[工学]汽车车身结构与设计课件021车身设计特点法

1、车身设计的特点、方法及流程车身设计的特点、方法及流程车身设计的特点车身设计的特点 车身在用材、加工、装配、结构、使用功能等各个方面都与汽车车身在用材、加工、装配、结构、使用功能等各个方面都与汽车的其他总成大相径庭。的其他总成大相径庭。用材：车身上所采用的材料品种很多，除金属和轻合金以外，还用材：车身上所采用的材料品种很多，除金属和轻合金以外，还大量使用各种非金属材料（如：塑料、橡胶、复合材料、玻璃、大量使用各种非金属材料（如：塑料、橡胶、复合材料、玻璃、油漆、纺织品和木材等）。油漆、纺织品和木材等）。加工：包括冲压、装焊、涂饰、内外饰等。加工：包括冲压、装焊、涂饰、内外饰等。结构：车身壳体（特

2、别是轿车车身）由许多个具有空间曲面外形结构：车身壳体（特别是轿车车身）由许多个具有空间曲面外形的大型覆盖件（如顶盖、翼子板和发动机罩等）所组成。的大型覆盖件（如顶盖、翼子板和发动机罩等）所组成。整车外形：既要求整体协调富有美感，又必须保证必要的流线型。整车外形：既要求整体协调富有美感，又必须保证必要的流线型。装配：装合这些大型覆盖件时，对互换性和装配准确度有较严格装配：装合这些大型覆盖件时，对互换性和装配准确度有较严格的要求。的要求。使用功能：是载运乘客或货物的活动建筑物，相当于临时住所或使用功能：是载运乘客或货物的活动建筑物，相当于临时住所或流动仓库，兼具实用性和观赏性。流动仓库，兼具实用性

3、和观赏性。车身设计的特点车身设计的特点 由于车身的这些特点，要求车身表面上的各点（空间坐标）由于车身的这些特点，要求车身表面上的各点（空间坐标）连成的曲线必须在纵向和横向两个截面上光顺（传统的设连成的曲线必须在纵向和横向两个截面上光顺（传统的设计方法就不得不规定车身图样必须采用坐标网格来表示）。计方法就不得不规定车身图样必须采用坐标网格来表示）。单纯用图纸无法准确完整地表达车身，必须辅之以单纯用图纸无法准确完整地表达车身，必须辅之以1:1的模的模型。型。采取了一整套特殊的实物（如外形样板和主模型等）模拟采取了一整套特殊的实物（如外形样板和主模型等）模拟和和“移形移形”(模拟量传递）的办法，来辅

4、助表达车身这样复模拟量传递）的办法，来辅助表达车身这样复杂的空间曲面外形。杂的空间曲面外形。在产品设计、生产准备和投产等阶段中，实物可弥补图样在产品设计、生产准备和投产等阶段中，实物可弥补图样的不足，保证成套工艺装备（模具和装焊夹具等）之间以的不足，保证成套工艺装备（模具和装焊夹具等）之间以及零部件之间的协调验证。及零部件之间的协调验证。由于这些特点，与汽车上的其他总成不同，车身设计有一由于这些特点，与汽车上的其他总成不同，车身设计有一整套自成系统的工作方法。整套自成系统的工作方法。传统的车身设计方法传统的车身设计方法传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程传统的车身

5、外形设计过程-初步设计初步设计*为了减轻绘制车身布置图和制作模型过程中反复修改的工作量，在初步设计中常采用缩小的比例（公制：1:5或1:10）。）。1.绘制绘制1:5车身布置图车身布置图根据整车的初步控制尺寸（如汽车的总长、总宽、总高、轴根据整车的初步控制尺寸（如汽车的总长、总宽、总高、轴距、轮距等）和总布置方案（如发动机和传动系的布置等），距、轮距等）和总布置方案（如发动机和传动系的布置等），绘制绘制1:5车身布置的三视图车身布置的三视图 。在在1:5车身布置图中，应初步确定车身的主要控制尺寸（如车身布置图中，应初步确定车身的主要控制尺寸（如前悬、后悬、前后风窗的位置及倾角，前围板的位置，发

6、动前悬、后悬、前后风窗的位置及倾角，前围板的位置，发动机高度，地板高度、座椅布置、操纵机构布置以及内部空间机高度，地板高度、座椅布置、操纵机构布置以及内部空间的控制尺寸等）。的控制尺寸等）。1:5车身布置图车身布置图传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-初步设计初步设计2. 绘制彩色效果图绘制彩色效果图在车身布置图的基础上，绘制多方案的彩色效果图。在车身布置图的基础上，绘制多方案的彩色效果图。彩色效果图有多种表现形式，如表示整车的和表示局部效彩色效果图有多种表现形式，如表示整车的和表示局部效果的。果的。整车彩色效果图最好按照透视规律绘制并配以色彩，要求整车彩色效果图最好按照透视规律绘制

7、并配以色彩，要求逼真形象，以收到未来新车型跃然纸上的效果。逼真形象，以收到未来新车型跃然纸上的效果。局部彩色效果图要求细致刻画和突出需要琢磨的部位，如局部彩色效果图要求细致刻画和突出需要琢磨的部位，如车头、后尾、前脸以及内饰等。车头、后尾、前脸以及内饰等。车身内饰效果图应具体反映出车身内部装饰（如仪表板、车身内饰效果图应具体反映出车身内部装饰（如仪表板、座椅、侧壁的覆饰和有关附件等）的效果。座椅、侧壁的覆饰和有关附件等）的效果。可通过效果图广泛征求意见，初步选定令人满意的方案。可通过效果图广泛征求意见，初步选定令人满意的方案。手绘效果图手绘效果图-程正程正手绘效果图手绘效果图-程正程正手绘效果

