。螺釘穿過后擋風玻璃包邊第一安裝孔和尾

門焊合總成的第二安裝孔，以將包邊、尾門焊合總成和后擾流

板三者連接（圖 7）。

2.2 優(yōu)化的后擋風玻璃包邊結構分析

優(yōu)化后的后擋風玻璃和包邊還是采用一體成型，在原包邊

結構上增加金屬嵌件，嵌件上打有一個用于螺栓安裝的安裝孔。

固定構件連接包邊、后擾流板和尾門焊合總成，使包邊更好地

貼合尾門焊合總成。運用此結構，在另一款車型上進行裝配，

同樣測量后擋風玻璃包邊與后側窗包邊端面之間的面差。在零

件裝車后，基于設計上 2 個玻璃包邊之間是零斷差的基礎上，

用面差儀測量后擋風玻璃包邊與后側窗包邊端面之間的面差，

統(tǒng)計結果如表 2 所示。

車輛

信息

車

輛

1

車

輛

2

車

輛

3

車

輛

4

車

輛

5

車

輛

6

車

輛

7

車

輛

8

車

輛

9

車

輛

10

斷差值

/mm 0.3 0.2 -0.3 -0.5 0 -0.2 0.3 0.1 0.2 0.2

表 2 優(yōu)化包邊結構后，后擋風玻璃包邊與后側窗包邊表面之間的斷差統(tǒng)計

圖 6 后擾流板結構示意圖

圖 7 包邊、尾門焊合總成和后擾流板三者連接示意圖

根據表 2 的數據顯示，后擋風玻璃包邊增加固定安裝的結構

后，對于包邊的安裝拉緊有很大的作用，基本上后擋風玻璃包邊

與鈑金都貼合，不存在包邊起翹的情況。在與后側窗包邊端面的

匹配上，基本上與后側窗包邊端面平齊，對于整車質量要求的平

齊度匹配。后擋風玻璃包邊與后側窗包邊端面基本平齊，達到比

較理想的零斷差設計目標。

3 結束語

后擋風玻璃包邊連接于后擋風玻璃邊沿，利用玻璃膠粘接在

尾門外板上。玻璃膠一方面加強整個車身的強度，另一方面主要

增強車輛的被動保護 [5]。包邊起到密封、美觀和保護玻璃的作用，

后擋風玻璃和包邊采用一體成型，能有效提高后擋風玻璃總成的

裝配精度。

本研究優(yōu)化了后擋風玻璃的包邊結構，利用后擾流板的安裝

螺栓，將包邊、后擾流板和尾門焊合總成連接，使包邊更好地貼

合尾門焊合總成，對于防止包邊起翹有明顯的效果。該新型后擋

風玻璃包邊結構能夠有效降低包邊與側圍、側窗及尾門焊合總成

之間裝配公差，使包邊貼合更緊密。同時，利用后擾流板的安裝

螺栓能夠起到簡化裝配工位的作用，有效提高了生產效率。

圖 5 某車型優(yōu)化的后擋風玻璃包邊結構示意圖

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032 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

基于正交試驗的鍍鋅板帶銅板點焊焊接工藝

參數選擇及優(yōu)化

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

劉杰、李林、韋俊尤

摘要 ：為了增加客戶感知滿意度，某車型車門區(qū)域鍍鋅板焊接需增加銅墊板以增加焊點外觀質量，由此需要增加工藝參數。如果通過傳統(tǒng)的試驗

方法找到適當的參數，試驗次數多，工作量大。本文基于正交試驗的方法，對鍍鋅板加銅板的點焊焊接工藝參數進行了試驗驗證。根據試驗結果，

找到了比較合理的焊接工藝參數，在保證焊接強度的前提下，滿足了焊點外觀的感知質量要求。

關鍵詞 ：正交試驗 ；鍍鋅板 ；銅板 ；電阻點焊 ；工藝參數

中圖分類號 ：U466 文獻標識碼 ：A

0 前言

經過幾十年的發(fā)展，現代汽車工業(yè)已經高度成熟，整車制

造的沖壓、焊裝、涂裝和總裝各工藝段的工藝和生產設備也基本

成熟穩(wěn)定。例如，車身焊裝過程主要使用電阻點焊、二氧化碳氣

體保護焊和激光釬焊等工藝。其中，電阻點焊又是最主要的。整

個白車身有 5 000 ～ 6 000 個電阻點焊焊點，占車身總焊點數的

95% 以上。

現在的汽車車身對整車耐腐蝕性的要求越來越高，整車（特

別是外覆蓋件區(qū)域）鍍鋅板的使用越來越多。另外，整車外覆蓋

件區(qū)域，因為感知質量的需要，對外露焊點的表面要求比較高，

而增加焊接銅墊板可以有效而且簡單地提升焊點外觀質量。但是

增加焊接銅板后，需要優(yōu)化原有的點焊焊接參數，保證焊接強度

和焊點外觀質量。本文就是基于某車型車門區(qū)域鍍鋅板加銅板的

點焊工藝過程，嘗試通過正交試驗的方法，找出最優(yōu)的點焊焊接

工藝參數，滿足高品質車身的制造要求。

2 存在的問題

2.1 鍍鋅板電阻點焊的焊接參數

本試驗選取的某車型車門區(qū)域是鍍鋅板加普通板搭接狀態(tài)，

采用手工電阻點焊工藝。一般電阻點焊主要工藝參數有焊接電流、

焊接時間和焊接壓力。鍍鋅板電阻點焊因為鍍層金屬的影響，和

普通板相比需要增加預熱脈沖 [1]。所以，鍍鋅板電阻點焊的工藝

參數在焊接電流、焊接時間和焊接壓力的基礎上，增加了預熱電

流和預熱時間，所以參數優(yōu)化涉及的因子數就比較多，有 5 個。

2.2 焊點增加銅板的效果

車門部分區(qū)域的焊點布置在整車高可見區(qū)域，客戶在日常用

車過程中對此區(qū)域的外觀質量比較敏感，對此區(qū)域焊點的外觀要

求也比較高。但是手工點焊工藝的局限性，滿足不了相關的質量

要求，更改為機器人焊接的投入成本又比較大，增加銅墊板是一

個經濟有效提升焊點外觀感知質量的方法。

2.3 增加焊接銅板后產生的問題

電阻點焊焊點在鍍鋅板一面增加銅墊板主要會產生以下問題。

（1）銅的導電性比鋼材好，增加銅墊板會產生分流，降低電

流密度。

（2）鍍鋅層融化會和銅板產生粘連，影響銅板散熱和銅板導

電性。

在實際生產過程中，增加銅板后，直接沿用原有不加銅板的

焊接工藝參數，會出現頻次比較高的虛焊問題。而通過簡單的增

加焊接電流或者延長焊接時間，并不能減少虛焊出現的頻次。所

以需要通過試驗的方法，分析各因子的影響，找到最優(yōu)化的焊接

參數。經過對比分析，本研究決定采用正交試驗的方法來確定增

加銅板后的焊接工藝參數。

3 正交試驗設計

3.1 正交試驗設計

正交試驗設計是一種研究多因子，每個因子又有多個水平試

驗設計的方法。它主要根據正交性從全因子試驗中挑選出一部分

最有代表性的點來進行試驗。這些最有代表性的點具備均勻分散、

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033 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

