23 汽车造型设计技术与方法

1、.：.；- PAGE 118 -2.3、汽车外型技术与方法2.3.1 汽车外型必需遵照的法那么(1) 汽车用户需求用户就是上帝不断是各行各业效力的目的。同时不同民族具有其独特的文化背景。英国人比较保守、复古，法国人浪漫、幽雅，德国人稳重、敬业，意大利人热情、奔放。中国人喜欢传统与创新的结合.因此不同国家的汽车品牌具有本人的特征。此外，汽车车身的开展阅历了几个时代的变化。从粗糙的“马车到火柴盒般的箱形汽车，再到很卡通的甲壳虫汽车，还有船型、鱼型、楔型，汽车的身体越来越美观，线条越来越代美。这就阐明汽车外型和汽车设计必需满足用户的需求和民族文化。(2) 法规需求为保证汽车的平安方式和适用，各国汽车

2、组织和政府公布相关法规规定汽车的设计强迫性规范、适用功能，确保汽车能满足各种情势下的需求。通常相关法规有汽车平安法规、汽车排放、汽车报废、质量认证和强迫性检验法规等。与外型有关的是视野,前后保险杠,灯具,牌照尺寸和碰撞平安性等(3) 技术提高过去(1990年前)，新型轿车从构思到试产普通要阅历四至五年，1995年后,尤其如今运用了计算机，仅需求二年或更少的时间。这就阐明了现代新技术的提高是汽车设计的有力支持和强劲的手段。CAD/CAE/CAM/PDM软件的出现和运用使汽车的外型和设计进入一个新的历史时期。汽车设计手段不仅更加快捷和方便，也使原来不能够的设计方法成为能够。虚拟现实的设计技术模拟汽

3、车的视觉效果以及汽车的支配环境，大大降低了汽车设计过程中试制的费用，同时提高了汽车的设计质量和程度。CAD曲面光顺软件使汽车曲面质量有了质的提高,到达了A级曲面程度.由于技术提高,外型设计可以经过数字化曲面构造,然后数控加工模型,在数控模型上少量修正便定型是未来汽车开发的主要方式,由于可以大大缩短开发时间,和提高开发质量.2.3.2 汽车外型设计方法与步骤(1) 外型设计内容与流程外型设计的主要任务内容如表2.3.1所示表2.3.1 外型设计的主要任务内容与步逐No.外部外型设计任务No.内部外型设计任务1外型设计资料搜集1外型设计资料搜集2产品分析报告外型设计义务书2产品分析报告外型设计义务

4、书3A评审3A评审4外部构思草图4内部构思草图5B评审5B评审6设计效果图6设计效果图7C评审7C评审8小比例胶带图及模型制造(或数字化构造外型面)8全尺寸胶带图9D评审9全尺寸内饰油泥模型制造(或数字化构造外型面)10模型数字化定义(扫面与光顺)10内饰模型装饰设计11全尺寸胶带图11D评审模型冻结12全尺寸油泥模型(或数字化构造外型面)12模型丈量13模型装饰设计13内模型数字化定义14E评审14E评审外型冻结151:1模型丈量扫面15外型硬点文件发布16外模型数字化定义17F评审外型冻结18外型硬点文件发布 轿车的车身外型设计是整个设计任务最重要的内容，作为现代化的大批量流水消费的产品，

5、汽车设计的内容要求更严密，要经过一步步可靠的技术验证，否那么设计中的错误或缺陷将会在批量消费中呵斥严重的后果。传统的汽车外型设计和现代先进的外型都根本采用以下的步骤进展设计, 如图2.3.1所示。T11: 草图 T12: 评审 T130 :效果图预备T13: 效果图 T14: 评审 T15: 油泥模型 T150 : 油泥模型预备 IM11: 输入产品义务书，恳求概念设计OM1: 输出草图设计结果OM12: 输出评审后的选用结果OM13: 输出效果图结果OM14: 输出评审结果OM15: 输出油泥模型结果T11IM11T12OM11T130OM12T13OM13T14T150OM15OM14T1

