汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(第二章)

1、汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院林程 教授王文偉 副教授陳瀟凱 副教授2016第一節(jié)第一節(jié)現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程第二章 車身開發(fā)流程和設(shè)計方法一、傳統(tǒng)車身開發(fā)流程與方法對車身這樣復(fù)雜的空間曲面外形采取了一整套特殊的實物(如外形樣板和主模型等) 模擬和“移形”(模擬量傳遞) 的辦法。在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)準備和投產(chǎn)等階段中，實物可以補充圖樣之不足，保證成套工藝裝備(模具和裝焊夾具等) 之間乃至零部件之間的協(xié)調(diào)驗證。傳統(tǒng)的車身開發(fā)流程概念草圖和外形效果圖膠帶圖1:5車身布置圖車身側(cè)視圖車身前后視圖雕塑1:5油泥模型雕塑1:5油泥模型1:5油泥模型1:5木模型油泥模型工具制作

2、1:1模型1:1卡車模型繪制主圖板繪制主圖板是最關(guān)鍵的一環(huán)。為了確保尺寸精度和穩(wěn)定性,往往以1:1 的比例繪制在刻有坐標網(wǎng)格線的鋁板上，利用鋁板不變形的特性來保證主圖板尺寸的穩(wěn)定性，而鋁板則固定于一木制平臺上。主圖板上不需要標注尺寸，但需要能反映出車身上的主要輪廓線(包括一系列的截面曲線)、各零件的裝配關(guān)系和結(jié)構(gòu)截面，有時還要進行可動件(如車門、發(fā)動機蓋等) 運動軌跡的校核。車身主圖版車身主圖板車身主圖板返回車身零件圖車身零件圖返回制造車身主模型主模型是根據(jù)主圖板、車身零件圖等制造的1:1實體模型，是重要的設(shè)計資料之一，同時也是制造沖模、胎具、裝焊夾具、檢驗樣架的主要依據(jù)，還是大量生產(chǎn)汽車車身

3、時不可缺少的依據(jù)。主模型可以按車身覆蓋件在車身中的位置分為外主模型和內(nèi)主模型兩部分。在汽車的整個投產(chǎn)過程中, 主模型有點相當(dāng)于“米原器”的作用，因此要求其尺寸十分準確。制作主模型傳統(tǒng)開發(fā)流程的問題傳統(tǒng)的車身設(shè)計過程和方法需要依靠人力經(jīng)過繪畫油泥模型主圖板主模型等多次反復(fù)測量、反復(fù)修改才能確定, 導(dǎo)致車身的開發(fā)周期長、成本高, 而且靠“移形”的辦法設(shè)計精度難以保證。例如: 由主圖板制作主模型, 由主模型加工藝補充制造工藝模型, 再由工藝模型反靠加工沖模。因原始數(shù)據(jù)經(jīng)過多環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換, 人為的和設(shè)備造成的誤差在所難免, 從而導(dǎo)致加工出的沖模精度無法保證。利用計算機代替部分人的勞動, 進入現(xiàn)代車身開發(fā)

4、階段勢在必行。二、現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程隨著計算機技術(shù)的發(fā)展, 計算機輔助開發(fā)技術(shù)CAX (CAS、CAD、CAE、CAM 等) 在車身設(shè)計中的應(yīng)用不斷深入, 基于全數(shù)字化的虛擬車身開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成熟, 車身產(chǎn)品的開發(fā)也進入了現(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)階段, 其開發(fā)流程、開發(fā)方法和開發(fā)技術(shù)也發(fā)生了根本性的變化。整車開發(fā)流程主要圍繞三個方面, 即開發(fā)一輛什么樣的車、怎樣開發(fā)設(shè)計這樣的車、怎樣將設(shè)計開發(fā)好的新車型批量制造出來。在整個開發(fā)流程中, 對每一個階段的開發(fā)進程都設(shè)有一個審查、驗收的關(guān)鍵里程碑, 在每個里程碑, 對新車型的所有指標都必須經(jīng)過嚴格考核?，F(xiàn)代車身產(chǎn)品開發(fā)流程車身產(chǎn)品開發(fā)階段產(chǎn)品規(guī)劃：規(guī)劃和定義

5、車身產(chǎn)品開發(fā)的指導(dǎo)原則、開發(fā)內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)、性能指標、實施路線和風(fēng)險分析等事項。車身產(chǎn)品對標分析(Benchmarking) 是產(chǎn)品規(guī)劃中一項主要的基礎(chǔ)工作。概念設(shè)計：確定方案和參數(shù)，包括車身總布置、車身造型、結(jié)構(gòu)可行性研究。是以車身產(chǎn)品規(guī)劃為依據(jù)，將造型概念和工程結(jié)構(gòu)有機結(jié)合，將創(chuàng)意轉(zhuǎn)換為方案的實現(xiàn)過程。主要包括車身總布置、車身造型和結(jié)構(gòu)可行性研究三大方面。技術(shù)設(shè)計：進行結(jié)構(gòu)方面詳細的設(shè)計工作，包括三維結(jié)構(gòu)設(shè)計、CAE 分析和二維工程圖設(shè)計三大方面。產(chǎn)品試制：包括設(shè)計試制、試驗試制和生產(chǎn)前試制，分別對應(yīng)完成A/B/C三類樣車，實現(xiàn)功能驗證、性能驗證和技術(shù)認可產(chǎn)品試驗：包括整車試驗、白車身試驗