整齊可比的特點 [2]。正交試驗設計是一種高效率、低成本而且非

常有效的試驗設計方法，它是基于現成的正交表來設計的，具有

簡單易學易用的特點。

3.2 正交試驗方法設計的優(yōu)勢

通過正交試驗的方法可以明顯減少試驗次數，降低試驗成本。

對于鍍鋅板加銅板的電阻點焊焊接參數優(yōu)化的試驗來說，主要工

藝參數 5 個，這就意味著有 5 個因子，如果采用傳統(tǒng)的試驗方法，

即使每個因子取 2 水平，那么試驗次數就是 25

，即 32 次。不過

按照實際經驗要求，每個因子取 4 水平比較合適，那就是 5 因子、

4 水平試驗，那么試驗次數就是 45

，就是需要 1 024 次試驗。

如果采用正交試驗設計的方法，在不考慮交互作用的情況下，

選擇 L16（45）正交表，只需要 16 次試驗。這樣一來，試驗次

數大大減少，試驗成本和時間周期也會有明顯改善。

4 試驗前準備

4.1 試片準備

本次試驗選定某車型左前側門門鎖加強區(qū)域的焊點作為試驗

對象。選定焊點的搭接狀態(tài)為 ：0.7 mm 熱鍍鋅板加 1.0 mm 普

通冷軋板，在熱鍍鋅板一面，增加厚度 5.0 mm 鉻鋯銅銅板。熱

鍍鋅板牌號為 DC56D+Z 50/50-M-FC-O，普通冷軋板牌號是 BLCFB-D，板材供應商都是上海寶山鋼鐵股份有限公司，板材相關參

數均可在供應商官網查詢。本試驗板材搭接狀態(tài)如圖 1 所示，鍍

鋅板在上，普通板在下，鍍鋅板外側作為外露區(qū)域增加了銅墊。

法如圖 2 所示，可以取垂直方向融核直徑 D 與水平方向融核直徑

d 的平均值，即 ：

焊點融核直徑 =（d+D）/2

沒有融核的焊點，焊點融核直徑就記作 0。

圖 1 電阻點焊焊點搭接狀態(tài)示意圖

選擇鍍鋅板和普通板各一部分，通過剪床將 2 塊板材切割成

60.0 mm×200.0 mm 的長方形作為焊接試片。同時，準備和生

產現場使用規(guī)格一致的 5.0 mm 厚鉻鋯銅銅板一塊。

4.2 焊點質量評價標準

電阻點焊焊點質量通過破壞性檢查測量的融核直徑評價?，F

場操作人員通過破壞性方法撕裂試片，產生焊接紐扣，通過測量

紐扣直徑大小來評價焊點質量 [3]。焊點融核直徑的測量和評價方

圖 2 焊點融核直徑測量方法示意圖

4.3 設備和操作人員準備

（1）生產設備 ：本次試驗使用在各汽車公司廣泛采用的某供

應商手工電阻點焊焊機和焊槍設備。焊機輸出工頻為 50 Hz，使

用彌散氧化銅電極帽，初始的電極直徑是 6.0 mm。所有設備和

正式生產設備一致。

（2）操作人員：選定現場熟練操作工 1 名，整個試驗過程中，

不更換操作人員。

（3）測量工具 ：準備游標卡尺一把，用來進行電極端面直徑

和焊點融核直徑測量。

（4）修磨工具 ：準備手工銼刀一把，用來進行電極帽修磨。

5 試驗實施過程

5.1 焊接工藝參數的選擇

試驗前首先要確定正交試驗的因子數和因子水平。按照前文

的分析，鍍鋅板加銅板的電阻點焊焊接工藝參數包括 ：預熱時間、

預熱電流、焊接時間、焊接電流和焊接壓力。確定焊接工藝參數

以后，根據相關的技術文件和實際生產經驗，以及搭接板材的材

料厚度，確定了 5 個主要工藝參數的取值。這樣開展試驗的因子

數和各因子水平就確定了，具體如表 1 所示。

5.2 實施試驗

本試驗為 5 因子 4 水平試驗，在不考慮交互作用的情況下，

應該選擇 L16（45

）正交表。根據正交表列出試驗計劃，按照因

子水平表將正交表中的數據 1、2、3、4 替換成相應因子的實際

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034 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

水平數據，就可以按照正交表進行試驗。試驗結果按照正交表記

錄相應的結果。

試驗過程中，為避免某些未考慮到的未知因素影響而產生

的系統(tǒng)誤差，在整個試驗過程中，人員、設備和工具要保持一

致，不能變更。同時，還要保持除考察因子外的其他因素。另外，

試驗的順序要完全打亂，以完全隨機化的方式安排各次試驗的

順序 [4]。隨機化可以通過相關電腦軟件實現，這里不做詳細描述。

5.3 試驗數據分析

本次試驗的結果如表 2 所示。表格中試驗結果一列對應的每

個數據，是使用本行對應的試驗條件進行試驗后得到的試驗結果

（測量所得的焊點融核直徑數據）。表格中的均值 1 ～均值 4，每

行中每個單元格的數據，就是本行對應列（因子水平）的試驗結

果平均值。例如均值 1 的數據中，對應因子 1（預熱電流）的數

據是 3.380，表示就是因子 1（預熱電流）在水平 1（9.0 kA）的

狀態(tài)下，進行試驗得到結果的均值。其他均值數據來源一致。5

個試驗因子對應最后一行的極差結果，則是在此因子的 4 個水平

得到的 3 個平均值極差。

使用極差的方法對試驗結果進行分析，一般可以得出2個主要的結論。

（1）因子的主次關系 ：根據極差的大小可以判定各因子對試

驗結果影響的大小 [5]。判斷的原則是 ：如果某個因子的極差越大，

對應的因子對試驗結果的影響就越大。根據本次試驗的結果，因

子 1 極差（3.245）＞因子 5 極差（2.667）＞因子 2 極差（2.653）

＞因子 4 極差（1.622）＞因子 3 極差（0.431），所以各因子對結

果影響的優(yōu)先順序應該是因子 1（預熱電流）＞因子 5（焊接壓力）

＞因子 2（預熱時間）＞因子 4（焊接時間）＞因子 3（焊接電流）。

（2）較優(yōu)的因子水平組合 ：根據均值的大小來判定各因子取

哪個水平好。判定的原則是 ：如果指標要求值越大越好，則取大

的均值所對應的那個因子水平 ；如果指標要求值越小越好，則取

小的均值所對應的那個因子水平 ；如果指標要求適中最好，則取

適中的均值對應的那個因子水平 [5]。本試驗中，焊點融核直徑

應該是大越好，需要取大的均值所對應的那個因子水平。因此，

因子 1（預熱電流）應該取均值最大的水平 3（10.0 kA），因子

2（預熱時間）應該取均值最大的水平 4（200 ms），因子 3（焊

接電流）應該取均值最大的水平 1（8.5 kA），因子 4（焊接時間）

應該取均值最大的水平 2（220 ms），因子 5 應該取均值最大

的水平 1（2.0 kN）。

根據試驗結果，通過極差方法分析推薦的焊接工藝參數是 ：

10.5 kA/200 ms/8.5 kA/220 ms/2.0 kN。但是根據電阻點焊的相關

經驗分析，小的焊接壓力容易因為板材不能完全貼合，導致板件

電阻較大，產生焊接飛濺。而且因子 5 取水平 1 和取水平 4 得到

的焊點融核直徑都能滿足質量要求，并且差異不大，所以因子 5

可以從取水平 1 改為取水平 4，就是從取 2.0 kN 改成取 2.6 kN 。

增加焊接壓力，板間電阻減小，根據焦耳定律，需要適當增加焊

接時間，保證焊接熱量不明顯減少，所以將因子 4 從取水平 2 改

成取水平 4，就是從 220 ms 改成取 260 ms。

（下轉第 38 頁）

表 1 因子水平表 表 2 正交試驗表和試驗數據

因子 水平1 水平2 水平3 水平4

1 預熱電流/kA 9.0 9.5 10.0 10.5

2 預熱時間/ms 140 160 180 200

3 焊接電流/kA 8.5 9.0 9.5 10.0

4 焊接時間/ms 200 220 240 260

5 焊接壓力/kN 2.0 2.2 2.4 2.6

所在列 1 2 3 4 5 實驗

結果 因子 預熱電流 預熱時間 焊接電流 焊接時間 焊接壓力

實驗1 1 1 1 1 1 4.61

實驗2 1 2 2 2 2 3.21

實驗3 1 3 3 3 3 0

實驗4 1 4 4 4 4 5.7

實驗5 2 1 2 3 4 0

實驗6 2 2 1 4 3 0

實驗7 2 3 4 1 2 0

實驗8 2 4 3 2 1 4.75

實驗9 3 1 3 4 2 3.6

實驗10 3 2 4 3 1 4.79

實驗11 3 3 1 2 4 4.71

實驗12 3 4 2 1 3 4.63

實驗13 4 1 4 2 3 3.28

實驗14 4 2 3 1 4 4.58

實驗15 4 3 2 4 1 4.43

實驗16 4 4 1 3 2 4.67

均值1 3.380 2.873 3.498 3.455 4.645

均值2 1.188 3.145 3.067 3.987 2.870

均值3 4.433 2.285 3.232 2.365 1.978

均值4 4.240 4.938 3.442 3.433 3.749

極差 3.245 2.653 0.431 1.622 2.667

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035 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

基于多場景算法融合的整車物流智能調度系統(tǒng)設計

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

梁金勝、汪洲、鄧賢發(fā)

摘要 ：隨著汽車銷售市場和業(yè)務模式的不斷發(fā)展變化，整車物流調度場景日漸多樣化。同時，汽車物流數字化轉型也要求物流調度系統(tǒng)更加智能、

高效。因此，為提高整車出廠物流效率和智能化水平，打造出一個基于多場景算法融合的整車物流智能調度系統(tǒng)尤為重要。本文以運輸成本、收

車時效體驗和承運商的健康發(fā)展為目標，基于迪杰斯特拉底層算法，綜合兼容考慮了十余種不同場景并提煉成系列基礎規(guī)則，成功構建了多場景

算法融合的整車物流智能調度系統(tǒng)。經過驗證，該系統(tǒng)能夠做到整車物流調度的自動化、智能化、實時化，并能夠滿足業(yè)務多場景、多規(guī)則并融

