數(shù)字汽車車身設(shè)計

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1、第 11章 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 11.1 數(shù) 字 工 程 概 述 11.1.1 虛 擬 制 造 概 念 數(shù) 字 化 設(shè) 計 是 指 將 設(shè) 計 信 息 數(shù) 字 化 ， 與 傳 統(tǒng) 設(shè) 計 相 比 較 ，數(shù) 字 化 設(shè) 計 更 易 于 捕 捉 設(shè) 計 意 圖 ， 修 改 設(shè) 計 錯 誤 ， 傳 遞 設(shè)計 信 息 ， 共 享 設(shè) 計 數(shù) 據(jù) 。 數(shù) 字 化 設(shè) 計 是 提 高 制 造 系 統(tǒng) 信 息采 集 、 傳 輸 、 處 理 及 應(yīng) 用 等 的 速 度 、 效 率 與 品 質(zhì) 并 降 低 其成 本 的 基 礎(chǔ) 。 11.1.2 虛 擬 制 造 的 特 征 虛 擬 制 造 系 統(tǒng) 基

2、 本 上 不 消 耗 資 源 和 能 量 ， 也 不 產(chǎn) 生 實 際產(chǎn) 品 ， 而 是 產(chǎn) 品 的 設(shè) 計 、 開 發(fā) 與 實 現(xiàn) 過 程 在 計 算 機 上 的 本質(zhì) 實 現(xiàn) 。 與 實 際 制 造 相 比 ， 它 具 有 如 下 主 要 特 征 ： 11.1 數(shù) 字 工 程 概 述 11.1.2 虛 擬 制 造 的 特 征 (1) 功 能 一 致 性 。 (2) 結(jié) 構(gòu) 相 似 性 。 (3) 組 織 的 靈 活 性 。 (4) 集 成 化 。 (5) 智 能 化 。 11.1.3 虛 擬 制 造 的 類 型 為 了 能 夠 “ 在 計 算 機 里 進 行 制 造 ” ， VM將 提 供

3、從 產(chǎn) 品設(shè) 計 到 生 產(chǎn) 計 劃 和 制 造 過 程 優(yōu) 化 的 建 模 和 模 擬 環(huán) 境 。 11.1 數(shù) 字 工 程 概 述 11.1.3 虛 擬 制 造 的 類 型 11.1 數(shù) 字 工 程 概 述 11.1.4 汽 車 數(shù) 字 化 工 程 汽 車 數(shù) 字 化 工 程 本 質(zhì) 上 就 是 要 利 用 計 算 機 生 產(chǎn) 出 “ 數(shù)字 汽 車 ” 。 不 難 看 出 ， 數(shù) 字 化 工 程 技 術(shù) 是 一 個 跨 學 科 的 綜合 性 技 術(shù) ， 它 包 括 汽 車 數(shù) 字 化 定 義 、 仿 真 、 可 視 化 、 虛 擬現(xiàn) 實 、 數(shù) 據(jù) 集 成 、 優(yōu) 化 等 。 11.2 數(shù)

4、 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 1 數(shù) 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 概 念 汽 車 作 為 商 品 具 有 雙 重 性 。 它 首 先 是 功 能 產(chǎn) 品 ， 具 有滿 足 行 走 和 運 載 要 求 的 實 用 價 值 ， 同 時 它 也 是 藝 術(shù) 產(chǎn) 品 ，有 美 的 品 質(zhì) ， 滿 足 或 者 迎 合 社 會 的 文 化 藝 術(shù) 需 求 ， 其 美 學價 值 在 于 其 內(nèi) 外 的 形 態(tài) 給 人 們 視 覺 和 觸 覺 上 帶 來 的 享 受 。 傳 統(tǒng) 的 造 型 設(shè) 計 主 要 是 基 于 手 工 設(shè) 計 完 成 的 ， 它 分 為初 步 設(shè) 計 和 技 術(shù) 設(shè) 計 兩 個 階 段