6、5图2.3.1 汽车外型并行设计流程图 由于技术的开展,如今的设计,曾经越来越依赖计算机二维三维设计软件,甚至有些设计手工模型都不作了,直接三维计算机曲面外型后, 数控加工油泥或可加工塑料内外模型, 然后在此模型上部分修正时采用油泥部分修正. 有些设计只完成1:5油泥模型,丈量光顺后数控加工1:1塑料主模型. 地板和发动机舱模型也可以用三维总体装配来免掉. 但有时传统的方法也不同程度的运用,甚至与先进方法并行运用, 在一段时间里, 传统的外型设计方法及先进与传统混合的方法也将会在不同工程中有所运用.部分改型设计最好在原车根底上作油泥模型(省时省力并保管不改部分特征),但测得的外型面和边境要与不

7、变的面和特征整体光顺和边境分割.以便保证二阶延续.(2) 搜集资料信息构成外型设计概念任何新型轿车的构思，都是建立在旧款车或者其它车辆的根底上自创、承继和改良而构成的，这里面包括消费者对汽车的意见和期望。每年在世界各地举行的汽车展览会、市场的信息反响，都是设计开发部门资料信息来源的“源泉。新型车的开发必需经过广泛的调查，聚集各地不同人群对汽车的需求信息，才着手进展图纸设计。 “信息反响是厂家开发新产品的根据。(3) 获得外型设计的根本硬点-控制线图汽车的长、宽、高、轴距是影响乘坐空间的四要素，但这只是根底，要在尺寸不大的车身上设计出空间富余的座舱，还必需精心设计车厢轮廓。这就是所谓的“利用率问

8、题，而它又与全车的整体规划息息相关。并且要保证设计的人机工程学要求.经过总布置可以获得外型设计的根据和基准,将这些外型硬点,基准和根据绘制成控制线表达成几个主要视图称为控制线图.外型油泥模型或经过三维软件直接生成外型面时必需满足控制线图,外型效果图完成后根据效果图制造的胶带图也必需符合控制线图要求.a 汽车外型与总布置的关系汽车布置是指如何安排一部汽车的各个组成部分在整车中所处的相对位置，即全车的总体布置。布置方案普通是由总工程师决议的，但对于车身外型设计师，很好地了解甚至具备确定总体布置的才干也非常重要，这是由于与其他工业产品相比，汽车构造的复杂多变性要大得多。汽车的内部构造复杂，运用功能的

9、要求很严厉如乘员/载货的空间、人体工程学的要求等，这些构成了很多在外型设计过程中必需遵照的条件。因此，汽车外型设计师必需具备很明晰明确的布置观念，才干设计出具有优秀功能性的汽车外型。 普通与外型设计有关的汽车的布置设计内容包括发动机、传动系统、座舱、行李舱等。同时也要思索人体模型和人机工程学布置, 一个优秀的布置方案应该在使各部件任务良好的根底上满足应有的运用功能如载人、运货、越野等。总布置硬点绘制控制线图用于指点外型设计, 总布置为外型提供如下设计硬点: b 获得外型硬点与控制线图提供总布置设计发动机舱布置最小上控制边境控制线和控制面及面夹角,作为外型效果图设计及油泥模型设计的硬点和根底.面

10、夹角主要思索总布置的视野目的,即前玻璃下边缘高度与人体位置的关系保证视野要求.提供整车设计主要尺寸参数(轴距,轮距,总长,总宽,总高,裙边最小离地间隙,前悬,后悬等)驾驶舱人机工程布置,按照前后座位头廓包络体加上30150mm间隙而获得的驾驶舱最小包络体为外型设计提供设计硬点.确定行李箱布置边境面,方法是以满足外型设计为主,兼顾货箱布置,普通货箱上平面高出侧窗边线10120mm(小车稍高一些,外型美观些).顶盖宽度与整车宽度的关系确实定可作为外型的设计硬点,高级轿车(C级轿车)总宽为18001900mm,总长46006000(大多数在5000附近), 总高14301600mm(跑车普通为110