8、图手绘效果图-内饰内饰传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-初步设计初步设计3. 雕塑雕塑1:5模型模型以以1:5车身布置图的外形尺寸和彩色效果图的外观为依据，车身布置图的外形尺寸和彩色效果图的外观为依据，进行进行1:5油泥（或石膏）模型的雕塑。油泥（或石膏）模型的雕塑。1:5模型应定位安放在刻有坐标网格线（每格距离为模型应定位安放在刻有坐标网格线（每格距离为200mm的的1/5）的平台上，模型上也划分有相应的网格线。）的平台上，模型上也划分有相应的网格线。模型的外表各部（如前脸、尾灯、门把手等）应力求细致，模型的外表各部（如前脸、尾灯、门把手等）应力求细致，以便于观察其立体效果。以便

9、于观察其立体效果。在雕塑在雕塑1:5模型的过程中，出于审美实感的要求，有可能还模型的过程中，出于审美实感的要求，有可能还要对要对1:5车身布置图和彩色效果图作某些相应的非原则性的车身布置图和彩色效果图作某些相应的非原则性的补充和小的修改。补充和小的修改。以上三步实际上是相辅相成、反复交叉进行的。以上三步实际上是相辅相成、反复交叉进行的。雕塑雕塑1:5油泥模型油泥模型1:5油泥模型油泥模型传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计1. 绘制绘制1:1线型图线型图在初步设计的基础上进行在初步设计的基础上进行1:1线型图的绘制。线型图的绘制。从线型图可以大致观察汽车的外形轮廓。从

10、线型图可以大致观察汽车的外形轮廓。该步骤的目的在于发现和修正初步设计中小模型上所存在该步骤的目的在于发现和修正初步设计中小模型上所存在的问题。的问题。可以通过从各个角度面对竖置的线型图进行观测，检验放可以通过从各个角度面对竖置的线型图进行观测，检验放大后的效果，以便进行适当的修改，从而避免后续各步少大后的效果，以便进行适当的修改，从而避免后续各步少走弯路，避免不必要的返工。走弯路，避免不必要的返工。*目前均采用一定宽度的有色胶带，粘在画有网格线的聚酯目前均采用一定宽度的有色胶带，粘在画有网格线的聚酯薄膜上形成线型图，比之前的黑板图更醒目且更简便。薄膜上形成线型图，比之前的黑板图更醒目且更简便。

11、1:1线型图线型图传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计2. 雕塑雕塑1:1油泥模型油泥模型1:1油泥模型实际上是修改后的油泥模型实际上是修改后的1:5油泥模型的放大模型。油泥模型的放大模型。1:1油泥模型反映了未来新车的立体造型效果，模型上和平油泥模型反映了未来新车的立体造型效果，模型上和平台上也都刻画有相应的坐标网格（每格距离为台上也都刻画有相应的坐标网格（每格距离为200mm）。）。1:1油泥模型要求表面光整、曲线连续、能较准确地反映出油泥模型要求表面光整、曲线连续、能较准确地反映出车身各部分曲面的外形，以便从此模型上直接取得样板，车身各部分曲面的外形，以便从此模

12、型上直接取得样板，作为依据绘制主图板。作为依据绘制主图板。雕塑1:1油泥模型1:1油泥模型油泥模型传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计3. 制作制作1:1内部模型内部模型1:1内部模型一般均采用木制骨架，其内部覆饰和装备（如内部模型一般均采用木制骨架，其内部覆饰和装备（如仪表板、座椅和方向盘等）则尽量采用或借用实物。仪表板、座椅和方向盘等）则尽量采用或借用实物。该步骤的目的主要在于检验内部布置尺寸（考虑操纵方便该步骤的目的主要在于检验内部布置尺寸（考虑操纵方便性、乘坐舒适性以及上下车方便性和视野性等）及内部装性、乘坐舒适性以及上下车方便性和视野性等）及内部装饰效果。饰

13、效果。根据根据1:1油泥模型和内部模型，可以确定车身表面和车身的油泥模型和内部模型，可以确定车身表面和车身的结构、门窗位置以及钣金零件的分块等，这时就可着手转结构、门窗位置以及钣金零件的分块等，这时就可着手转入绘制主图板（入绘制主图板（master layout）的工作。）的工作。1:1车身内部模型车身内部模型传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计4. 绘制车身主图板绘制车身主图板在车身主图板上应反映：在车身主图板上应反映：1）车身上的主要轮廓线（包括一系列的截面曲线）。）车身上的主要轮廓线（包括一系列的截面曲线）。2）车身上各零件的装配关系。）车身上各零件的装配关系。

14、3）车身上各零件的结构截面。）车身上各零件的结构截面。4）可动件（如车门、发动机罩和行李舱盖等）运动轨迹的校）可动件（如车门、发动机罩和行李舱盖等）运动轨迹的校核。核。车身主图板车身主图板传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计4. 绘制车身主图板绘制车身主图板车身主图板是车身技术设计中最关键的一环。车身主图板是车身技术设计中最关键的一环。 由于车身具有大型复杂的空间曲面，必须用三维坐标来表由于车身具有大型复杂的空间曲面，必须用三维坐标来表示，为了确保尺寸精度和稳定性，过去往往按示，为了确保尺寸精度和稳定性，过去往往按1:1的比例绘的比例绘制在刻有坐标网格线的铝板上（利用