合系統(tǒng)大數據調度算法的系統(tǒng)解決。

關鍵詞 ：整車物流 ；業(yè)務場景 ；智能調度 ；Dijkstra 算法 ；路由規(guī)則

中圖分類號 ： TP319 文獻標識碼 ：A

0 引言

整車物流過程當中，運輸占十分重要的地位，其成本占整車

物流總成本的 80％左右。汽車整車物流在整個汽車銷售中占據重

要地位，它是將整車經由主機廠、配送中心和經銷商，最終傳送

到客戶的一系列活動和過程。它作為連接主機廠和銷售前端的 4S

店的紐帶，承擔著整車運輸、倉儲、搬運、包裝、暫存、集散和

零部件配送等一系列與汽車銷售息息相關的核心業(yè)務 [1]。本文主

要結合某汽車生產制造企業(yè)整車物流調度系統(tǒng)的項目實踐，整體

上介紹了如何滿足業(yè)務多場景、多規(guī)則并融合系統(tǒng)大數據調度算

法的系統(tǒng)解決方案。

某汽車制造公司位于柳州、青島和重慶的“三地四廠”，年

產銷汽車 200 萬臺，借助布局全國的近 30 個中轉倉儲網點輻射

全國。原整車運輸管理系統(tǒng)及倉儲管理系統(tǒng)應用多年，采用單機

架構，已無法滿足業(yè)務移動化、數字化與智能化的發(fā)展需要。為

適應和支持公司物流業(yè)務未來發(fā)展需求，支持大物流業(yè)務運作，

2021 年 2 月，該公司立項《智慧物流平臺建設項目——整車出

廠物流系統(tǒng)重構》。

1 項目目標

該公司物流業(yè)務涉及四大基地，全國近 30 個倉庫，3 000 家

末端配送網點，年銷售發(fā)運整車規(guī)模達到 200 萬臺。因實際業(yè)務

涉及公鐵水多種運輸方式，細分場景多且復雜，影響調度決策因

素眾多，如成本、時效、運力分布、緊急程度、供方份額和產品

類型等。這種規(guī)模的物流發(fā)運，僅依靠人工分派無法滿足高效、

準確的調度需求。網絡雜、運量大，對于銷售的每一單，如何快

速準確選擇最優(yōu)路徑和最佳承運方是物流調度的根本問題。

本項目旨在研究出一套能綜合分析多種實際業(yè)務場景條件，

基于數據算法的擇優(yōu)決策，快速、準確并自動化地給出銷售訂單

分派結果的智能調度系統(tǒng)。為保障業(yè)務需求方案的準確實施，項

目組在基于運籌學的“三環(huán)七步”智能化應用框架基礎上 [2]，按

需求分析、系統(tǒng)設計、算法設計和測試驗證和運維五個階段進行。

2 場景需求分析

在需求分析階段，結合對整車出廠物流業(yè)務的現場調研及總

結，項目組總結分析出了除成本時效外的 10 大主要場景需求。

場景 1 ：基于不同維度和不同顆粒度緊急需求的場景。實際

業(yè)務中，緊急訂單的需求既有來自于終端門店的需要，也有來自

市場銷售部門的需要。同時，需要能兼顧基于商品車 VSN 物料的

不同層級，終端區(qū)域不同顆粒度的組合需求。

場景 2 ：基于改裝車需求的場景。應公司改裝車業(yè)務場景需

求，商品車的改裝訂單需先調度進入對應改裝庫完成改裝，然后

進行二段及后續(xù)物流配送交付。

場景 3 ：基于同時面向經銷商和終端客戶的混合調度場景。

應終端客戶業(yè)務場景需求，系統(tǒng)需支持面向經銷商和終端客戶的

混合調度。終端客戶訂單不同于經銷商的靜態(tài)收貨地址，需要系

統(tǒng)支持任意收貨地址的調度。并且，在滿足一定場景條件下的終

端客戶訂單需要先進行經銷商段調度運輸，至末段完成終端客戶

的配送交付。經銷商訂單可同時與終端客戶訂單進行配車發(fā)運。

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036 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

場景 4 ：基于多承運方運力彈性的場景?？紤]整車運輸具有

公鐵水等不同運輸類型、“公鐵聯(lián)運”和“鐵水聯(lián)運”等多種運

輸方案。同一訂單，往往也由多家單位參與承運，需要兼顧承運

方線路運力彈性，即滿足不同承運方不同時間線路，其對應運力

變化的適配性問題。

場景 5 ：基于中轉網點彈性的場景。某汽車生產制造企業(yè)布局

全國的近 30 個中轉網點庫容能力不一，在應對汽車供應鏈風險沖

擊、整車產銷業(yè)務波動等方面影響時，需要考慮網點彈性的場景，

滿足臨時增加、減少或變更網點，支持快速調整物流訂單的需求。

場景 6 ：基于臨時合同調度的場景。部分訂單基于臨時合

同需求，滿足部分時間或線路范圍的場景，需要支持系統(tǒng)調度

和結算。

場景 7 ：基于非常規(guī)運輸調度的場景。由于承接了非常規(guī)商

品車的運輸業(yè)務，如廣告車、測試車等，需要滿足任何出發(fā)庫至

全國任意收貨地的運輸調度需求。

場景 8 ：基于經銷商自提業(yè)務的場景。針對部分經銷商自提

的訂單，系統(tǒng)需要設置對應規(guī)則，采用自提的路由和指定自提承

運方完成運輸交付。

場景 9 ：基于總成本和總時效約束下的場景。對于訂單的總

成本和總時效控制條件下的需求，也需進行系統(tǒng)化調度支持。

場景 10：基于全天候自動化審核的場景。系統(tǒng)取代人工調度，

需要滿足 7 天 ×24 h 全天候自動化審核的場景，確保分單的準確

以及可靠、可記錄和可修正。

基于 10 大場景需求分析，進一步按基礎影響因子和邏輯條

件拆分歸類為 ：成本、時效、線路、承運方、車輛、司機和運輸

點等系列基礎主數據，以及緊急時效、成本優(yōu)先、改裝、自提、

黑名單和承運方份額等系列底層規(guī)則（圖 1）。

3 系統(tǒng)設計

基于常規(guī)的數據分析方法（圖 2），按照知識驅動和數據驅動

決策的整體設計導向，在調度系統(tǒng)架構設計上，按照底層數據規(guī)

則、中層算法邏輯和上層決策方案的三大層次進行設計。底層包

括各類基礎主數據如合同數據、商品車主數據和經銷商主數據等，

以及不同的調度規(guī)則，如自提規(guī)則、改裝規(guī)則、緊急規(guī)則和靜態(tài)

路由規(guī)則等。不同調度規(guī)則分別對應不同業(yè)務場景需求。對基礎

主數據和調度規(guī)則的底層設計和部署，構建了多維度規(guī)則參數化

設計，可較好地滿足實際業(yè)務場景對柔性化、動態(tài)化的發(fā)展需求。

中間層由算法和模型構成。在路由規(guī)劃算法選擇方面，主

要基于 Dijkstra 算法，快速有效地求解滿足一定約束條件下的最

短路徑。在自動化分單審核模型方面，創(chuàng)造性設計了基于白名單

知識庫的自動審核方案（圖 3），形成基于知識驅動的自動化決

策模型。借助歷史審核數據的知識，不斷豐富白名單知識庫。系

統(tǒng)分單后通過對標白名單后自動審核執(zhí)行，有效保障了分單結果

100% 的準確控制。

上層由決策方案組成?；诘讓訑祿?guī)則，經過中間算法模

型，獲取滿足決策需求的系統(tǒng)化方案，如成本最優(yōu)決策、時效最

優(yōu)決策等。

圖 1 智能調度整體架構設計圖

圖 2 數據分析方法

圖 3 基于知識庫自主審核決策機制

4 運籌算法選擇與應用

在路由規(guī)劃與選擇的系統(tǒng)算法上，綜合考慮物流常用的如遺

傳算法、退貨算法等的優(yōu)劣 [3]，結合本項目需求和架構設計，最

終項目組采用了 Dijkstra 算法。該算法是目前交通網絡圖在單源

最短路徑問題上運用最普遍、完善的算法之一，也是目前公認在

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037 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

非負權重值，且所有的權重大于等于零時，尋求最短路問題最好

的算法 [4]。

Dijkstra 算法是一種解決單源最短路徑問題的貪心算法，

其作用主要表現在解決有向圖中的最短路徑問題方面（圖 4）。

Dijkstra 算法采用廣度優(yōu)先搜索思想，它的主要特點是選定起始

點后，一個點一個點地求取最短距離，并通過鄰點逐步擴展，不

斷更新，直至求出起始點到目標點的最短距離后才停止 [5]。

圖 4 最短路徑選擇示意圖

圖 5 綜合成本時效最優(yōu)的路由規(guī)劃算法

圖 6 歷史訂單測試與驗證結果

5 測試與驗證

系統(tǒng)方案設計完成后，歷時近 3 個月完成了開發(fā)上線。為驗

證大批量訂單同時調度的系統(tǒng)穩(wěn)定性和準確性，在完成壓力測試

后，項目組利用歷史訂單數據進行了仿真調度測試。即一次性下

發(fā)近 10 萬條歷史銷售訂單，將系統(tǒng)調度結果與歷史實際結果進

行了對比分析。驗證系統(tǒng)自動分單率超過 99%，一次自動分單結

果與歷史人工分單吻合率高達 86%，證實了系統(tǒng)整體設計方案和

算法的有效性（圖 6）。

商品車經生產制造后下線進入基地物流倉庫，在經銷商完成

分車下單后，將由基地倉庫采用直發(fā)或多式聯(lián)運方式，將商品車

發(fā)運至經銷商需求地址。項目組利用 Dijkstra 算法，結合合同線

路、里程成本、訂單時效，首先定制設計了一套成本時效綜合最

優(yōu)的路由規(guī)劃算法（圖 5）。該算法簡要邏輯為 ：通過將基于訂單

的所有可能路由組合的成本 ΣCost 和時效 ΣTime 進行測算對比，

選擇并輸出最優(yōu)結果。

在成本時效綜合最優(yōu)的基礎算法上，進一步納入黑名單線路、

分攤因子等規(guī)則，進行路線選擇和承運方預選。最后，通過自提

規(guī)則、承運方份額規(guī)則等進行承運方修正，綜合選擇出了最佳物

流線路和承運方。

2021 年 11 月，該物流系統(tǒng)正式上線，并于 2022 年 7 月完

成智能調度的系統(tǒng)優(yōu)化。系統(tǒng)上線后，隨著系統(tǒng)調度訂單量的積

累，白名單知識庫也不斷完善。僅 1 個月左右時間，自動分單審

核率從 30% 快速提升超過 80%（圖 7）。

6 結束語

整車物流領域，常見的研究方向多是單一場景的調度模型 [6]。

該公司首次構建了基于大數據的智能調度決策算法模型，綜合成

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038 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

【參考文獻】

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[6] 石晶 , 謝劍 . 整車物流調度的優(yōu)化方案及算法研究 [J]. 科教導刊 ：電子

版 ,2014(33):136-136.