5、 20世 紀 80年 代 以 來 ， 計 算 機 軟 硬 件 技 術(shù) 取 得 了 突 破 性的 進 步 ， 高 速 圖 形 工 作 站 和 功 能 強 大 的 CAD系 統(tǒng) 的 出 現(xiàn) ，使 得 國 外 各 大 汽 車 公 司 紛 紛 引 進 了 CAD/CAM等 先 進 的 設(shè) 計方 法 來 進 行 車 身 設(shè) 計 ， 造 型 設(shè) 計 由 此 翻 開 了 嶄 新 的 一 頁 。 11.2 數(shù) 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 1 數(shù) 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 概 念 11.2 數(shù) 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 2 數(shù) 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 步 驟 計 算 機 輔 助 造 型 設(shè) 計 (Com

6、puter Aided Styling， CAS)方 法 的 一 個 主 要工 作 是 利 用 計 算 機 輔 助 幾 何 設(shè) 計(Computer Aided Geometric Design， CAGD)方 法 來 進 行 車 身 幾 何 造 型 設(shè) 計 ，即 在 計 算 機 上 建 立 一 個 雕 塑 車 身 的 模型 ， 可 以 從 它 的 表 面 任 意 處 得 到 所 有的 曲 線 和 曲 面 信 息 來 進 行 設(shè) 計 和 分 析 ，將 其 作 為 主 模 型 來 取 代 傳 統(tǒng) 造 型 設(shè) 計中 的 立 體 模 型 。 11.2 數(shù) 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 3 仿 形 法

7、特 點 運 用 仿 形 法 進 行 車 身 設(shè) 計 是 對 傳 統(tǒng) 設(shè) 計 方 法 的 重 大 革新 ， 是 一 種 以 分 析 、 判 斷 和 優(yōu) 選 為 核 心 的 現(xiàn) 代 設(shè) 計 方 法 。它 的 特 點 主 要 體 現(xiàn) 在 以 下 幾 個 方 面 ： (1) 以 計 算 機 中 的 三 維 實 體 模 型 代 替 傳 統(tǒng) 設(shè) 計 中 的 主模 型 ， 從 而 把 大 量 人 力 從 繪 圖 ， 取 樣 板 ， 制 表 面 ， 做 模 型等 繁 瑣 的 勞 動 中 解 放 出 來 。 (2) 提 高 了 汽 車 產(chǎn) 品 規(guī) 劃 時 的 可 信 度 ， 使 設(shè) 計 、 工 藝 、模 具 設(shè)

8、 計 和 制 造 人 員 更 好 地 協(xié) 同 工 作 。 (3) 仿 形 法 設(shè) 計 充 分 發(fā) 揮 了 計 算 機 運 算 速 度 快 和 精 度高 的 特 點 ， 極 大 地 提 高 了 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 效 率 ， 縮 短 了 開發(fā) 的 周 期 。 11.2 數(shù) 字 汽 車 造 型 設(shè) 計 3 仿 形 法 特 點 (4) 采 用 計 算 機 輔 助 造 型 設(shè) 計 的 方 法 還 能 夠 對 車 身 造 型進 行 優(yōu) 化 設(shè) 計 。 近 年 來 ， 新 的 造 型 設(shè) 計 方 法 呈 現(xiàn) 如 下 兩 大 特 點 ： (1) 在 造 型 設(shè) 計 中 逐 步 擺 脫 前 期 手 工

9、 制 作 l:5縮 比 油 泥模 型 的 過 程 。 而 是 采 用 掃 描 直 接 輸 入 。 (2) 汽 車 車 身 造 型 設(shè) 計 方 法 使 得 車 身 的 形 式 和 功 能 在 更高 層 次 上 實 現(xiàn) 有 機 結(jié) 合 和 統(tǒng) 一 。 采 用 虛 擬 設(shè) 計 方 法 后 ， 設(shè) 計 師 不 再 局 限 于 固 定 的 油 泥 模型 ， 可 充 分 發(fā) 揮 人 的 創(chuàng) 造 性 來 設(shè) 計 汽 車 車 身 ， 突 破 了 傳 統(tǒng)的 功 能 決 定 形 式 的 束 縛 ， 使 設(shè) 計 中 滲 入 了 更 多 實 用 性 、 藝術(shù) 性 和 綜 合 因 素 。 11.3 人 機 工 程 學