15、铝板不变形的特性来制在刻有坐标网格线的铝板上（利用铝板不变形的特性来保证主图板尺寸的稳定性，而铝板则固定于一木质平台上。保证主图板尺寸的稳定性，而铝板则固定于一木质平台上。因此因此“车身主图板车身主图板”一词可以理解为车身主要轮廓和结构的一词可以理解为车身主要轮廓和结构的图板。图板。传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计4. 绘制车身主图板绘制车身主图板后来随着新材料的不断涌现，普遍改用厚度为后来随着新材料的不断涌现，普遍改用厚度为0.15-0.18mm的聚酯薄（膜）片来绘制原的聚酯薄（膜）片来绘制原“车身主图板车身主图板”的内容，的内容，此后此后“车身主图板车身主图板

16、”这个专有名词有时也被称作这个专有名词有时也被称作“车身主图车身主图片片”。用聚酯薄膜取代铝板制作车身主图板，有一系列优点：耐用聚酯薄膜取代铝板制作车身主图板，有一系列优点：耐用、不变形、可利用化学感光法进行复制、不占用很大空用、不变形、可利用化学感光法进行复制、不占用很大空间、便于使用和保存等。间、便于使用和保存等。传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计4. 绘制车身主图板绘制车身主图板为了保证车身零件制造和装配的精度，要求坐标网格线的为了保证车身零件制造和装配的精度，要求坐标网格线的精度为精度为0.1mm，800mm见方的网格中两条对角线的误见方的网格中两条对角线的

17、误差不超过差不超过0.2mm，车身图的精度应保证为，车身图的精度应保证为0.25mm 。主图片上网格的零线可根据下述原则来选取：主图片上网格的零线可根据下述原则来选取：1）高度方向的零线）高度方向的零线一般取汽车满载时车架纵梁的上翼缘一般取汽车满载时车架纵梁的上翼缘面、地板平面或通过前轮中心的水平线作为零线。面、地板平面或通过前轮中心的水平线作为零线。2）宽度方向的零线）宽度方向的零线毫无例外地取汽车的纵向对称中心线毫无例外地取汽车的纵向对称中心线作为零线。作为零线。3）长度方向的零线）长度方向的零线通常均选取汽车前轮中心的垂线作为通常均选取汽车前轮中心的垂线作为零线。零线。传统的车身外形设计

18、过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计4. 绘制车身主图板绘制车身主图板为了减小图面面积，同时考虑便于投影，可将视图适当重为了减小图面面积，同时考虑便于投影，可将视图适当重叠，但应注意尽可能使线条疏密搭配，勿使其混淆不清，叠，但应注意尽可能使线条疏密搭配，勿使其混淆不清，以便于查找和修改。以便于查找和修改。考虑到投影的方便，前视图和后视图可采用第三象限的画考虑到投影的方便，前视图和后视图可采用第三象限的画法。法。出于制造冲模的需要，主图片上的轮廓线均以零件的内表出于制造冲模的需要，主图片上的轮廓线均以零件的内表面为依据（即与实物差一料厚）。面为依据（即与实物差一料厚）。传统的车身外形设计

19、过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计5. 绘制车身零件图绘制车身零件图车身上各个零件的边界条件可从主图片上获得，通过对零车身上各个零件的边界条件可从主图片上获得，通过对零件的具体结构设计所确定的截面形状，又可用来充实主图件的具体结构设计所确定的截面形状，又可用来充实主图片的内容。片的内容。在车身零件图上也必须绘出相应的坐标网格线，零件的尺在车身零件图上也必须绘出相应的坐标网格线，零件的尺寸基准可按标注方便选取任一坐标线或另作辅助基准线，寸基准可按标注方便选取任一坐标线或另作辅助基准线，标注曲线上各点的标距应按曲率变化的大小不同选用标注曲线上各点的标距应按曲率变化的大小不同选用5、10、

20、15、25、50、100等几种，另一坐标则为诸点至基准等几种，另一坐标则为诸点至基准线的距离，其准确度为线的距离，其准确度为0.25mm（即小数点以后尾数只允（即小数点以后尾数只允许采用许采用0.25、0.5、0.75三种）。三种）。传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计5. 绘制车身零件图绘制车身零件图为了与主图片取得一致，零件图上的尺寸应按零件的内表为了与主图片取得一致，零件图上的尺寸应按零件的内表面标注。面标注。在零件图上无法表达的复杂曲面，应在图上标注在零件图上无法表达的复杂曲面，应在图上标注“未注明未注明的零件表面尺寸按主模型量取的零件表面尺寸按主模型量取”。

21、在传统的车身设计工作中，绝大部分时间都在进行制图这在传统的车身设计工作中，绝大部分时间都在进行制图这种繁琐重复性的工作（由于车身覆盖件的装配关系是一环种繁琐重复性的工作（由于车身覆盖件的装配关系是一环扣一环，而车身图纸又都是按坐标进行尺寸标注，所以即扣一环，而车身图纸又都是按坐标进行尺寸标注，所以即使对车身局部外形或尺寸进行改动，也会发生连锁反应，使对车身局部外形或尺寸进行改动，也会发生连锁反应，牵一发而动全身，导致制图工作的大量返工。牵一发而动全身，导致制图工作的大量返工。典型的车身零件图典型的车身零件图传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计6. 样车试制与试验样车试

22、制与试验该步骤的目的主要在于通过实践检验车身外形和结构设计该步骤的目的主要在于通过实践检验车身外形和结构设计的合理性，考核其性能、强度和寿命，预先了解制造上的的合理性，考核其性能、强度和寿命，预先了解制造上的关键等。关键等。试制样品应尽可能与产品一致，但由于试制的数量少，在试制样品应尽可能与产品一致，但由于试制的数量少，在制造方法上可以和定型产品有所不同。制造方法上可以和定型产品有所不同。(例如车身上的钣金例如车身上的钣金件可利用简单的模具和胎具手工敲制，而大量生产大多利件可利用简单的模具和胎具手工敲制，而大量生产大多利用正规模具经冲压加工而成）。用正规模具经冲压加工而成）。由于车身结构和受载