11、01250mm),顶盖(不包括侧围上边梁宽5070mm)最小宽度普通为10001200mm,车门侧弧度弧高约为230300mm; 中级轿车(B级轿车)总宽为16801798mm,总长42004600mm, 总高14001450mm,顶盖(不包括侧围上边梁宽4060mm)最小宽度普通为9001100mm,车门侧弧度弧高约为180250mm. 微型轿车(A级轿车)总宽为15001660mm,总长32004200mm,总高01420mm,顶盖(不包括侧围上边梁宽4060mm)最小宽度普通为8001100mm,车门侧弧度弧高约为150220mm. 面包车总宽为15001800mm,总长35005500

12、mm,总高16001900mm,顶盖(不包括侧围上边梁宽5070mm)最小宽度(在长度中间处或顶盖最高处)普通为10001300mm,车门侧弧度弧高约为60150mm.普通由于顶盖有弧度在顶盖前后风挡处顶盖属最宽区域,普通宽出3060mm,即高级轿车顶最宽处约为10301260mm.前玻璃夹角,普通轿车前玻璃与程度夹角为4050度,面包车和箱式车为5070度,客车6085度左右.后玻璃与程度夹角为: 普通轿车后玻璃与程度夹角为3045度(个别大轿车为5570度),面包车和箱式车为7085度,客车8588度左右.裙边离地面间隔 普通为150300mm(跑车低一些100150mm,面包车高一些25

13、0350mm,轿车普通160220mm)后行李箱盖侧向弧高普通为2040mm,平均约2530mm.前发动机舱外板侧向弧高为3060mm,平均约3540mm.后行李箱盖前后高度落差约为2040mm,平均约为2530mm,有些车甚至为负或很大.c 对于部分改型车设计的设计硬点与控制线图不改动的区域和曲面及其曲面光顺过渡面或线可成为外型设计准确硬点及控制线图,由于这些设计硬点是准确设计硬点,因此可以作为如下所述的外型设计的特征描画的胶带图.并可直接用于指点油泥或数控模型制造.在准确设计硬点根底上的新增设计特征的外型设计.4外型构思草图汽车外型的设计也要有效果图，将设计师对新车外形的构思反映在图画上，

14、这里面的内容有整车的外形，特征,颜色，资料质感及反光效果等，作为开发人员表述外型的构思和初步选型的参考。可用手绘或计算机手绘笔绘制.(5) 外型彩色效果图 a 外型效果图的设计方法一-按照轴侧图设计法:效果图由具有工业外型技术才干的开发人员完成，采用水彩、MARK笔、彩铅或者素描等方式绘制。也可以用计算机来完效果果图. 效果图分为车身外型效果图和车身内饰效果图两种，车身外型效果图要表现出车型前面、侧面和后面三者的关系，普通有前后轴侧图,正前,正后,正侧图共5张图.同时也要表现出车门拉手，倒后镜、刮水臂、车牌位置等构造细节和特征。车身内饰的效果图主要表现出仪表板、中控台、门护板、座椅及相互之间的

15、空间位置。由于车厢内部难以用一面图表达清楚，所以有些效果图是针对某些位置而单独绘制的。效果图普通有多种方案供选择，换句话讲要有许多幅效果图供选择(普通5套方案)，边修正边完善。绘制内外外型多种方案，彩色效果图绘制轴侧图,用二维软件PHOTOSHOP等做外型时，要留意的问题是, 假设轴侧不对的话，作的效果图，看起来图很美丽，但做出来的模型却是两个，面目全非。模型做出来拍的照片，不论从哪个角度看，和画的效果图都不一致。呵斥画的效果图不能驱动模型制造，这种效果图就没有意义。所以效果图原意就是说，要作轴侧图，但是也可以作其它几个方向的视图，比如说各个方向的角度，他可以看它的效果，但必需思索轴侧的尺寸比

16、例关系，不能失真，由于不同角度看东西的比例是不一样的. 越来越多的采用三维外型软件如ALIAS, 3DMAX, UG/AUTOSTUDIO等软件,可以旋转和定量尺寸关系.外型效果设计就是做彩色效果图，效果图的轴方向X轴、Y轴、 Z 轴必需按画法几何的轴侧方向，先把坐标轴选了，选了以后再把总体设计确定的总长总宽总高等用方框定下来，就是长方体，方框定了以后，就是定了根本控制尺寸，宽度、总长、总高，然后在这根底上去外型，根本按投影方向做了，这有什么益处呢？当作模型时, 就可以近似的量尺寸了，比如在轴二侧图，两个方向上是1：1的，1个方向是1:2的。用尺量图上尺寸，再乘以2，在模型上做了，所以他整个尺