10、分析 11.3.1 人 機 工 程 學 概 述 1 人 機 工 程 學 的 概 念 人 機 工 程 學 是 從 20世 紀 50年 代 開 始 迅 速 發(fā) 展 起 來 的 一門 新 興 的 邊 緣 學 科 。 它 在 美 國 稱 為 “ Human Engineering” ， 在 西 歐 稱 為 “ Ergonomics” 。 它 是 運 用 人 體 測 量 學 、 生 理 學 、 心 理 學 和 生 物 力 學 以及 工 程 學 等 學 科 的 研 究 方 法 和 手 段 ， 綜 合 地 進 行 人 體 結(jié) 構(gòu) 、功 能 、 心 理 以 及 力 學 等 問 題 研 究 的 學 科 。 人

11、機 工 程 學 的 研 究 對 象 是 人 機 環(huán) 境 系 統(tǒng) ， 簡 稱 人 機系 統(tǒng) 。 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.1 人 機 工 程 學 概 述 2. 人 機 工 程 學 的 研 究 內(nèi) 容 人 機 工 程 學 的 主 要 研 究 內(nèi) 容 可 以 概 括 為 以 下 方 面 ： (1) 機 器 系 統(tǒng) 中 直 接 由 人 操 作 或 使 用 的 部 件 ， 應(yīng) 設(shè) 計成 便 于 操 作 者 有 效 地 使 用 ， 以 保 證 人 機 系 統(tǒng) 的 工 作 效 能 達到 最 優(yōu) 。 (2) 從 保 證 人 的 安 全 、 健 康 、 舒 適 和 高 工 作 效 率 出

12、發(fā) ，提 出 環(huán) 境 控 制 和 安 全 保 護 裝 置 的 設(shè) 計 要 求 與 數(shù) 據(jù) ； (3) 人 機 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計 的 最 優(yōu) 化 。 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.1 人 機 工 程 學 概 述 3. 車 身 設(shè) 計 中 人 機 工 程 學 的 基 本 內(nèi) 容 研 究 人 與 汽 車 的 相 互 關(guān) 系 ， 尋 求 車 身 設(shè) 計 的 規(guī) 律 和 設(shè)計 依 據(jù) ， 是 車 身 設(shè) 計 中 研 究 人 機 工 程 學 的 基 本 內(nèi) 容 。 11.3.2 人 體 尺 寸 和 人 體 模 型 1. 人 體 尺 寸 人 體 尺 寸 決 定 了 人 體 所 占 據(jù)

13、 的 幾 何 空 間 大 小 和 人 體 的活 動 范 圍 ， 是 確 定 車 廂 內(nèi) 有 效 空 間 和 進 行 內(nèi) 飾 布 置 的 主 要依 據(jù) 。 車 身 內(nèi) 飾 布 置 設(shè) 計 中 應(yīng) 以 人 體 尺 寸 的 “ 百 分 位 分 布值 ” 作 為 設(shè) 計 的 尺 寸 依 據(jù) ， 這 是 人 機 工 程 學 的 基 本 設(shè) 計 原則 之 一 。 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.2 人 體 尺 寸 和 人 體 模 型 2. 人 體 模 型 在 車 身 設(shè) 計 中 ， 將 人 體 尺 寸 反 映 到 室 內(nèi) 布 置 上 ， 或 對 車身 室 內(nèi) 空 間 和 布 置 進 行 人

14、 體 尺 寸 校 核 ， 必 須 借 助 于 二 維 人體 模 型 樣 板 、 虛 擬 三 維 人 體 模 型 和 實 物 三 維 H點 人 體 模 型 。H點 是 人 體 軀 干 與 大 腿 之 間 的 關(guān) 節(jié) 點 -胯 點 (Hip point)。 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.2 人 體 尺 寸 和 人 體 模 型 通 常 采 用 第 10、 50、 95百 分 位 三 種 尺 寸 的 人 體 樣 板 ，分 別 代 表 矮 小 、 中 等 、 高 大 三 種 人 體 身 材 。 不 同 百 分 位 的人 體 樣 板 的 軀 干 尺 寸 相 同 ， 不 同 之 處 是 小

15、 腿 長 度 A和 大 腿長 度 B尺 寸 不 一 樣 。 11.3.3 人 體 的 姿 勢 與 布 置 為 使 室 內(nèi) 布 置 能 最 大 限 度 地 減 小 駕 駛 和 乘 坐 的 疲 勞 程度 ， 設(shè) 計 中 必 須 滿 足 人 體 的 舒 適 姿 勢 要 求 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.3 人 體 的 姿 勢 與 布 置 1. 人 體 的 舒 適 姿 勢 人 體 駕 駛 的 舒 適 和 疲 勞 程 度 與 設(shè) 計 中 選 擇 的 人 體 各 關(guān)節(jié) 角 度 所 確 定 的 駕 駛 姿 勢 有 關(guān) 。 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.3 人 體 的 姿