23、工况的双重复杂性，计算机辅助工程由于车身结构和受载工况的双重复杂性，计算机辅助工程分析扔存在一定的局限性，车身结构设计还不能完全依靠分析扔存在一定的局限性，车身结构设计还不能完全依靠仿真计算来进行预测，因此，样车试制和试验工作是产品仿真计算来进行预测，因此，样车试制和试验工作是产品定型前很重要的一环。定型前很重要的一环。传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计7. 制造车身主模型制造车身主模型样车试制试验工作完成后，待产品正式定型后即可转入制样车试制试验工作完成后，待产品正式定型后即可转入制造车身主模型（造车身主模型（master model）。）。主模型是根据主图片、车

24、身零件图和样板等制造的主模型是根据主图片、车身零件图和样板等制造的1:1实体实体模型。模型。主模型是重要的设计资料之一，是制造冲模、胎具、装焊主模型是重要的设计资料之一，是制造冲模、胎具、装焊夹具、检验样架的主要依据，是大批量生产汽车车身时不夹具、检验样架的主要依据，是大批量生产汽车车身时不可缺少的依据。可缺少的依据。由于主模型的制造周期长、造价高，所以在定型前不宜急由于主模型的制造周期长、造价高，所以在定型前不宜急于制造主模型。于制造主模型。传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计7. 制造车身主模型制造车身主模型主模型应按车身覆盖件分块，其分块原则上应当与车身零主模型

25、应按车身覆盖件分块，其分块原则上应当与车身零件一致，并应考虑制造工艺的要求，如拉延深度、压床台件一致，并应考虑制造工艺的要求，如拉延深度、压床台面尺寸和板材规格等。面尺寸和板材规格等。为了便于制造冲模，主模型各块的外表面均是车身覆盖件为了便于制造冲模，主模型各块的外表面均是车身覆盖件的内表面。的内表面。主模型可以按车身覆盖件在汽车车身中的位置分为外主模主模型可以按车身覆盖件在汽车车身中的位置分为外主模型和内主模型两部分，分别表示车身外覆盖件和内部零件型和内主模型两部分，分别表示车身外覆盖件和内部零件的立体表面形状。的立体表面形状。外主模型的各块按一定的基准面拼装在其框架上，可构成外主模型的各块

26、按一定的基准面拼装在其框架上，可构成一个外形和汽车一模一样的外主模型。一个外形和汽车一模一样的外主模型。前翼子板主模型前翼子板主模型轿车外主模型的框架轿车外主模型的框架传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计7. 制造车身主模型制造车身主模型内主模型的结构型式和外主模型大致形同。内主模型的结构型式和外主模型大致形同。内主模型的特点是它大多与外主模型有配合关系或装配关内主模型的特点是它大多与外主模型有配合关系或装配关系。系。内主模型应尽量考虑组装，例如：轿车门框总成，可将前、内主模型应尽量考虑组装，例如：轿车门框总成，可将前、中、后立柱与上下边梁组装成一体；前、中、后地板与

27、前中、后立柱与上下边梁组装成一体；前、中、后地板与前围板、轮罩等也可设计组装成一体，以便直接协调验证。围板、轮罩等也可设计组装成一体，以便直接协调验证。轿车地板通道的主模型轿车地板通道的主模型发动机罩内板模型发动机罩内板模型 传统的车身外形设计过程传统的车身外形设计过程-技术设计技术设计7. 制造车身主模型制造车身主模型在汽车的整个投产过程中，主模型相当于在汽车的整个投产过程中，主模型相当于“米原器米原器”（保存（保存在法国巴黎的米尺标准模型）。在法国巴黎的米尺标准模型）。车身主模型的尺寸要求十分准确，须采用优质木材（楠木、车身主模型的尺寸要求十分准确，须采用优质木材（楠木、柚木、红松、核桃木

28、等）来制造，制造前必须将木材进行柚木、红松、核桃木等）来制造，制造前必须将木材进行干燥处理（湿度应控制在干燥处理（湿度应控制在6%-8%）。）。主模型应当存放在温度（主模型应当存放在温度（10-25）和相对湿度（）和相对湿度（25%-40%）的室内予以妥善保管。）的室内予以妥善保管。传统的车身设计方法传统的车身设计方法传统的车身设计方法：设计工作量大，设计传统的车身设计方法：设计工作量大，设计周期长。周期长。应尽量利用计算机代劳，把设计人员从繁琐应尽量利用计算机代劳，把设计人员从繁琐的重复劳动中解放出来。的重复劳动中解放出来。现代车身设计技术现代车身设计技术*具体来说包括：具体来说包括：车身设

29、计技术车身设计技术造型设计技术先进的设计理念等工程设计技术计算机辅助造型技术计算机辅助造型技术虚拟现实技术虚拟现实技术空气动力学模拟空气动力学模拟人机工程技术人机工程技术数字样机技术数字样机技术cae分析和验证技术分析和验证技术模块化设计技术模块化设计技术产品性能设计技术产品性能设计技术并并行行工工程程等等计算机辅助造型技术计算机辅助造型技术（ computer aided styling-cas ）又称为计算机辅助工业设计（computer aided industrial design）,简称caid。但是在汽车工业中，多称计算机辅助造型设计（cas）。计算机辅助造型是随着扫描技术和矢量化