作者簡介 :

梁金勝 ：本科，工程師，研究方向為汽車物流、倉儲、包裝、規(guī)劃、數字化和

標準化等方面研究和實踐。

圖 7 系統(tǒng)自動分單審核率

本、時效、運力配置、產品屬性、訂單屬性等多維度、多場景規(guī)則，

自動決策選擇綜合最優(yōu)分單方案，實現了整車出廠物流的智能調

度。當前基于多場景算法融合的整車物流智能調度已全面應用于

某汽車生產制造企業(yè)各基地整車發(fā)運。

該系統(tǒng)通過智能調度決策模型，打破人工經驗主義及地理

范疇的調度依賴，更符合合同成本維度的調度決策。經過實際運

營驗證，該系統(tǒng)能夠降低物流運輸成本超過 1 000 萬元 / 年 ；通

過自動化調度審核，減少 4 人崗的人工操作，降低人工成本超過

60 萬元 / 年。同時，基于時效最優(yōu)的路由組合，7 天 ×24 h 全天

候的自動化分派，提高商品車整體發(fā)運效率 8% 以上。該系統(tǒng)可

作為汽車物流行業(yè)整車物流智能調度系統(tǒng)的參考范例，也作為物

流數字化轉型實踐的代表，具有很強的指導意義。

【參考文獻】

作者簡介 :

劉杰，本科，工程師，研究方向為汽車車身制造工藝、制造質量管理。

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[4] 唐曉芬 . 六西格碼核心教程：黑帶讀本 [M]. 北京 : 中國標準出版社 ,2002.

[5] 張公緒 , 孫靜 . 質量工程師手冊 [M]. 北京 : 企業(yè)出版社 ,2002.

（上接第 34 頁）

根據以上的數據分析結果，結合車間現場的實際生產經驗，

本次試驗車門區(qū)域的鍍鋅板 / 冷軋板 / 銅墊板電阻點焊過程，推

薦的焊接工藝參數是 ：10.5 kA/200 ms/8.5 kA/260 ms/2.6 kN。

5.4 試驗結果驗證

根據本試驗確定的初始搭接狀態(tài)，選取合格的焊接試片并增

加銅板，使用生產現場和試驗一致的手工焊接設備，焊接工藝參

數按照（10.5 kA/200 ms/8.5 kA/260 ms/2.6 kN）設定。電極端

面初始直徑 6.0 mm，固定一名熟練工人連續(xù)焊接，每焊接 300 點，

手工修磨 1 次電極帽端面。所有焊點按照焊接的先后順序進行破

壞性檢查，并測量融核直徑。連續(xù)焊接 3 000 點，沒有發(fā)現焊點

融合直徑不合格的現象出現，說明選取的焊接參數合理，可以滿

足現場生產的質量要求。

6 結束語

本試驗過程通過標準正交試驗的方法，找到了鍍鋅板加銅板

電阻點焊焊接工藝參數優(yōu)化的方向，并通過試驗確定了合適的焊

接工藝參數，滿足了現場生產的質量要求。但是電阻點焊的焊接

過程是一個十分復雜的物理和化學過程，各因子之間存在一定的

交互作用。本試驗沒有考慮焊接工藝參數各因子之間的交互作用

影響，所以試驗過程中參數選擇的合理性會有一定的偏差。下一

步計劃嘗試采用交互作用的正交試驗方法，期望能夠更加精確地

找到最優(yōu)化的焊接工藝參數來指導現場生產。

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039 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

長城汽車智能駕艙項目管理的風險因素估計和方案優(yōu)選思考

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（華東理工大學商學院，上海 200237）

潘正輝

摘要 ：本研究通過對長城汽車智能駕艙項目管理過程中的風險因素進行識別和研究，發(fā)現存在的五大類問題。針對這五類問題，基于層次分析法

建立了風險評估模型，通過對每一個因素的量化，計算出具體風險因素的權重，進行排序，進而找出首位的因子。基于分析結論，對風險管控方

案進行優(yōu)化，側重于項目費用風險和研發(fā)技術風險改進。通過全面細致的風險防控措施，降低長城汽車在智能駕艙項目管理中的風險，產生積極的、

正向的影響作用。

關鍵詞 ：項目管理 ；智能駕艙 ；風險防控 ；因素估計 ；方案優(yōu)選 ；層次分析

中圖分類號 ： F270.5 文獻標識碼 ：A

0 研究背景

風險管理一詞由賓西法尼亞大學的布納博士在 1930 年提出。

作為管理學科中一門新興的科學分支，其萌芽于 20 世紀 30 年代，

并在隨后的 20 年間逐步形成基本的理論框架。風險管理理論強

調需要一整套完整管理方案的實施，才能實現風險控制目標的實

現，這主要集中在風險應對、風險評估、風險識別和風險態(tài)度四

個方面。這就意味著在汽車智能駕艙項目的風險管理上，需要基

于系統(tǒng)的視角開展研究，不僅包含對已識別具體風險的識別和測

度，還包含著對潛在風險的監(jiān)管和控制 [1]。

鑒于項目的風險具有不以人的意志為轉移的客觀性、難以預

測的偶然性、因時空因素變化而變化的相對性以及具有很大影響

的社會性和發(fā)生時間的不確定性等特點，一旦發(fā)生就會對項目目

標產生消極或者積極的影響。因此隨著科技進步和生產力的提升，

風險管理的研究越來越系統(tǒng)和深入。常用的風險管理使用方法有

模糊數學分析法、德爾菲專家評判法、頭腦風暴法、故障樹分析

法、遺傳算法、貝葉斯網絡法、蒙特卡洛模擬法、神經網絡分析法、

影像圖形分析法和層次分析法等 [2]。

雖然諸多學者在風險管理理論研究領域取得了巨大成功，但

是在應用領域，尤其是汽車智能駕艙項目風險管理上還不夠全面、

定位也不夠清晰。本研究基于層次分析法（AHP）對長城汽車智

能駕艙項目管理中存在的風險因素進行估計，提出風險改措施，

并進行項目風險管理的方案優(yōu)化選擇。

1 項目概述

近年來，品牌車企布局新能源汽車市場，向智能網聯(lián)轉型，

推動汽車電動化、智能化和結構化。長城汽車作為我國自主品牌

的代表，2022 年汽車銷售量達到 1 067 523 輛，連續(xù) 7 年年銷量

超過百萬輛。

但隨著汽車市場高速增長的同時，日益爆發(fā)的汽車產品質量

問題越來越受人關注。據 2023 年 1 月發(fā)布的《2022 年中國汽車

產品質量表現研究（AQR）》顯示，2022 年投訴排名前 10 的質量

問題數量中，車機系統(tǒng)相關占比達 33% 以上（表 1）。排名前 10

的車企車型中，長城汽車有 3 款車型在榜，其中 2 款的質量問題

類別與車機系統(tǒng)相關。這就對項目管理，尤其是智能駕艙的項目

管理提出了更新、更高、更細和更嚴的要求。

車企車型 質量問題數

量統(tǒng)計/次 質量問題分類概述

華晨寶馬3系 3 736 主要問題包括發(fā)動機燒機油和滲

機油、制動系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)異響等

華晨寶馬5系 1 984 主要問題包括發(fā)動機燒機油和滲

機油、制動系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)異響等

吉利星瑞 1 424 以車系系統(tǒng)卡頓和系統(tǒng)升級等為主

比亞迪宋Pro DM-i 1 027 無法按時交車等

吉利功夫牛EX3 996 無法按時交車和變更價格等

上汽大眾朗逸 788 車機故障，變速器異響，輪胎

開裂等

長城汽車哈弗F7 764 車機升級后的流量收費等問題

日產軒逸 621 變速器異響、頓挫和故障率高，車

機故障，空調故障等

長城汽車哈弗赤兔 573 漆面起泡開裂，車身裝飾件脫

落等

長城汽車哈弗H6 544 車機系統(tǒng)故障和升級等相關問題

總計 12 457

表 1 2022 年汽車典型故障投訴排名

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040 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

2 項目管理風險因素分析

本研究從長城汽車售后團隊、研發(fā)部

門、400 客服組織以及鐵粉聯(lián)盟和線上論

壇等渠道，采用了一對一訪談、焦點小組

討論、名義小組技術、問卷調查和德爾菲

技術專家判斷等方式，進行了廣泛調研和

深入分析。在影響長城汽車智能駕艙項目

管理的眾多風險因素中，識別出權重打分

排名前 5 位的因子，分別是項目費用風險、

研發(fā)技術風險、質量風險、事業(yè)環(huán)境風險

型和線性關系。

根據長城汽車研發(fā)費用支出與年度汽車銷量的回歸分析表數

據顯示（表 2），相關系數 R 為 91.21%，R2 為 83.19%，自變量

與因變量的擬合效果高于 78.00%，表明強相關，可以接受。顯

著性水平指標 F 為 79.20，大于 Significance F，構造的數據模型

為真，能夠解釋現象。棄真概率 P 值小于 0.01%，表明此模型的

置信度達到了 99.99% 以上，模型通過驗證。

據此可以構建起研發(fā)費用支出與年度汽車銷量的方程 ：

Y=0.3439X+2007.9869 （1）

式中 X——研發(fā)費用支出，單位 ：億元

Y——年度汽車銷量，單位 ：萬輛

從回歸分析結論和公式（1）可見，研發(fā)費用的資金投入對

長城汽車的銷量拉動作用系數為 0.3439。兩者呈正相關，即每增

圖 1 長城汽車 2003—2021 年期間研發(fā)費用投入趨勢圖

表 2 長城汽車研發(fā)費用支出與年度汽車銷量的回歸統(tǒng)計分析

和國家政策風險。

2.1 項目費用風險

一個項目的成功與否，企業(yè)的資金投入占據主要的影響

地位。如圖 1 所示，長城汽車 2003—2021 年期間研發(fā)費用投入

在整體上呈現上升趨勢，從 2003 年的 1.07 億元增長至 2021 年

的 44.90 億元，19 年間的平均增幅比例達到 26.91%。但是隨著

長城汽車的銷量進入到慢增長階段，研發(fā)費用的支出增幅趨勢也

在趨于平和。

為了能更進一步分析長城汽車在研發(fā)費用的資金投入對汽車

銷量的具體拉動作用，同時，鑒于汽車研發(fā)的資源投入需要 6 ～ 18

個月后才能體現在量產車輛上，故將研發(fā)的資金支出與下一年的

銷量匹配，樣本數量為 18 組。本研究采用了回歸分析方法，以

研發(fā)支出作為自變量，年度汽車銷量作為因變量，構造了數學模

回歸統(tǒng)計

相關系數R 0.912098907

相關系數R2 0.831924416

調整后的R2 0.821419692

標準誤差 2.256000614

觀測值 18

方差分析

df SS MS F SF

回歸分析 1 403.0674 403.0674 79.1953 1.3562×10-7

殘差 16 81.4326 5.0895

總計 17 484.5000

系數 標準

誤差 T值 P值 下限

95%

上限

95%

下限

95.0%

上限

95.0%

截矩 2007.9869 0.8164 2459.4920 4.7046×10-46 2006.2561 2009.7176 2006.2561 2009.7176