16、勢 與 布 置 2. 人 體 的 布 置 設(shè) 計 車 身 室 內(nèi) 的 人 體 布 置 ， 就 是 指 在 車 身 布 置 圖 上 安 放 二維 人 體 模 型 樣 板 ， 從 而 確 定 出 設(shè) 計 的 H點 位 置 ， 并 以 此 H點代 表 人 體 的 布 置 及 乘 坐 的 位 置 。 車 身 實 際 H點 是 指 將 實 物 三 維 H點 人 體 模 型 按 規(guī) 定 的 操作 程 序 安 放 在 車 內(nèi) 坐 椅 上 時 ， 人 體 模 型 上 左 右 兩 側(cè) H點 標記 連 線 的 中 點 。 它 表 示 駕 駛 員 或 乘 員 入 座 后 ， 其 胯 關(guān) 節(jié) 中點 在 車 身 中 的

17、 實 際 位 置 。 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.4 人 體 的 操 縱 范 圍 人 體 的 操 縱 范 圍 是 指 人 體 在 正 常 的 駕 駛 姿 勢 下 四 肢 所能 控 制 (伸 及 )的 區(qū) 域 ， 以 及 動 作 時 所 能 產(chǎn) 生 的 作 用 力 大 小 。手 的 操 縱 范 圍 是 車 身 設(shè) 計 中 確 定 轉(zhuǎn) 向 盤 、 綜 合 操 縱 桿 、 各種 控 制 按 鈕 、 開 關(guān) 鍵 位 置 等 的 必 要 條 件 。 11.3 人 機 工 程 學 分 析 11.3.5 人 眼 的 視 覺 和 視 野 范 圍 車 身 設(shè) 計 應(yīng) 保 證 駕 駛 員 具

18、有 良 好 的 視 覺 效 果 ， 以 能 減輕 駕 駛 員 的 負 擔 ， 提 高 駕 駛 時 的 環(huán) 境 適 應(yīng) 性 ， 同 時 提 高 汽車 駕 駛 安 全 性 。 汽 車 駕 駛 員 的 眼 橢 圓 是 駕 駛 員 以 正 常 駕 駛姿 勢 坐 在 坐 椅 中 時 ， 其 眼 睛 位 置 在 車 身 中 的 統(tǒng) 計 分 布 圖 形 ，由 于 這 種 圖 形 在 車 身 側(cè) 視 圖 和 俯 視 圖 中 均 呈 橢 圓 形 狀 ， 故稱 眼 橢 圓 。 11.4 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 概 述 11.4.1 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 基 本 特 點 和 技 術(shù) 要 求 1

19、. 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 基 本 特 點 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 基 本 特 點 主 要 有 以 下 幾 個 方 面 ： (1) 車 身 設(shè) 計 是 新 車 型 開 發(fā) 的 主 要 內(nèi) 容 。 (2) 車 身 造 型 是 車 身 設(shè) 計 的 關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) 。 (3) 人 機 工 程 學 在 車 身 設(shè) 計 中 占 有 極 重 要 的 位 置 。 (4) 不 斷 提 高 空 氣 動 力 學 特 性 。 (5) 輕 量 、 安 全 、 高 剛 性 是 車 身 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 的 主 題 。 (6) 新 材 料 、 新 工 藝 的 應(yīng) 用 不 斷 促 進 車 身 設(shè) 計

20、的 發(fā) 展 。 (7) 廣 泛 應(yīng) 用 電 子 控 制 技 術(shù) 及 電 子 裝 置 是 車 身 設(shè) 計 發(fā) 展的 趨 勢 。 11.4 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 概 述 11.4.1 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 基 本 特 點 和 技 術(shù) 要 求 (8) 市 場 要 素 是 車 身 設(shè) 計 中 選 型 的 前 提 。 (9) 車 身 設(shè) 計 必 須 遵 守 相 關(guān) 標 準 和 法 規(guī) 的 要 求 。 (10) 車 身 設(shè) 計 應(yīng) 符 合 “ 三 化 ” 要 求 ， 即 零 件 標 準 化 、部 件 通 用 化 和 產(chǎn) 品 系 列 化 ， 可 簡 化 生 產(chǎn) 、 提 高 工 效 、