17、寸比例将都是对的，在按轴侧方向做效果图，这是在做效果图设计时的一个规范。要确定轴侧方向，主要是为了指点模型的制造，做出的结果会一致。 b外型效果图设计方法二-恣意轴线方向法当然,假设确定外型效果图的轴线方向比较困难时,也可以不按照轴侧方向. 可以按照各个方向恣意比例法, 但三个轴方向要单独的量尺寸算在图中各自轴车长与图形长度的比例关系(百分比),当汽车处于恣意投影和入射角时,图形在每个方向上都有不同而且恣意的比例关系, 只需知道各个方向比例关系,就可以将设计特征在每个轴方向进展换算,来获得特征在每个轴方向的三维坐标或尺寸, 以便经过效果图便能获得胶带图,经过胶带图又可获得油泥模型,而且油泥模型

18、完全可以反映效果图的信息.在作模型时将比例乘以模型在各自方向的最大尺寸,这种情况多数是在某一车的图片根底上进展绘制效果图,而必需知道参考车的长宽高尺寸,而被设计的车型尺寸必需接近该参考车尺寸,这样才干保证设计的效果图尺寸与他要设计的车型尺寸信息一致性,才有价值.当然,也可用三维软件设计一个长宽高与要设计的车型一样的长方体,然后转到一个恣意位置投影成平面图片,然后在平面图中量出三个轴方向的图片长宽高,除以长方体实践长宽高而得到比例分别为Rx,Ry,Rz.然后绘制效果图和外型特征,制造胶带图或模型时,在效果图上直接量出特征位置坐标到基准坐标的间隔 或特征长度乘以相应轴的比例,便获得在模型上的坐标或

19、尺寸.当在某一现有车型根底上改良设计时,最好采用该方法,由于原车拍照不能够使入射角非常正确,可以采用该恣意轴侧方向方法.在设计正侧正前正后视图时也必需采用如上两种方法得到每个视图的特征信息的一致性.6胶带图当外型效果图设计确定后, 按照投影关系和画法几何方法,就可将外型的轮廓曲线或特征放大至1:1或用1:5等缩比尺寸，用胶带图的方式表现出来。所谓胶带图是指用不同宽度和不同颜色的胶带在标有坐标网络的白色图纸或图板上，粘贴上模型轮廓和特征的曲线和线条，将汽车整个轮廓、与外型有关的布置尺寸都可以显示出来。胶带可以随时粘贴或撕下，因此胶带图也可以随时修正，非常方便。设计人员根据胶带图进展修正和调整后，

20、轿车的轮廓曲线曾经根本确立。控制线图是指点模型粗制造的根底,而胶带图是指点模型准确制造的根底,胶带图必需符合控制线图和外型效果图,要反映一切外型效果图真实特征信息.7油泥模型制造或数字化构造模型-三维数字化过程a 手工缩比模型制造从“纸上谈兵到实物实体的第一步，就是将设计构思实物化，将纸面的东西用形体表现出来，让设计人员进展更细致和详细的讨论。第一步就是选择确定几幅效果图，依图做减少比例的汽车油泥模型或石膏模型，比例为3:8美、英等英制国或者1:3、1:5等。小比例模型的益处就是可以反复修正，本钱低廉，假设一开场就做全尺寸模型，并在大模型上反复修正，就会耗费大量的时间和人力。由于现代轿车消费的

21、规模化，任何设计上的错误都会导致宏大的损失和浪费，因此设计师在减少比例车模上进展研制是必不可少的一个环节任务。但随着技术的开展, 手工模型作的越来越少,取而代之的是数控加工可加工塑料模型.尤其在小模型根底上光顺后数控加工1:1模型进展决策层评审和在此根底上少量的部分更改设计.普通效果图给客户或决策层后，要经过几轮确认，从多种方案里选择几种方案，选择几种方案后再提出修正方案，或者把几种优点放一同，再搞几种合并方案，合并方案后再去修正设计，最后确定。确定以后，根据评选的几种效果图，要做1：4或1：5的外模型，然后再做1：1的外模型。作完1：4 或1：5的外模型，然后要评审，做模型的资料可用木头或金