研發(fā)費用X 0.3439 0.0386 8.8992 1.3562×10-7 0.2620 0.4259 0.2620 0.4259

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長一個億單位的資金投入，帶來的汽車增量為 3 439 輛。對比汽

車行業(yè)數據，這個系數并是特別卓越，根本原因在于長城汽車在

費用上存在如下幾點風險。

2.1.1 研發(fā)費用的投入資金不夠

從回歸分析的結論可見，研發(fā)費用對汽車銷量的拉動作用并

沒有過盈虧平衡點，目前仍有很大價值的挖掘空間。通過擴大研

發(fā)投入，一方面能提升汽車產品的品質，降低項目的失敗風險 ；

另一方面能繼續(xù)擴大市場占有率，搶占新能源細分市場。

2.1.2 費用估計上過于保守、不夠準確

制定項目的預算時，不能錯過任何一個環(huán)節(jié)和分解后的工作

活動，經過充分研究和論證后自下而上地進行估算。在長城汽車

的管理中，受限于軍事化的企業(yè)文化、絕對服從的組織體制和對

市場的保守態(tài)度，導致在項目預算的估計上過于保守。

2.1.3 成本控制和效率上仍有提升空間

對成本的控制，是需要基于大量的、準確的數據為基礎。同

時，時間成本也是隱藏的費用支出，不僅要在財務計劃表上詳細

記錄每一筆花銷，而且也要嚴格審核研發(fā)和生產過程中財務流程

造成的時間成本損耗。因為花銷沒有得到控制，項目就無法有足

夠的資源開展 ；而錯過了上市窗口，消費者對汽車產品的購買意

愿就會發(fā)生變化，導致項目失敗。

2.2 研發(fā)技術風險

2.2.1 智能駕艙技術細分和專精化程度不斷加深

在立項之初技術可行性分析階段，團隊對通用技術的理解和

評估都是偏樂觀的。但在實際的項目實施階段，難免會在技術的

細節(jié)和深層次上遇到新的難題或問題。如果沒有做好風險預案和

應急措施，必然會嚴重制約項目工作的正常開展，嚴重的會導致

整車項目的延期甚至失敗，導致無法挽回的經濟損失。

2.2.2 智能駕艙產品的生命周期在不斷減少、且越來越短

隨著智能駕艙技術的不斷升級換代和商業(yè)應用，技術的更新

速度已經超越了技術的生產速度。這也就意味著企業(yè)需要不斷進

行研發(fā)投入，研究新的技術，進行功能迭代升級，才會延長智能

駕艙產品的生命周期。不然，必將被市場和消費者舍棄和淘汰，

給長城汽車帶來不必要的損失。

2.3 質量風險

2.3.1 產品合格率不高

智能駕艙產品在研發(fā)和生產過程中，因其技術含量高，工

藝復雜，對軟、硬件的依賴度較高，受限于基礎設備質量、結

構安裝質量、原材料質量、工藝管線、應用場景復雜以及軟件

特性等諸多制約。因此，軟件灌裝很難一次到位，經常出現人

工刷機或者緊急發(fā)版 OTA 升級，解決車機等軟件故障（BUG）

問題。另外在生產過程中，很容易出現偏差和錯誤，殘次品多，

導致產線出現停線卡線等對項目管理產生不利的影響，對風險

管控是巨大挑戰(zhàn)。

2.3.2 芯片短缺、保供難度大

受中美貿易摩擦和 COVID-19 等因素的持續(xù)影響，車規(guī)級芯

片的市場供小于求，芯片現貨緊張，尤其是智能駕艙對芯片的依

賴度極高，芯片短缺嚴重制約了零部件生產，拉高了成本，不利

于項目管理 [3]。

2.4 事業(yè)環(huán)境風險

匯率波動大，金融環(huán)境不穩(wěn)定。2021 年 12 月 31 日的美元

收盤價格是 6.3521 人民幣，在 2022 年一路高漲，到 2022 年 11

月 4 日達到峰值，收盤價為 7.1826 人民幣 ；然后又一路下跌，

截至 2023 年 1 月 16 日，美元的收盤價為 6.7302 人民幣。匯率

的波動對境外業(yè)務產生了巨大影響。人民幣兌美元的匯率低，會

導致以美元為結算單位的長城汽車出口業(yè)務利潤空間被壓縮 ；人

民幣兌美元的匯率高，會造成以人民幣為結算的進口業(yè)務成本被

拉高，這都不利于項目的風險管理。

2.5 國家政策風險

2.5.1 政策內容較為單一化、簡單化

在每年逐步增多的汽車零部件產業(yè)發(fā)展文件中，并沒有及時

根據市場的經濟反饋進行調整。這就造成了汽車產業(yè)政策缺乏了

對細分消費者市場的未來預判，缺少了對車企的指導作用，政策

過于單一化、簡單化。

2.5.2 零部件相關的針對性政策少

在汽車行業(yè)中，目前的政策多集中于汽車整車制造或產業(yè)布

局相關，沒有針對性的政策、法律法規(guī)來指導零部件企業(yè)或項目。

這制約了零部件企業(yè)的生產和發(fā)展，對智能駕艙等零部件企業(yè)或

項目來說是不利的。

3 風險評估模型構造

3.1 AHP 模型構造

美國運籌學家托馬斯 · 賽蒂（Thomas.L.Saaty）在 19 世紀

70 年代初提出了層次分析法（簡稱 AHP）。這種分析方法是通過

定性地構建多層次的分析體系，把復雜的問題進行分解，并將分

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042 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

解后的因素予以量化、賦予對應權重，通過加權、排序和擇優(yōu)，

從而進行決策。這種分析方法具備著定性和定量相結合、系統(tǒng)層

次化等特點。AHP 非常適合復雜問題或者系統(tǒng)的評價，能夠將多

目標、多準則和無結構的復雜問題運用數學思維進行簡化，有著

傳統(tǒng)定性分析難以比擬的優(yōu)勢 [4]。據此，本研究的核心執(zhí)行邏輯

構造如圖 2 所示 [5]。

3.2 模型計算推導過程

如圖 3 所示，智能駕艙項目風險管理層次模型分為三層，對

準則層中的因素進行兩兩比較，量化在同一層級的比重情況。

以aij 來表示因素之間的關系，公式如下 ：

（2）

式中 i——第 i 個因素

j——第 j 個因素

對aij 參考 9 擋標度打分法進行指標量化 [6]，即標度 1 表示

兩指標具有相等影響，標度 9 則是 i 要絕對重要于j。

匯總長城汽車智能駕艙項目管理中的風險因素打分如表 3 所示。

將風險因素打分構造成判斷矩陣A，如公式（3）所示。

（3）

其中，i 和j 表示為第i 個因素相對于第j 個因素的進行比較。

基于判斷矩陣A，計算每一行要素的幾何平均值Pi

，然后可

以得到每一個Pi 在所有 P 中的權重ωi

，則所有ωi 構成一組權重

向量 ：

（4）

3.3 一致性檢驗

采用最大特征值 λ max 來進行一致性需求檢驗，其計算公式

如下 ：

（5）

n=1，2，3……，10

可以得到λmax=5.074

其中，Aω 為判斷矩陣A 和權重向量ω 的乘積，Aωi 為向量

Aω 的第i 項。

衡量判斷矩陣偏離一致性的評價指標CI 計算公式如下所示 ：

（6）

則CI=0.019。

式中 CI——判斷矩陣偏離一致性評價指標，CI=0.019

λmax——最大特征值

n——階數

根據平均隨機一致性系數RI 與階數n 的取值對應關系可知

（表 4），5 階矩陣 RI 為 1.12，則CR=CI/RI=0.017，小于 0.1，所

以判斷矩陣 A 通過一致性檢驗 [7]。

4.4 風險因素估計

根據對 ω 值的研究可知，權重越大的影響因素，對長城汽

車智能駕艙項目管理的風險管控影響就越大。因此影響最大的是

項目費用風險，權重為 0.27；其次是研發(fā)技術風險，權重為 0.21；

然后是國家政策風險，權重為 0.20 ；第四位的是質量風險，權重

為 0.19 ；最后是事業(yè)環(huán)境風險，權重為 0.13。

圖 2 AHP 分析法的執(zhí)行流程圖

表 3 長城汽車智能駕艙項目管理的風險因素分析統(tǒng)計表

圖 3 智能駕艙項目風險管理層次模型

影響因素 項目費

用風險

研發(fā)技

術風險 質量風險 事業(yè)環(huán)境

風險

國家政

策風險

項目費用風險 1.00 1.17 1.35 2.57 1.26

研發(fā)技術風險 0.85 1.00 1.35 1.48 0.83

質量風險 0.74 0.74 1.00 1.91 0.83

事業(yè)環(huán)境風險 0.39 0.68 0.52 1.00 0.91

國家政策風險 0.79 1.21 1.21 1.10 1.00

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043 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

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作者簡介 :