6、、系統(tǒng)試驗、零部件試驗，對應(yīng)A/B/C三類樣車。分為性能試驗和可靠性試驗，按步驟進行。生產(chǎn)準備：完成一到兩輪試制和試驗后，最后凍結(jié)設(shè)計全面啟動。概念設(shè)計階段的性能分析項目CAE分析內(nèi)容EBOM完成工程制圖后, 需將部件和零件按照它們所屬裝配關(guān)系編成“組冶及其下屬的“分組”號碼, 通常用工程零件報表(Engineering Bill of Material, EBOM) 體現(xiàn)零件名稱、圖號、數(shù)量、層級、材料、工藝等信息。EBOM 是一種動態(tài)文件, 隨著產(chǎn)品開發(fā)的不斷深入而進行不斷的調(diào)整, 以滿足各部門對實時動態(tài)信息的需求。車身試驗項目第二節(jié)第二節(jié)現(xiàn)代車身設(shè)計方法與技術(shù)現(xiàn)代車身設(shè)計方法與技術(shù)第二章

7、 車身開發(fā)流程和設(shè)計方法一、現(xiàn)代車身設(shè)計方法與技術(shù)CAX 是指在車身開發(fā)過程中采用的計算機輔助開發(fā)技術(shù)的統(tǒng)稱，其核心是以產(chǎn)品設(shè)計和繪圖為主體的CAD 技術(shù)、以車身性能和結(jié)構(gòu)分析為主體的CAE 技術(shù)、以模型及其模具制造為主體的CAM 技術(shù)以及計算機輔助造型技術(shù)(CAS) 等?，F(xiàn)代車身設(shè)計技術(shù)計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）計算機負責(zé)工程分析（CAE）計算機輔助制造（CAM）計算機輔助造型技術(shù)（CAS）虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）計算流體力學(xué)（CFD）數(shù)字樣機技術(shù)（DMU）二、CAE 驅(qū)動的性能設(shè)計傳統(tǒng)的車身設(shè)計是以經(jīng)驗設(shè)計為主的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足功能要求為第一位?，F(xiàn)代車身的設(shè)計已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐訡AE 技術(shù)驅(qū)動的性

8、能設(shè)計。汽車生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計部門已經(jīng)全面應(yīng)用性能設(shè)計技術(shù)，從產(chǎn)品的概念設(shè)計開始，貫穿于整個產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計階段，直到后續(xù)的產(chǎn)品試驗驗證，以性能設(shè)計中的目標性能為指導(dǎo)綱要。性能設(shè)計三大要素對于車身而言, 所要控制的主要產(chǎn)品性能包括剛度/ 強度、碰撞安全性、NVH、人機工程學(xué)特性、空氣動力性、輕量化、可靠性、耐久性等。(1) 產(chǎn)品設(shè)計前期的對標技術(shù)：后期開發(fā)提供參考藍本和指導(dǎo)綱要, 同時也是性能設(shè)計的前提條件和基準依據(jù)。(2) 產(chǎn)品設(shè)計過程中的CAE 分析和驗證工程： CAE 的分析驗證隨著工程設(shè)計的數(shù)據(jù)狀態(tài)進行動態(tài)更新。(3) 實行閉環(huán)控制模式：產(chǎn)品驗證環(huán)節(jié)捆綁于各個階段，保證各個階段的輸出均在控制目

9、標內(nèi)。性能設(shè)計的主要控制階段和過程三、并行工程并行工程( Concurrent Engineering, CE) 也稱同步工程，是集成、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過程(包括制造過程和技術(shù)支持過程) 的系統(tǒng)方法?？梢詫崿F(xiàn)動態(tài)優(yōu)化地處理問題。它在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品生命周期中工藝、制造、裝配、測試和維護等其他環(huán)節(jié)的影響, 通過各環(huán)節(jié)的并行集成，縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本。并行工程的貫徹設(shè)計階段的并行工程主要在以下三個方面得到貫徹：開發(fā)流程的并行、設(shè)計方案的并行以及項目團隊的協(xié)同工作。四、逆向工程逆向工程（Reverse Engineering）也稱反求工程、反向

10、工程等，起源于精密測量和質(zhì)量檢驗，它是設(shè)計下游向設(shè)計上游反饋信息的回路。產(chǎn)品的逆向工程是根據(jù)零件（或原型）生成圖樣，再制造產(chǎn)品。利用車身逆向工程技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計主要有兩種方式：一種是先由造型師設(shè)計制作的產(chǎn)品油泥模型，經(jīng)三坐標測量機將模型數(shù)字化，得到測量點云數(shù)據(jù)，再建立CAD 模型；另一種是針對已有的產(chǎn)品實物零件（通常是國內(nèi)外一些最新的設(shè)計產(chǎn)品）。集成逆向工程系統(tǒng)逆向工程系統(tǒng)主要由3 部分(或3 個子系統(tǒng)) 組成：產(chǎn)品實物幾何形狀的數(shù)字化及數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、模型重建子系統(tǒng)和產(chǎn)品或模具制造子系統(tǒng)。車身逆向工程車身CAD 中逆向工程技術(shù)的應(yīng)用，主要是對車身零部件曲面的造型與車身實體零件模型的逆向重構(gòu)，用于結(jié)構(gòu)分析和零件制造等。車身逆向工程的一般步驟為：1) 前期準備：對產(chǎn)品進行剖析，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要特征、合理的建模順序和設(shè)計的整體思路。2) 數(shù)據(jù)獲?。簯?yīng)用三坐標測量機對車身、車身零件或模型進行測量。在車身