30、技术的发展，在现代车身设计中得到应用的一门新兴的造型技术。 计算机辅助设计，工程分析和制造等技术早已在汽车开发，包括车身设计中得到广泛而普遍的应用。但在造型设计这一领域，九十年代初在汽车工业中还有争议。许多人仍然认为汽车造型设计是属于艺术创作的范畴，全靠造型师的灵感、艺术的想象力和创作意识，计算机几乎无能为力。但在计算机技术，尤其是图形图象技术的迅速发展，计算机辅助工业设计（或计算机辅助造型设计）得到了全面的应用。 计算机辅助造型技术计算机辅助造型技术 - 国外商用卡车驾驶室设计技术综述国外商用卡车驾驶室设计技术综述 cas设计区别于传统的仿形法设计，是将表达完整的造型胶带图由三维扫描仪直接输

31、入工作站中，经过矢量处理后得到原始的数据点，再运用cas系统进行实体造型，最后得到三维可加工的数字模型。某货车造型胶带图某货车造型胶带图 某轿车某轿车cas数字模型数字模型计算机辅助造型技术计算机辅助造型技术- 国外商用卡车驾驶室设计技术综述国外商用卡车驾驶室设计技术综述 根据内、外表面数据状况的不同，可以采用不同的cas软件进行制作。一般情况下，当外形表面相对简单时，可利用icem-surf软件进行制作；相反，alias软件更适合表达复杂表面的内饰数据，但精度较差，只适合进行模型加工。计算机辅助造型技术计算机辅助造型技术- 国外商用卡车驾驶室设计技术综述国外商用卡车驾驶室设计技术综述 相对于

32、传统的仿形法造型设计而言，cas技术具有如下特征和优点：可省略比例模型的制作环节，减小劳动强度，缩短造型周期；*对于一个完整的轿车车身，利用cas技术可以在20-30个工作日的时间内完成所有内、外饰表面和大部分细节的三维可加工数字模型的制作任务。摆脱了手工模型制作和三坐标测量造成的误差链的影响，提高了数据精度，为提高最终模型的制作精度奠定了良好的基础。cas阶段生成的内、外表面三维数据，可以为后序工程和工艺分析提供共享的数字模型，为并行工程的开展和深入提供了前期技术条件。计算机辅助造型技术计算机辅助造型技术 - 哈飞汽车制造有限公司哈飞汽车制造有限公司 采用cas有许多优点，主要有以下几点：（

33、1）首先，由于在计算机上进行造型设计本身就比制作实体模型快捷，特别是修改起来更加容易、方便，效率大大提高，使造型设计周期显著缩短。（2）其次，由于无需手工粘土模型，节省了费用。 （3）由于在计算机上建立起精确的三维模型，避免了从构思草图到粘土模型雕塑、模型测量到曲面拟合等各作业间的转换误差，提高质量。（4）由于上述建模快速而节省的特点，我们可以在更短的时间内尝试更多的造型方案；另外，因最大限度地发挥了计算机的功能，使造型师得以更集中精力于创造性的工作。（5）结构设计师、模具设计师可投入工作，反馈修改意见。 （6）制作仿真效果、动画等，用于审定及宣传。总而言之，采用计算机辅助造型设计，可以更好地

34、满足汽车产品开发的三大要求，即缩短开发周期、提高开发质量和降低开发费用。 计算机辅助造型技术计算机辅助造型技术 - 哈飞汽车制造有限公司哈飞汽车制造有限公司 各公司在应用计算机辅助造型设计技术时，采用了不同的计算机硬件，其中较多是迄今图形功能较强的sgi工作站，所采用的商用造型软件主要是alias等，哈飞公司就是应用该软件，它不但造型功能强大，而且与catia有无缝接口，使数据转换毫无问题。哈飞公司首例采用cas技术的是中意系列车型，与意大利pinnifarana公司合作，首先由造型师画出效果图，提供许多风格的效果图，供专家选择，效果图选定后，进入下一步，cas计算机模型制作，pinnifar

35、ana公司在cas完成后加工出1：1的模型，然后进行手工修改，最后定型后喷漆，安装玻璃、灯、轮胎、保险杠等附件，这时，该模型如真车一样，再进行审定，如满意，接下测绘建模，此时造型模型再不能修改，这叫造型冻结。计算机辅助造型设计技术，预期今后将沿着“虚拟现实”和“全息”技术这一纵深方向发展，在三维空间造型系统中应用三维数码笔在眼前假想实体上一边触摸一边修改模型。逆向工程技术逆向工程技术 - 哈飞汽车制造有限公司哈飞汽车制造有限公司 简单地说，就是从实体模型上采集表面数据，输入计算机后自动建立高质量的三维数学模型的技术，它可理解为仿造产品时进行测绘的一种现代的先进技术，当然它的应用远不限于此，多数

36、汽车制造厂或汽车设计公司的车型开发，仍然靠雕制黏土模型来造型，这自然离不开逆向工程技术。即使有些公司开始采用最先进的计算机辅助造型设计技术后，不再用人工雕制黏土模型，最后仍然毫不例外地要用数控铣床切出供校验和审批用的实体模型，而这一模型不可避免地有打光工序，或在审批过程中会要求局部的哪怕是细微的修改，都必须返回去修改数学模型，这就是逆向工程的新应用。哈飞公司在新车型的设计开发中采取第二种方法。 虚拟现实技术虚拟现实技术 （vr-virtual reality） 1989年，美国vpl research公司创始人jaron lanier提出了“virtual reality”（虚拟现实）的概念。

37、在这里，“reality”的含义是现实的世界，或现实的环境。所以，“virtual reality”（虚拟现实）的另一个名称是“virtual environment”（虚拟环境）。“virtual”说明，这个世界或环境是虚拟的，不是真实的。这个世界或环境是人工构造的，是存在于计算机内部的。用户应该能够“进入”这个虚拟的环境中。所谓“进入”这个虚拟的环境中，是指用户以自然的方式与这个环境交互（包括感知环境并干预环境），从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，身临其境的感觉。 虚拟现实技术虚拟现实技术 （vr-virtual reality） “virtual reality”（虚拟现实）或“v