22、属，把车轮也装上去，做木头车轮或买橡胶车轮装上去，然后都仿真成象真的一样。里面到外面放2030mm的面资料余量。，比如油泥资料，油泥可修来修去，但外面不能太厚，厚要变形的，容易掉而且价钱贵，油泥放在烤箱中, 普通控制在4555度温度保温2个小时后运用, 硬了还可以加热重用. 温度太高容易改动资料物理性能. 木头很廉价，油泥很贵，国产油泥也约2万元一立方，进口的还要贵几倍，然后可在上面修，按效果图来修，修好以后再贴一些薄模，贴一些分界限做装饰，看起来就象一辆真车，包括后风窗和倒车镜，都做出来装上去，让它尽能够真实。b 全尺寸油泥模型全尺寸是指1:1比例，全尺寸油泥模型就是指与真车尺寸一样，模型的

23、轮廓曲线和尺寸都是按照严厉的要求制造出来，设计人员可以对车身外表的细节部分进展比较和修正，设计的检验已进入“模拟作战阶段。全尺寸油泥模型分为外部模型和内部模型，是车身外型设计中最关键的阶段，要求以极其仔细的细致的态度去任务，任何一项细部的外型都不能马虎，由于这个全尺寸油泥模型是今后正式产品的根据。全尺寸油泥模型是高仿真产物，例如车轮普通会用上真轮胎和真车圈，由于车轮对整个车型有非常重要的影响。车身附件，大灯小灯、刷水臂都会安顿在各自的位置上(或用贴膜)，有些模型外表还喷涂油漆，与真车类似。因此，车厂对新产品的检测，也就从全尺寸油泥模型正式开场。设计人员对车身模型的空气动力形状进展研讨和分析，以

24、获得对整个车身空气动力性能进展最优化的设计。手工模型作的越来越少, 取而代之的是CAD/CAM一体化数控加工可加工塑料模型. 然后在此根底上采用油泥进展模型修正. (8) 数控加工模型a数控内外模型在缩比模型确定后,可以手工制造1:1油泥模型,普通建议数控加工1：1模型或数控缩比模型，普通指外模型，内模型不太好加工，由于仪表板模型很难加工。外模型就是外形外型。1：1数控模型普通都用木头骨架或型钢、角铁焊成一个骨架，外面贴上木材或胶合板等，或在此根底上再加上部分高密度泡沫,外面再粘上3050mm厚的可加工塑料，类似如面粉一样可以做成面团粘粘在模型外表上过几个小时变硬了后，就可加工. 当然也可以用

25、一种高密度的泡沫塑料。可加工塑料加上以后，轮胎用真实的轮胎装上去，对于1：1的模型, 要把选中的真实轮胎装上去。由于真实轮胎装上去以后可以推来推去，真实的轮胎装上去主要是为了看效果，普通要做一个金属骨架或木头骨架，要装一个车轴和轴承. 精度要求不高，能把车轮中心定位，能转动就行，数控加工以后，外表还要贴一些薄膜或者光滑处置，可以喷漆，看看1：1的模型和真的车是不是一样，假设做出来的效果和真车一样，假设断策人提出修正意见就统统提出来，然后直接在模型上改，改完后再喷上漆，然后再请指点看，并征求指点意见，指点说OK，就冻结模型, 进展三维丈量，再对CAD数模进展光顺。 这里有几种做法，就是有几种做的