潘正輝，碩士，研究方向為戰(zhàn)略管理。

4 項目管理方案優(yōu)選

根據本研究的分析過程可見，長城汽車智能駕艙項目管理的

風險管控重心應放在費用風險和技術風險的管理和控制上。

4.1 項目費用因素

4.1.1 風險抑制措施

受大環(huán)境的影響，長城汽車在 2022 年出現了銷量回落的情

況，沒有達到預期的銷量。此時，應該重點抓費用預算和利用率，

要業(yè)財融合，在價值增值原則下積極拉通公司財務管理和研發(fā)銷

售體系，減少不必要的非增值作業(yè)環(huán)節(jié)。同時，根據市場的反饋，

及時、準確地調整費用預算和費用支出，圍繞主價值鏈環(huán)節(jié)快速

響應，抑制費用的浪費情況或利用率低的困境，促成項目管理的

成功和客戶訂單的達成。同時，建立有效的項目團隊激勵制度，

從項目目標量化考核、項目獎金分配原則以及項目獎金分配比例

等方面開展細致工作。

4.1.2 風險轉移措施

在智能駕艙項目立項之初識別出非關鍵研發(fā)活動，尤其是長

城汽車本身不擅長但又非核心的技術領域或者業(yè)務，可以在已明

確需求、風險不大且可精準計算的項目采用總價合同前提下，通

過對外采購來轉移和緩解費用風險的發(fā)生。同時，通過優(yōu)化項目

管理信息體系，時時對供應商的研發(fā)數據、產品設計、知識沉淀

和生產流程等進行強有力管理，滿足并行開發(fā)的要求。

4.2 研發(fā)技術因素

4.2.1 風險降低措施

長城汽車應在企業(yè)冬天的時刻，對市場投訴量高的問題進行

大規(guī)模的采樣分析，通過諸如拆解、模擬實驗等方式找出導致故

障的技術原因，并重新評估技術方案選擇的正確性和合理性。同

時，加強信息一體化建設。在項目開發(fā)過程中，項目成員需在在

線數據庫維護項目信息和資料，實現信息共享、透明，規(guī)避信息

不對稱，降低搜集信息工作的重復性和額外花銷。

4.2.2 風險回避措施

應增強預研投入。在立項之初，長城汽車就應對項目進行深

層次的研討，從技術可行性、財務可行性、組織可行性、經濟可

行性和社會可行性等方面綜合考量，定期開展與技術供應商的交

流活動，并有目的的加強技術引入，規(guī)避技術不對稱帶來的未識

別風險。同時加強項目團隊的文化建設，保持謙虛、謹慎和務實

的拼搏態(tài)度，為項目管理方案的優(yōu)化和執(zhí)行奠定堅實的基礎。

5 結束語

隨著汽車電子化技術的逐步走向成熟，汽車的新四化進程正

在加速，數字化、網聯(lián)化、智能化正成為汽車制造企業(yè)的新目標，

也是新一代汽車產品的核心競爭力。其中，以基于人工智能包含

視覺識別、語音技術、手勢算法等核心要素，涉及人機交互、虛

擬化、域控制、大數據應用和 OTA 技術等場景的智能駕艙成為各

大車企和主流供應商角逐的戰(zhàn)場。車機系統(tǒng)作為智能駕艙與用戶

的核心交互載體，是汽車零部件項目管理的關鍵路徑。在項目管

理的風險防控上，自主品牌的優(yōu)勢不如外資品牌，尤其是在系統(tǒng)

化、細致化、精準化等管理方法上，還有很大的提升空間。

本研究基于對自主品牌長城汽車的智能座艙研發(fā)項目管理的

過程研究，識別出五種影響汽車零部件項目的風險因素，找到在

管理上的問題和不足，并根據識別出來的主要問題建立起一套全

新的項目管理方法以解決現實存在的問題，降低長城汽車零部件

項目管理的風險。

階數n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

RI 0.00 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49

表 4 平均隨機一致性系數 RI 與階數 n 的取值對應關系表

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044 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

0 引言

2022 年以來，越來越多習慣開車導航的車主朋友會發(fā)現，

有些城市的導航地圖能夠對紅綠燈倒計時進行提醒。這些具備提

醒能力的十字路口，95% 以上都是采取固定頻率切換紅綠燈。這

種固定頻率的紅綠燈，讓一些地圖互聯(lián)網公司能夠采取簡單的視

頻分析算法，對車輛拍攝的紅綠燈圖像動態(tài)分析，然后就能夠以

秒這個精度，為車主提供紅綠燈倒計時服務。車主在使用手機導

航地圖時，能夠實時獲得前方紅綠燈的動態(tài)信息，可有效減少司

機低頭看手機而降低通行效率的問題。導航地圖的紅綠燈動態(tài)信

息，恐怕是車主當下最能直觀感受到的“車路協(xié)同”服務。

1 自動駕駛時代的“車路云網圖”應保障時空可信

在中國信通院去年發(fā)布的《車聯(lián)網白皮書（2022）》中，已

經從“車路協(xié)同”這個概念出發(fā)，提出了“車路云網圖”智能協(xié)

同方案[1]。產業(yè)界更是把這個方案上升到智能網聯(lián)汽車“中國方案”

的高度。目前各地政府主導建設的智能網聯(lián)汽車測試道路，主要

是由單一市場主體或者技術聯(lián)盟完成建設，本質上是“車路云網

圖”的內部協(xié)同，即車輛、道路、云端、通信網絡和實時地圖這

機上紅綠燈提醒，自然會抬頭看路，然后根據自己所處的位置決

定何時加油門起步。但對于處于自動駕駛狀態(tài)的車輛而言，它不

具備時間、空間感知能力，必須要靠時間、位置數據之間的比對，

才能判斷自己的位置。而且這個比對精度，不能是秒，至少應該

是毫秒級，因為 1 s 之內，車輛已經移動若干米。即使政府開放

紅綠燈實時數據，在毫秒這個時間維度下，車輛從車路協(xié)同平臺

獲得的紅綠燈信號 5 s 倒計時，究竟從幾點幾分幾秒幾毫秒開始，

得以車輛和紅綠燈背后那套系統(tǒng)的時間實時同步為前提。

車輛時鐘如果與紅綠燈時鐘存在秒級誤差，意味著車輛起步

的延遲或者提前，很難保障交通效率和交通安全。傳統(tǒng)汽車是不

需要考慮時鐘同步的，大多數人的車輛時鐘與手機時鐘都存在分

鐘級誤差，但這并不影響駕駛安全。對于尚不具備高等級自動駕

駛功能的車輛而言，時鐘同步同樣并不重要。事實上，目前絕大

多數智能網聯(lián)汽車的導航娛樂系統(tǒng)時鐘與車輛自動駕駛系統(tǒng)的時

鐘都做不到同步，交通信號燈之間更不存在高精度的時鐘同步機

制，更不存在車輛與交通信號燈之間的時鐘同步。

對于自動駕駛車輛而言，除了時間，還需要空間位置這個關

鍵參數。有了時間、位置，車輛的一切行為都是可計算、可預測

圖 1 數字公路、時空同步示意圖

構建時空管理基礎設施，支撐車路云網圖智能協(xié)同

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（1. 杭州市數據質量研究院，杭州 310024 ；2. 北京卓眾出版有限公司，北京 100083）

摘要 ：作為全球汽車產業(yè)第一大國，我國產業(yè)界已經提出“車路云網圖”的智能網聯(lián)“中國方案”，本質上是實現車輛、道路、云端、通信網絡以

及實時地圖間的“機器對機器”自動化交互，必須基于北斗，構建具備溯源國家基準的時間、空間管理體系，才能保障上述 5 套信息系統(tǒng)間有時

空共識。這不僅是產業(yè)界實現自動駕駛的數字基礎設施，更是政府開展交通領域智能化服務監(jiān)管的重要抓手，應當引起各方重視，協(xié)同共建。

關鍵詞 ：車路協(xié)同 ；自動駕駛 ；車路云網圖 ；時空感知 ；電子警察

中圖分類號 ： U495 文獻標識碼 ：A

朱偉華 1

、任強 2

5 套系統(tǒng)間的“機器對機器”自動化交互。

要實現智能網聯(lián)汽車可信賴的自動駕駛，

必須建立借助通用技術實現外部協(xié)同的

基礎上。而最關鍵的協(xié)同，就是“車路

云網圖”的時間、空間協(xié)同（圖 1）。

所謂時間、空間協(xié)同，意思是車輛

什么時間、位于什么坐標點，5 套系統(tǒng)