38、irtual environment”（虚拟环境）是人工构造的，存在于计算机内部的环境。用户应该能够以自然的方式与这个环境交互（包括感知环境并干预环境），从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感，沉浸感，身临其境的感觉。虚拟环境(virtual environment，ve)系统或虚拟现实(virtual reality，vr)系统包括人类操作者、人机接口和计算机。 虚拟现实技术虚拟现实技术 （vr-virtual reality） 虚拟现实系统中的虚拟环境，可能有下列几种情况：第一种情况是模仿真实世界中的环境。例如，建筑物，武器系统，或战场环境。这种真实环境，可能是已经存在的，也可能是已经设计

39、好但还没有建成的。为了逼真地模仿真实世界中的环境，要求逼真地建立几何模型和物理模型。环境的动态应符合物理规律。这一类虚拟现实系统的功能，实际是系统仿真。 虚拟现实-1.avi第二种情况是人类主观构造的环境。例如，用于影视制作或电子游戏的三维动画。环境是虚构的，几何模型和物理模型就可以完全虚构。这时，系统的动画技术常用插值方法。虚拟现实-2.avi虚拟现实技术虚拟现实技术 （vr-virtual reality） 第三种情况是模仿真实世界中的人类不可见的环境。例如，分子的结构，空气中速度、温度、压力的分布等。这种真实环境，是客观存在的，但是人类的视觉和听觉不能感觉到。对于分子结构这类微观环境，进

40、行放大尺度的模仿，使人能看到。对于空气中速度这类不可见的物理量，可以用流线显示速度（流线方向表示速度方向，流线密度表示速度大小）。这一类虚拟现实系统的功能，实际是科学可视化。 虚拟现实-3.swf由此可见，虚拟现实技术可以用于系统仿真、科学可视化、三维动画等领域。虚拟现实技术虚拟现实技术 （vr-virtual reality） 虚拟现实技术目前是国际上各大汽车厂商及设计公司展示自身实力及进行辅助造型设计的一种手段，同时为方案评审提供了准确的依据（虚拟现实技术除应用在造型设计中，还在汽车设计及其他领域中有广泛应用）。虚拟现实技术是一种先进的计算机用户接口，它强调将用户和计算机视为一体，通过多媒

41、体的方法将信息进行可视化，展现在用户面前。用户通过专用的设备进入虚拟的环境中，以各种习惯的方式与计算机进行人机交互。 虚拟现实技术虚拟现实技术 （vr-virtual reality） 采用虚拟现实技术，设计师不再局限于固定的油泥模型，突破了传统的功能决定形式的束缚，而能充分发挥人的创造性，使得设计中渗入了更多实用性、更多艺术性和更多综合的因素。将车身的形式和功能在更高层次上实现有机结合和统一。 虚拟现实环境示例虚拟现实环境示例虚拟现实环境示例虚拟现实环境示例虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇汽车市场的竞争非常激烈，为了取得领导地位，各汽车制造厂商都在采用新技术来提高设计和生产效率。虚

42、拟现实技术因其可以大量减少物理模型的制作，加快设计的流程，提高设计质量，降低设计成本，在汽车设计领域的应用越来越广泛。 虚拟现实（vr）系统为操作者提供一个极具高临场感的交互式视景仿真和信息交流环境。它具有三个重要特征，即临场感、交互性和构想性。今天，vr技术的发展已经远远不局限于大家所熟悉的3d甚至4d电影所带来的逼真和刺激了。各个行业都在应用这种先进的技术，加快自身的发展甚至变革。虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇而在汽车设计领域中，vr技术应用于新产品的设计开发阶段，特别是在汽车制造领域，已经是国际著名汽车制造商普遍采用的技术。在激烈的市场竞争中，如何缩短汽车产品的设计开发周期、

43、提高产品质量，是每一个汽车制造商共同面对的问题。运用vr技术，可以建立3d 数字模型、通过立体投影及虚拟交互手段，使设计师在产品开发的早期，直观地观测、分析、研究数字产品。vr技术的应用为汽车制造带来的巨大收益已经被业内广泛认可。所有的主流汽车制造厂商如audi、honda、toyota、benz、chrysler、general motors、ford、porsche、bmw、volvo、volkswagen，都大量地采用了vr技术和方案，并取得了极大的效益。虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟现实系统的构成虚拟现实系统的构成 ：在汽车造型设计中，最常见的虚拟现实系统采用平面系统p

44、owerwall或称cadwall系统。它通常采用巨型平面幕（长度超过6米）、双通道或三通道背投影，以实现轿车的全尺寸仿真显示。当然，为了获得更高的分辨率和更大的尺寸还可以增加通道数量。 在计算机系统的配置上，早年多采用sgi的大型图形服务器，随着x86 base的cpu 技术、nvidia/ati 等gpu 图卡技术的发展，以集群技术为基础的解决方案迅速发展起来，并逐渐成为新一代图形系统的主流。 虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟现实系统的构成虚拟现实系统的构成 ：（续）当今的虚拟现实系统的计算机系统多由数台甚至数十台pc 图形工作站集群而成，可以根据具体需要，灵活地配置和升级每

45、一台计算机。 投影系统多采用背投，因为背投的光线不会被屏幕前的观察者遮挡，观察者可以非常接近屏幕，这在造型评审中是非常有利的。投影系统中的关键技术就是多通道之间的图像无缝融合。世界上几大投影机供应商都有相应的技术来解决这一难题。 虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟现实系统的构成虚拟现实系统的构成 ：（续）目前也出现了一种高亮度高分辨率的投影机，使用这种采用单通道的解决方案的投影机，避免了多通道的融合问题，也大大降低了投影系统的成本，但是受“太阳效应”亮度不均和形状畸变等先天不足，影响尚未大量普及。 立体显示技术的应用。众所周知，立体显示分为主动和被动两种方式，传统的这两种方式都有其