26、途径：未来的世界，也就是五年, 十年，二十年能看得到的，未来的趋势是手工模型将渐渐被取代掉，由于可节约时间，节约本钱。在外型效果图时，用大型软件，象AUTOSTUDIO和ALIAS等软件做效果图以后，把ALIAS中的一些控制线，控制面取出来，取出后再转到三维CAD软件中，在CAD里做面的光顺，再用大型五轴铣，直接铣出塑料1:5或1：1模型给指点或决策人看效果，假设不称心，再在上面改，当然还有好多技术，比如虚拟设计。如美国通用公司有一个大的虚拟设计室，就是为方案评审用的，做几十种外型效果图，由指点来给评审方案，在1：1环境 ，戴上头灰立体虚拟环境，看看效果如何，转动转动，他觉得OK，就用这种方案

27、，然后再铣一个1：1的模型，再看实物，这个趋势是不能够逆转的，手工制造模型的趋势被取消掉不可逆转，但到目前为止还没摆脱手工模型制造，但1:1手工模型作得越来越少，大多数1：1的手工模型停掉了，不做了，只做到1：4或1：5的模型，模型做出来，然后就到三坐标仪上去丈量，实践同济同捷开发的几个车型也是手工仅仅做到1：5模型，1：1 模型在数控根底上手工完善。细微特征必需到数控加工模型上去改。在先前外型从艺术角度上去刮行。由于要花23个月时间去做1：1 手工模型，这样太化费时间。1：1手工模型用数控模型油泥部分改就省时间了。目前全世界一切设计公司及汽车厂都在采用以上的方法。 数控铣的面的质量可以保证。

28、面也平整，但是手工做可以把细微特征做得细，数据能测得出，数据做得细，所以CAD技术未来的开展趋势，它的目的是尽能够地减少手工制造的时间，缩短开发周期，但无任如何目前全球在手工做模型，或者部分做，或者全部做模型，开发进度周期看低于22个月很难做下来，如今在紧缩开发周期。1：1外模型手工模型全部特征外形都要做出来，1：1的数控加工模型用来看样请指点或决策人最后决议，假设有条件的话，可以做一下风洞实验，没条件可以做一下流体计算，计算一下哪一类外表压强大，哪一面压强不合理，玻璃会不会碎。由空气阻力计算出空气阻力系数，做一些流体计算，有些玻璃夹角和外型可以修正。 b 已被三维数模替代的传统的发动机舱与地

29、板模型 1：1内饰模型的制造, 有时也需求制造1：1发动机舱模型, 但目前多用三维CAD模型替代. 此模型的主要目的是:1：1发动机舱模型布置设计与模型制造发动机舱焊接总成发动机系统布置方案设计悬架系统布置方案设计 有时也需求制造1:1地板模型及地板的反模型也就是地板下边，地板的正反模型可以做一个，反模型也可正过来作, 把零件摆在上边，也可以架空做一个，东西可以挂上去，比如说要装配油箱，什么东西都可以摆上去。那么反模型要思索到下边，当然也可以正反一同做，纵粱也可以按尺寸做，横粱位置可以按实践尺寸做，反模型也就是底盘的零部件要装上去，把真实的油箱拿来装上去，排气管，还有别的零件，桥、悬梁，拿来装

30、上去，检查一下正确的位置。然后把这个测绘下来，成为图纸，再成为产品。也就是说他是反做出来的，不是正向设计来的，做出来样品后，把样品反丈量，做成三维数摸，再做模具，做二维图纸，这称为逆向工程，在外型设计方面目前不同程度摆脱不了逆向设计方法. 但最终逆向工程方法会越来用的越少. 曾经被实际检验一遍了，这样做没有任何风险，当然很多任务可以用三维CAD模型替代. 但作为补充检验也有用. 资料都是用木板来做的，用木板做好后，油箱都用螺栓固定上去，固定方式和未来的批量消费方式一样.如今几乎百分百运用三维设计软件准确装配数模替代传统的发动机舱及地板模型.(9) 丈量与曲面光顺-数字化模型做好以后，在1：5或1:1模型上就用三坐标仪丈量，丈量以后，曲面光顺， 曲面光顺以后，转到UGII里,PROE或CATIA等三维CAD软件里做曲面和构造，用Surface做反求软件，外外表一定采用逆向软件整体光顺,再把面转到UG里，再做CAD构造设计和光顺，用CAD光顺以后，再去驱动数控机床，来加工1：1或1：5缩比模型。也可进展构造设计，都