21、 保 證產(chǎn) 品 質(zhì) 量 、 降 低 生 產(chǎn) 成 本 、 減 少 配 件 品 種 、 方 便 維 修 等 。2. 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 技 術(shù) 要 求 (1) 車 身 設(shè) 計 應(yīng) 符 合 整 車 的 性 能 要 求 及 總 布 置 設(shè) 計 ，不 與 底 盤 各 總 成 或 部 件 發(fā) 生 位 置 干 涉 或 運 動 干 涉 。 (2) 車 身 布 置 設(shè) 計 必 須 提 供 一 個 舒 適 的 室 內(nèi) 空 間 ， 具有 良 好 的 操 縱 性 和 上 下 車 及 乘 坐 方 便 性 。 11.4 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 概 述 11.4.1 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 基

22、本 特 點 和 技 術(shù) 要 求 (4) 車 身 的 外 形 和 布 置 設(shè) 計 必 須 保 證 駕 駛 員 具 有 良 好的 視 野 。 (5) 車 身 造 型 設(shè) 計 及 色 彩 應(yīng) 美 觀 、 新 穎 、 時 代 感 強 。 (6) 車 身 外 形 設(shè) 計 必 須 具 有 低 的 空 氣 阻 力 和 良 好 的 高速 行 駛 穩(wěn) 定 性 。 (7) 車 身 結(jié) 構(gòu) 強 度 必 須 能 夠 承 受 在 其 整 個 使 用 壽 命 內(nèi)可 能 遇 到 的 所 有 靜 力 載 荷 和 動 力 載 荷 ， 不 發(fā) 生 塑 性 變 形 、裂 紋 或 破 壞 。 (8) 車 身 結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 輕 量 化

23、， 并 且 有 足 夠 的 剛 性 。 (9) 車 身 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 和 附 加 安 全 裝 置 必 須 保 證 轎 車 發(fā) 生碰 撞 時 ， 對 乘 員 具 有 保 護 作 用 。 11.4 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 概 述 11.4.1 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 基 本 特 點 和 技 術(shù) 要 求 (10) 車 身 設(shè) 計 必 須 具 有 良 好 的 隔 音 、 隔 熱 性 能 。 (11) 車 身 附 件 設(shè) 計 必 須 滿 足 其 使 用 的 功 能 要 求 ， 并 符合 法 規(guī) 或 標 準 的 技 術(shù) 條 件 。 (12) 車 身 設(shè) 計 的 選 材 必 須 來 源

24、 豐 富 、 成 本 低 ， 所 選 用的 材 料 應(yīng) 能 夠 實 現(xiàn) 高 效 率 的 加 工 制 造 和 裝 配 。 (13) 車 身 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 及 選 材 必 須 保 證 車 輛 在 整 個 使 用 期間 內(nèi) 滿 足 對 冷 、 熱 和 腐 蝕 的 抵 抗 能 力 。 (14) 車 身 的 材 料 應(yīng) 能 夠 再 生 重 復(fù) 使 用 ， 且 對 環(huán) 境 無 污染 。 (15) 車 身 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 、 結(jié) 構(gòu) 分 塊 滿 足 車 身 制 造 工 藝 的 要求 。 (16) 車 身 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 必 須 考 慮 材 料 的 特 性 。 11.4 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 概 述 11.4.1 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 的 基 本 特 點 和 技 術(shù) 要 求 (17) 車 身 制 造 成 本 應(yīng) 盡 量 降 低 。 (18) 車 身 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 應(yīng) 方 便 維 護 ， 使 修 復(fù) 作 業(yè) 容 易 。 (19) 車 身 設(shè) 計 應(yīng) 保 證 車 輛 維 修 時 的 接 近 性 ， 應(yīng) 便 于 駕駛 員 對 車 輛 進 行 日 常 維 護 。 11.4.2 數(shù) 字 汽 車 車 身 設(shè) 計 流 程 數(shù) 字 汽 車 設(shè) 計 的 主 要 步 驟 如 下 ：