46、先天的弱点。主动立体，需要同步信号，厚重的眼镜，图像闪烁。被动立体，需要特制的屏幕，分离度不高有“鬼影”。如今最先进的立体显示技术为德国奔驰公司研发并享有专利的infitec谱分离立体成像技术。该技术与传统的偏振立体成像技术最大的区别在于它采用光谱分离的方法，实现左右眼立体像的高度分离，从而实现被动立体成像。 虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟现实系统的构成虚拟现实系统的构成 ：（续）交互系统，利用数据手套和三维鼠标等交互设备，就可以沉浸在虚拟的环境中实现对虚拟模型进行可视化、可控化甚至获得相应的触感。 软件系统。虚拟现实的软件有很多，但在汽车造型中主流软件有3个：optical、

47、rtt 和showcase。它们都是为汽车造型设计而制作的软件，有专为汽车设计的各种材质和特殊功能。global illumination 全局光照、实时ray tracing、实时阴影等技术是目前比较先进的光影算法，依靠强大的pc cluster硬件支持，它们得以实现，使虚拟展示的光影更加真实，使得在虚拟条件下的造型评审变得可行可信。虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟现实系统的构成虚拟现实系统的构成 ：（续） 如上这些总和起来就构成了一套完整的虚拟现实系统。有了这么强大的功能，很显然它可以在相当程度上替代物理模型。而这些还需要有一个保证，那就是快速的数字模型制作能力。只有具备了快

48、速的数字模型制作能力，使得虚拟仿真系统有模型可以展示，它才可以发挥作用。所以，现在的汽车造型设计中都有这样一个团队cas（computer aid styling计算机辅助造型），他们的职能是数字模型的制作和渲染，他们就是虚拟现实系统在造型设计中的应用者。 虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟仿真的高超之处虚拟仿真的高超之处 ：在造型设计的初期，在传统设计流程中，需要制作大量的小比例和1 1的油泥模型，进行造型方案的评选和改进。这些油泥模型将耗费大量的人力物力和时间。而有了虚拟现实技术，在方案设计阶段，cas依照设计师的效果图甚至是草图，快速地将二维图转变为三维数据，然后将三维数据输

49、入虚拟仿真系统进行非常逼真的模拟展示，从而替代了相当一部分前期1 5和1 1油泥模型的制作。而在造型设计的后期，运用虚拟仿真系统评审通过后的数字模型，采用cam技术运用五轴铣床加工出1 1的硬质模型（树脂材料），经过简单的手工加工就可以成为最终的造型冻结模型，其花费时间和成本只是油泥模型制作的几分之一甚至更少。虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟仿真的高超之处虚拟仿真的高超之处 ：（续） 在汽车的颜色和材料设计方面，通过虚拟现实软件提供的材质编辑和创建功能，可以轻易地为模型变换材质和颜色，为设计师和决策者提供了丰富多彩的选择，而不再需要大量样件和样板的制作。 其实，虚拟现实系统在造型

50、设计中的应用远不止这些。内饰、外饰每一个零件的造型更改，都可以通过数字模型的建立，用虚拟现实系统进行展示和评审，减少了大量样件和快速成型件的制作。 虚拟现实造汽车虚拟现实造汽车-王冠宇王冠宇虚拟仿真的高超之处虚拟仿真的高超之处 ：（续） 在汽车的工程设计中，虚拟样机是用来代替物理样机的一种计算机数字模型，在cad领域，虚拟样机通常又被称为数字化样机（dmu，digital mockup），即将数字化技术应用于产品的制造过程，通过数字化建模和信息处理来改进制造过程，提高产品质量，降低生产成本。 通过虚拟样机制作，可以实现碰撞和干涉检查、装配工艺规划、装配可视化和仿真校验，确定产品装配过程中最优的

51、装配、拆卸和重组顺序，校验和修改装配流程，进行装配可行性、可制造性、可维护性分析。创建、校验和仿真人体行为，分析工人和仿真环境中其它物体的关系，对特定制造环境中的多种人体行为方案进行比较、选择。在设计的前期就保证了设计的可实施性和经济性。虚拟样机的制作需要大量的计算，pc cluster使其海量的运算成为可能。通过powerwall系统，使虚拟装配可视化成为可能。各种交互式外设更使得各种分析变得方便和真实。如今的虚拟现实技术已经完全满足了虚拟样机制作的需求。 空气动力学模拟空气动力学模拟汽车空气动力学主要是运用流体力学的知识，研究汽车行驶时（即与空气产生相对运动时），汽车周围的空气流动情况和空

52、气对汽车的作用力（称为空气动力），以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。此外，空气对汽车的作用还表现在对汽车发动机的冷却，车厢里的通风换气，车身外表面的清洁，气流噪声，车身表面覆盖件的振动，甚至刮水器的性能等方面的影响。因此，汽车的空气动力学问题主要分内流和外流两种情况，整车的空气动力特性属于外流，空调系统、车室内流动等属于内流。 空气动力学模拟空气动力学模拟在近期新型汽车开发中提出的有关空气动力学问题，包括新车型气动性能预测和现生产产品性能分析等。如果采用传统的研究方式，即风洞试验，需要准备实车或模型，费用高、周期长，各种状态的三维流场的详细情况在试验中也很难观察到，使试验研究受