應當有共識。對于駕駛者而言，看到手

學術 | 行業(yè)分析

ACADEMIC

045 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 .02

的。自動駕駛車輛借助攝像頭、雷達建立的空間地圖中，自身和

道路設施究竟位于什么坐標點，是由各自所依賴的地圖和算法模

型決定的，不同車輛對于彼此處于什么坐標點，如果不基于統(tǒng)一

的空間基準，自然會得出不同的結論。如果所有車輛都使用北斗，

那么借助北斗的納秒級授時和分米甚至厘米級定位能力，就能夠

解決上述時空管理問題 [2]。

2 時空基準是機器智能時代的數據質量基礎設施

中國科學院楊元喜院士在最近撰寫的《泛在感知與航天測

繪》一文中指出 ：要解決泛在感知信息與測繪信息的匹配與融合

問題，首先需要解決感知信息的時間標簽和空間位置問題，然后

需要解決泛在感知信息與全球影像信息或地理空間信息的快速配

準難題，進而建立泛在感知信息的時間序列分析或空間統(tǒng)計分析

模型和方法 [3]。把楊院士這篇論文的結論，用在汽車自動駕駛領

域可以驗證本文的觀點。

首先，得給車輛攝像頭、毫米波雷達獲取的道路、車輛和行

人數據打上時間戳和位置戳，這 2 個戳都得溯源國家時間和位置

基準，否則難以得到各方承認。其次，得解決上述數據與地圖的

快速匹配難題，這個需要借助機器學習。最后才能借助時空數據

的智能計算，實現真正意義上的可信、安全自動駕駛。

所以，一個看似對人類駕駛者簡單的時空感知問題，到機器

自動駕駛階段，就需要解決時間高精度同步、統(tǒng)一位置基準等問

題，反而變得復雜無比。要將這個復雜問題簡單化，必須建立國

家數字質量基礎設施，借助計量、標準、檢測、認證等質量技術

手段，推動具備自動駕駛功能的車輛、道路、云計算平臺、通信

網絡以及實時地圖，統(tǒng)一溯源國家時空基準。

筆者此前撰寫論文指出 ：數字經濟亟需國家數據質量基礎設

施。進入數字經濟時代，無論智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網還是智能網

聯(lián)汽車，不再僅局限于用一套軟件解決問題，而是一個軟件要跟

其他的軟件和實時環(huán)境測量數據進行數據交互。兩個軟件之間的

交互，本質上是機器與機器的交互，這種交互要保障人類的安全，

就必須確保參與交互的機器所輸入、輸出的數據是可信的。要解

決可信問題，首先就要解決數據的時空屬性可信，其次才是其他

測量數據的可信。隨著國際單位制的量子化，一切測量數據都是

時間的函數，因此，有了可信的高精度時間數據，一方面可以對

業(yè)務數據進行校準，另一方面可以借助可信時間戳解決業(yè)務數據

加密認證等問題。

對于智能網聯(lián)汽車而言，一個迫在眉睫的應用就是對車載雷

達、攝像頭進行實時校準。雖然汽車產業(yè)可以借助雷達和攝像頭

的圖像進行自校準，但這種自校準本身并不溯源相關測量基準，

也無法自證清白。這導致一旦車輛發(fā)生惡性質量安全事故，要區(qū)

分清楚是傳感器質量問題導致機器錯誤決策，還是算法問題導致

機器錯誤決策，亦或者是路側控制單元給出的路況數據錯誤導致

車輛錯誤決策，并沒有第三方可以提供可信證明。

同樣，道路安全治理也難以依賴未經第三方驗證的車聯(lián)網數

據就開展遠程執(zhí)法。我們目前在街頭看到的“電子警察”，本質上

只是個取證攝像頭，真正執(zhí)法的仍然是人類警察，而不是“電子”。

要真正實現“電子警察”實時智能化執(zhí)法，首先得有可信的第三方

數據作為電子證據，而且這個證據必須從源頭上做到“時空可信”。

這樣，當車主拿出不在現場的其他圖像、視頻證據時，也得具備同

等的時空可信度，否則警方的電子證據就具有更高的可信度。

3 結束語

我們在傳統(tǒng)汽車時代已經錯失掌控標準話語權的產業(yè)機會。

在數字時代，真正的標準話語權，并不是看得到的那些軟硬件專

利、標準，而是看不到的時空管理的數據基準、標準話語權。在

數字世界，掌控了時間和空間定義的話語權，就掌控了數字世界

的規(guī)則制定權。毫無疑問，從物理疆域延伸到數字時空疆域，只

有大國才具備爭奪話語權的資格 [4]。

要保障中國道路智能網聯(lián)汽車的行駛安全，必須以統(tǒng)一的時

空管理基礎設施為前提，目前產業(yè)界還缺乏對這一問題重要性的

共識，希望本文能拋磚引玉，引發(fā)各方關注，共同推動這一數字

基礎設施的建設。

【參考文獻】

作者簡介 :

朱偉華，碩士，高級工程師，研究方向為北斗授時、定位、導航應用 ；時間、

空間計量基準應用 ；數字計量技術應用 ；車聯(lián)網基礎設施及計量數據應用。

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046 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

技能大賽引領汽車專業(yè)教育教學改革的探究與實踐

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545005）

（河南省駐馬店農業(yè)學校，駐馬店 463000）

熊玉輝

摘要：基于本校汽車類專業(yè)的教學現狀，設備更新落后于市場發(fā)展，師資結構不夠合理等問題，本文提出依托技能大賽對汽車專業(yè)教育教學的影響，

通過加大汽車實訓設備投入，提升學生學習的積極主動性，以及更新教師的專業(yè)技能等改革措施，提升教學質量，推動汽車專業(yè)教育教學改革等措施。

通過相應改革的實施，取得了“1+X”證書制度的廣泛開展，培養(yǎng)了一批雙師型師資隊伍，改編了專業(yè)技能教材，完善了校內、校外實訓基地的建

設，加強了校企合作在汽車專業(yè)教育教學中的作用。

關鍵詞 ：技能大賽 ；實訓基地 ；“雙師型”教師 ；校本教材 ；輔導教學

中圖分類號 ： G712 文獻標識碼 ：A

0 引言

由國家、省、市組織的各級別中等職業(yè)學校汽車類技能大賽，

不僅是對中職學校汽車專業(yè)學生技能的考核，也是對專業(yè)教師教

學成果和教學質量的檢驗。我校汽車專業(yè)自 2009 年開始組織招

生，2013 年開始參加各級別的職業(yè)技能大賽，參賽項目和參賽

學員數量一年超過一年。近些年來，技能大賽一直引領著我校汽

車專業(yè)建設的各項發(fā)展，逐漸成為汽車專業(yè)教育教學改革的突破

口 [1]。現以我校汽車專業(yè)“以賽促學、以賽促教、以賽促改”為例，

闡述中等職業(yè)學校汽車專業(yè)基于技能大賽引領汽車專業(yè)教育教學

改革的探究與實踐。

1 中職學校汽車類專業(yè)的教學現狀

1.1 實訓教學設備不足部分老化

學校自成立汽車運用與維修專業(yè)以來，在各個方面均取得了

巨大的成就，但要把學校建設成為汽車專業(yè)中等職業(yè)教育示范學

校，還存在著一定的差距。學校的辦學條件，實訓場地的建設，

學生的動手操作能力、解決復雜問題的能力以及團隊協(xié)作的能力

還不能完全滿足社會經濟發(fā)展的綜合需求。另外，學校在專業(yè)發(fā)

展方向、辦學培訓模式、課程設計和人才評價等一些環(huán)節(jié)還存在

著很多需要解決的實際問題。尤其是最重要的實訓教學方面，我

校存在教學設備老化、場地不足等現實問題。而我校的仿真實訓

基地建設，雖然已達到了一定水平，但專業(yè)間還不平衡 [2]，在進

行生產性實訓時，其工作崗位數量還有一定差距。

1.2 師資結構不夠合理

學校汽車專業(yè)教師基本上都是每年從對口高等院校招聘的大

學畢業(yè)生，年輕教師的動手能力和教育教學能力不夠成熟，還有

一部分是從其他相近專業(yè)轉到汽車專業(yè)的。另外，我校汽車專業(yè)

教師隊伍結構不夠合理，高級職稱專業(yè)人才嚴重稀缺，具有副高

職稱的人員只有 1 人，中級職稱 7 人，其他都是初級職稱人員，

缺少碩士研究生學歷人才 [2]。專業(yè)學科帶頭人只有 1 人，中青年

骨干教師人數較少。

1.3 學生學習缺少主動性

由于近些年高等學院和高中擴招的持續(xù)增長，中等職業(yè)學校

的生源越來越緊張，學生被職業(yè)學校錄取時 , 大多數學生的分數

一般都比較偏低。學生自身的文化基礎比較薄弱，學習沒有積極

性，在遇到一些相對難以理解的汽車專業(yè)問題時，學生就不再去

主動探究，在學習專業(yè)技術上采取放任的態(tài)度。

2 技能大賽對汽車專業(yè)教育教學的影響

2.1 領導重視，加大實訓設備投入力度

參加和承辦技能大賽，有利于推動校內汽車專業(yè)實訓基地的建

設。例如，由教育部門和交通運輸部門聯(lián)合主辦的全國中職技能大

賽，在每個省、市甚至中職學校都組織了不同賽項的技能選拔比賽。

2015年我校汽車專業(yè)開始參此項賽事，并開始重視實訓場地的建設。

為此，我校汽車專業(yè)加大投資力度，購買大量與汽車類技能大賽相

關的設備工具等。例如技能大賽鈑噴賽項所用的上汽通用雪佛蘭汽

車車身、車門板、整車及奔騰維修檢測設備工具等。

這些設備工具的投入，不僅為學生參加技能大賽創(chuàng)造了良好

的實訓條件，同時也帶動了汽車鈑噴專業(yè)教學水平的提升。我校

先后 6 次成功承辦我市汽車鈑金修復和汽車涂裝修復學生組職業(yè)

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047 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

技能大賽，1 次成功承辦了我市汽車行業(yè)職工組汽車鈑金修復技

能大賽，證明了我校汽車專業(yè)的實力。

2.2 提升學生學習的主動性

以“培訓學生動手能力，選拔技能大賽選手”為抓手，來提

升我校實踐教學水平。在我校汽車專業(yè)的教學中，重點培養(yǎng)學生

主動發(fā)現問題、自主解決問題的能力以及團隊合作精神。學生通

過不斷的培訓和選拔后，分別參加校級、市級和省級技能大賽。

技能大賽給參賽學生提供了相互交流、相互學習以及共同提高的

平臺，開拓了學生的視野，拓寬了學生的知識面，提高了學生的

學習興趣，解放了學生的思維約束能力。

為了鼓勵、促進學生參加技能大賽，我校建設了汽車鈑金、

汽車噴涂、汽車機修、汽車營銷以及汽車專業(yè)全員化比賽場地。

這為學生參加技能大賽輔導訓練提供了極好的平臺，也吸引了一

大批學生在課余時間來這里進行實訓操作和技能訓練 [3]。

2.3 更新教師的專業(yè)知識

面對汽車技術的不但升級發(fā)展，汽車技能大賽所涉及到比賽

方案也隨之更新。結合技能大賽工作崗位的實際情況，將比賽知

識點劃分為專業(yè)基礎知識、專業(yè)操作技能和專業(yè)延伸技能。特別

是對于新能源汽車運用與維修專業(yè)，大賽所用的檢測設備以及維

修工藝不再和傳統(tǒng)汽車一樣。參賽選手要學習新的知識、新的工

藝和掌握新的設備，輔導教師亦是如此。專業(yè)教師只有不斷更新

和拓寬自己的專業(yè)知識技能，在工作中不斷地研究新課程、新工

藝，才能更好地輔導學生提升技能，并培養(yǎng)學生積極主動探索、

積極主動學習的能力。

2.4 展現教學成果，評估教學質量

我校汽車專業(yè)從 2013 年首次組織學生參加省、市級技能大

賽，從校領導到專業(yè)教師再到參賽選手，都非常重視，并積極為

首次參賽做好相關準備工作。最終，當年參賽的選手相繼取得市

級二等獎和省級三等獎的成績。通過本次參賽，專業(yè)課教師在輔

導學生過程中鍛煉了自身技能，并積累了一部分參賽經驗，教學

質量也有所提升。在第二年繼續(xù)帶領學生參加省、市級技能大賽，

獲得省級二等獎、市級一等獎的成績后，之后每年我校汽車專業(yè)