53、到很大的限制。采用cfd(computational fluid dyanmics)模拟计算， 不需要实车或模型 ，节省了大量试验经费，可在开发的前期进行预测，随时对设计方案进行修改，并可得到三维流场的详细信息，以供设计部门参考。空气动力学模拟空气动力学模拟空气动力学原理在车身造型设计中的应用，已经成为造型构思的重要依据。为了减小空气阻力系数，现代轿车的外形一般用圆滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线。前围与侧围，前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等处均采用圆滑过渡，发动机罩向前下方倾斜，车尾后箱盖短而高翘，后翼子板向后收缩，前风窗采用大曲面玻璃且与车顶圆滑过渡，前风窗与水平面的夹角不宜超过30o，

54、侧窗与车身相平，前后灯具、门把手嵌入车体内，去掉不必要的装饰，车身表面尽量光洁而平滑，车底用平整的盖板盖住，降低整车高度等，这些措施都有助于减小空气阻力系数。某某mpv在在fluent软件模拟下的三维流线图软件模拟下的三维流线图 空气动力学模拟空气动力学模拟过去空气动力学模拟在轿车造型中应用较多，强调轿车的流线形和完美的空气动力性，尽量减少空气阻力和空气升力，从而提高整车的经济性和操纵稳定性。目前，商用卡车的动力性得到了极大的提高，373kw(500hp)以上的超大吨位的重型牵引车在欧洲已经相当普遍，在我们国家也越来越多，如何改进驾驶室的流线型设计，降低车辆的风阻和油耗，提高车辆运行的经济性，

55、已经列入到了驾驶室的常规设计过程中。在车顶前部加装导流罩，在前保险杠上装设导风板，在侧围后部选装侧导流板，这些措施都能大大降低汽车的行驶阻力。空气动力学模拟空气动力学模拟奔驰公司的actros驾驶室，其外形的每一个部件都单独经过空气动力学模拟，驾驶室整体装配完成后，又经过多次风洞试验和设计修改，以求得到最完美的空气动力学外形。scania 的顶盖导流罩的高度是可调的，调节高度也是经过空气动力学计算的，调节高度（h）与后部车厢或挂车集装厢的高度（b）以及驾驶室与车厢或集装厢的前后间隙（a）有关。顶盖导流罩的空气动力学分析示意图顶盖导流罩的空气动力学分析示意图人机工程技术人机工程技术 人机工程学是

56、从20 世纪50 年代开始迅速发展起来的一门新兴的边缘学科，从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境相互关系和相互作用的规律，以优化人-机-环境系统的一门学科。人机工程技术在车身产品开发过程中的应用，主要体现在驾驶员和乘员在驾驶和乘坐状态下的舒适性、视野性、手伸及性、操纵方便性等方面。在美国，过去长途卡车司机一般都是人高马大，但是近年来，由于身材较矮小的妇女和拉美人当司机的越来越多，汽车制造商必须让驾驶室能适应不同身材的司机。为此美国的卡车工程师将人体工程技术应用到卡车设计与制造当中，他们利用逼真的虚拟 现实仿真系统，研究出能够让不同身高的司机均能获得操作方便，视野开阔的设计。这些根据人体工

57、程技术开发的创新设计（例如能够适应身材矮小、腿短或肚子大的司机的转向盘，可调式刹车，离合器和油门踏板等）最近已经用于正在生产的牵引车上。人机工程技术人机工程技术 目前三维人体模型在车身设计中的应用已经日趋成熟，并有一些商业应用软件进行辅助设计。*例如eai公司的jack 软件，根据1988 年美国军方人体测量调查结果（ansur 88）创建了精确的三维人体模型。利用该软件能进行姿势预测、舒适评价（porter，krist，grandjean，rebitte，dreyfuss 2d/3d 等评判标准）、手伸及性、空间适应性分析（test fit and accommodation）以及基于最新的

58、人体解剖学和生理学数据的生物力学（静态受力和疲劳强度）分析。*福特公司已将jack软件应用于其c3p（cad/cam/cae/pdm）项目中，进行人体工效分析，包括舒适性、可达范围、疲劳状态、视野范围，使其生产出的汽车更加符合人体的生理状况，更具竞争力。人机工程技术人机工程技术 *ramsis 软件是由德国汽车技术研究集团fat (forschungs gruppe automobil technik)及多家汽车公司(audi、bmw、ford、mercedes-benz、opel、porsche、vw)以及几个座椅生产厂家(keiper recaro、naue/johnson control

59、s)联合研制的。 ramsis 除了提供详尽的人体尺寸外，还特别注重于应用环境的建立。它可以测量、分析人体坐姿和运动情形，并能进行视野模拟、运动模拟等交互操作。自1995 年开始成为商业应用软件后，目前有50%多的汽车公司都在使用ramsis 进行设计和布置。*此外，用于人机功效分析的虚拟人软件还有：anthropos、bodybuilder、ergo、sammie 等。ramsis人体模型应用示例人体模型应用示例 数字样机技术数字样机技术 （dmu-digital mock-up） 数字样机技术 （dmu-digital mock-up）作为目前世界汽车行业产品开发的主流技术，在提高汽车产品

60、开发的速度与质量方面起着越来越重要的作用。dmu 技术从宏观上来说，是一套基于协同作业机制与理念的并行工程开发技术。在产品的设计阶段，就充分考虑产品的装配环节及其相关的各种因素的影响，在满足产品性能与功能的条件下，改变零部件装配结构来降低装配时的复杂性。从微观上来说，它是一套结合一系列专用模块，如浏览 (navigator) 、运动干涉分析 (kinematics)、空间漫游 (space analysis) 及拆装模拟 (fitting simulation)、结构优化 (structural optimization) 等分析工具的实用高新技术。采用数字化预装配技术（dpa-digital pre