開始系統(tǒng)培訓參賽老師和參賽學生，并在各級別汽車專業(yè)技能大

賽中取得了優(yōu)異的成績。

2.5 技能大賽推動汽車專業(yè)進行教育教學改革

面對社會對汽車專業(yè)職業(yè)教育的新要求，我校成立了以校長

為組長的教學改革領導小組，組成了由教務科長、督導室主任、

各系部主任、實踐經驗豐富的企業(yè)專家和工程師，以及教學能力

突出的一線教師等參加的學校教改辦公室。在教改領導小組的推

動下，我校在全體教師員工中開展了“雙基雙優(yōu)”大賽，考察教

師運用現代教育教學技術、推廣普通話等基本技能以及專業(yè)課教

師實操基本技能，為提高教育教學質量打基礎。在此基礎上，我

校汽車專業(yè)開展了教學改革評價模式，開展系部互評、系部師生

互評以及企業(yè)行業(yè)參與評價等方式，評價教師的教學水平，從而

評聘出“教師優(yōu)質課”和“優(yōu)質課教師”，在全校范圍內掀起了“夯

實雙基，爭創(chuàng)雙優(yōu)”的教改熱潮。

3 技能大賽在汽車專業(yè)教育教學改革中的應用

3.1 技能大賽推進職業(yè)教育“1+X”證書制度改革

“1+X”證書制度簡單來說，就是指“學歷證書 + 若干個職

業(yè)技能等級證書”制度?，F階段，國內的中等職業(yè)技能大賽項目

有一部分要求參賽選手具備相關的職業(yè)資格證書或者職業(yè)操作證

書，還有一部分規(guī)定獲獎選手可直接被頒發(fā)相應的職業(yè)資格證書，

或者在原有職業(yè)資格證書基礎上升級頒發(fā)更高一級的職業(yè)資格證

書。學校為了選拔培養(yǎng)更多的參賽選手，就需要給各個專業(yè)的學

生開展職業(yè)技能等級鑒定，進而促進了職業(yè)教育“1+X”證書制

度的推廣。

3.2 借助大賽輔導，培養(yǎng)雙師型師資隊伍

目前我校汽車類專業(yè)專職教師 11 人，兼職專業(yè)教師 4 人，

外聘專業(yè)教師 4 人。通過多年各類汽車類技能大賽的錘煉，我校

培養(yǎng)了 17 名“雙師型”教師，形成了一支技能水平超高、知識

層次結構合理并且有著熟練動手能力的專兼職師資隊伍。

我校汽車專業(yè)“雙師型”教師隊伍的建設增強了汽車專業(yè)的

市場競爭力。通過輔導學生參加技能大賽打造的骨干教師隊伍，

使得學校汽車專業(yè)的教育教學質量得到大幅提升，促進了學校汽

車專業(yè)教育目標的實現。“雙師型”教師隊伍的建設不僅增強了

汽車專業(yè)教師的技能，也改變了教師的實踐實訓教學觀念。教師

能以學生參賽和社會需求為本，充分發(fā)揮學生的主體意識和動手

能力，使學生擁有過硬的技術，并為學生將來參加技能大賽取得

成績夯實了基礎。

3.3 依據大賽規(guī)程，改編專業(yè)技能教材

依據汽車類技能大賽的職業(yè)能力要求，我校汽車專業(yè)開始構

建基于汽車大賽項目工作過程的專業(yè)課程體系，結合理論學習和

生產實習，對我校汽車專業(yè)課程進行了重新開發(fā)。為了滿足目前

學術 | 職業(yè)教育

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048 AUTO DRIVING & SERVICE?2023 . 02

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【參考文獻】

作者簡介 :

熊玉輝，本科，高級講師，研究方向為汽車專業(yè)教育教學與研究。

中等職業(yè)技能大賽對汽車專業(yè)知識體系的要求，體現課程內容的

技能性、實踐性和操作性的特點，我校汽車運用與維修專業(yè)成立

了校本教材編寫委員會和編寫小組，重新制定了教學計劃、教學

大綱 [4]。員會成員前后用了近 10 年的時間，收集了各類汽車類

技能大賽各個項目的大賽規(guī)則、比賽操作流程以及各賽項所要求

的知識點等，編寫出版了《汽車電器設備與維修》、《汽車電工電

子技術基礎》、《汽車美容裝飾與鈑金》和《電動汽車維護與檢修》

等四門校本教材。

3.4 建立完善的校內、校外實訓基地

依托以賽促學，我校在參加各類技能大賽期間建設了汽車整

車構造、汽車發(fā)動機維修與拆裝、汽車變速器維修與拆裝、汽車

電器設備維修以及汽車底盤維修等一體化實訓室，完善和擴建了

汽車空調、汽車鈑金修復和汽車涂裝修復實訓室，并新建了汽車

仿真維修實訓中心和新能源汽車維修一體化實訓中心。在完善建

設校內實訓基地的同時，學校積極加強實訓室管理，建立健全管

理制度，提高實訓室的利用率，推動實訓室開放管理 [5]。

在加強校內實訓體系建設的同時，我校與駐馬店中集華駿車

輛有限公司、駐馬店汽車維修廠以及比亞迪汽車在本市的 4S 店等

整車及服務企業(yè)建立了校企合作實訓基地。校方聘請行業(yè)專家和企

業(yè)技術人員到校指導實訓教學，指導參賽選手的輔導訓練 ；同時合

作企業(yè)要不定期的安排技術人員作為實踐訓練的指導教師。根據企

業(yè)需求，學校也派經驗豐富的專業(yè)教師到企業(yè)車間指導社會化生產。

為了便于校企合作管理，校企雙方基于互利原則建立了校外實習基

地的雙贏管理機制，形成校外實訓基地建設的可持續(xù)發(fā)展長效機制，

以及校企共建工學結合的人才質量培養(yǎng)保障體系。

3.5 以賽促學，加強校企合作

學校專業(yè)教師有一定的理論基礎，企業(yè)專家有豐富的實踐經

驗。技能大賽考驗的是參賽選手的綜合能力，如果想要學生在各

類技能大賽中獲得較好的成績，就需要參賽選手具有一定的理論

基礎，還得具備過硬的動手能力，這樣就加深了學校和汽車行業(yè)

之間的合作辦學紐帶。按照合作發(fā)展、共同進步的原則，企業(yè)需

要培訓優(yōu)秀的員工，學校需要培養(yǎng)合格的人才，因此校企雙共同

探索建立了多種“校企合作、共同經營、聯(lián)合辦學”的模式。

3.5.1 學徒制學員培訓基地

由合作企業(yè)在學校自行建立了學徒制學員培訓基地。例如我

校汽車專業(yè)和華晟百業(yè)聯(lián)合成立的新能源汽車學院，由華晟百業(yè)

負責學員的招生和管理，雙方合作對學員開展培訓。

3.5.2 訂單培養(yǎng)

企業(yè)委托學校開展訂單培養(yǎng)，由學校負責學員的招生和管理，

雙方合作對學員開展培訓。在教學內容方面，企業(yè)會基于本企業(yè)

所涉及到的新產品、新材料、新工藝、新技術、新設備以及新的

職業(yè)和新的崗位中，所涉及的針對技術、技能的需求，選取及補

充學習內容。

3.5.3 按企業(yè)需求頂崗實習

企業(yè)完全依托學校專業(yè)的招生、管理和教學，并根據自身的

崗位需求，對參加頂崗實習的學員進行面試、培訓。在學員頂崗

實習過程中，記錄學員實習的時間和表現。學員完成半年的頂崗

實習后，由企業(yè)負責組織對學員考核認定，考核成績?yōu)閮?yōu)秀、合

格和不合格三個等次，以此作為學員企業(yè)實訓的學業(yè)成績 [6]。

3.5.4 為企業(yè)員工培訓

應企業(yè)的需求，學校為企業(yè)員工不定期地開展社會培訓、技

能鑒定和企業(yè)內部技術服務培訓。在面向汽車行業(yè)開展技能培訓

的同時，專業(yè)教師積極主動地為企業(yè)解決了一些實際困難，與當

地企業(yè)在合作培訓上形成了優(yōu)勢互補、共創(chuàng)雙贏的打好局面。

4 結束語

多年來我校汽車專業(yè)通過技能大賽的參與，校內實訓設備跟

隨市場不斷更新，專業(yè)教師的教學技能不斷增強，學生的動手能

力得到了顯著提升。這讓我校不僅在各類汽車專業(yè)技能大賽中取

得比價優(yōu)異的，更為本地培養(yǎng)了大量的技能型人才。而且通過與

10 多家企業(yè)開展校企合作，我校專業(yè)教師服務社會的能力越來越

強，實現了校企雙贏的目標。