现代汽车造型设计

现代汽车造型设计造型设计的主要工作内容如表2.4.1所示表2.4.1造型设计的主要工作内容No.外部造型工作No.内部造型工作1造型设计资料收集1造型设计资料收集2产品分析报告造型设计任务书2产品分析报告造型设计任务书3A评审3A评审4外部构思草图4内部构思草图5B评审5C评审6设计效果图6设计效果图7C评审7D评审8小比例模型制作8全尺寸胶带图9D评审9全尺寸内饰模型制作10模型数字化定义10内饰模型装饰设计11全尺寸胶带图11E评审模型冻结12全尺寸模型塑造12模型测量13模型装饰设计13内模型数字化定义14E评审14F评审模型冻结15模型测量15造型文件发布16外模型数字化定义17F评审模型冻结18造型文件发布轿车的车身造型设计是整个设计工作最重要的内容，作为现代化的大批量流水生产的产品，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，否则设计中的错误或缺陷将会在批量生产中造成严重的后果。传统

的汽车造型设计和先进的造型都基本采用以下的步骤进行设计，如图2.4.1所示。<POM11_= 11<POM11_= 11”mgO0M1313M14叫5T11:草图 T12:评审T130:效果图准备T13:效果图 T14:评审T15:油泥模型T150:油泥模型准备IM11:输入产品任务书，请求概念设计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OM:输出油泥模型结果15图2.4.1汽车造型并行设计流程图由于技术的发展，现在的设计，已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，直接三维计算机造型后，数控加工可加工塑料内外模型,然后在此模型上局部修改时采用油泥局部修改.有些设计只完成1:5油泥模型，测量光顺后数控加工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应用,甚至与先进方法并行使用，在一段时间里，传统的造型设计方法及先进与传统混合的方法也将会在不同项目中有所应用.（a） 收集资料信息形成造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基础上借鉴、继承和改进而形成的，这里面包括消费者对汽车的意见和期望。每年在世界各地举办的汽车展览会、市场的信息反馈，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，汇集各地不同人群对汽车的需求信息，才着手进行图纸设计。“信息反馈”是厂家开发新产品的依据。（b） 造型构思效果图汽车造型的设计也要有效果图，将设计师对新车形状的构思反映在图画上，这里面的内容有整车的形状，色彩，材料质感及反光效果等，作为开发人员表述造型的构思和初步选型的参考。效果图由具有工业造型技术能力的开发人员完成，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成效果图.效果图分为车身造型效果图和车身内饰效果图两种，车身造型效果图要表现出车型前面、侧面和后面三者的关系，同时也要表现出车门拉手，倒后镜、刮水臂、车牌位置等结构细节。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。效果图是“纸上谈兵”的操作，可以有多种方案供选择，换句话讲要有许多幅效果图供选择，边修改边完善。绘制内外造型各儿十种方案，彩色效果图绘制（轴侧图），用二维软件PHOTOSHOP等做造型时，要注意的问题是，如果轴侧不对的话，作的效果图，看起来图很漂亮，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。造成画的效果图不能驱动模型制作，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，但是也可以作其它儿个方向的视图，比如说各个方向的角度，你可以看它的效果，但必须考虑轴侧的尺寸比例关系，不能失真，因为不同角度看东西的比例是不一样的.越来越多的采用三维造型软件如ALIAS,3DMAX,UG/AUTOSTUDIO等软件.造型效果就是做彩色效果图，效果图的轴方向X轴、Y轴、Z轴必须按画法儿何的轴侧方向，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，就是定了基本控制尺寸，宽度、总长、总高，然后在这基础上去造型，基本按投影方向做了，这有什么好处呢？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，所以你整个尺寸比例将都是对的，在按轴侧方向做效果图，这是我们在做效果图设计时的一个规范。要确定轴侧方向，主要是为了指导模型的制作，做出的结果会一致。比如说做效果图，你可以计算机做，也可以彩绘，然后做1：5模型，就是按这个特征在1：5模型上修，模型工就是按这张图来修，这个过程目前还免不了或不能全免.（c）胶带图当造型效果图设计确定后，或缩小比例车模的形状确定后，就可将造型的轮廓曲线放大至1:1或用1:3，用胶带图的形式表现出来。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板上，粘贴上模型轮廓的曲线和线条，将汽车整个轮廓、布置尺寸、发动机位置、车架布置及人体样板都可以显示出来。胶带可以随时粘贴或撕下，因此胶带图也可以随时修改，十分方便。设计人员根据胶带图进行修改和调整后，轿车的轮廓曲线已经基本确立。（d）模型制作从“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，让设计人员进行更细致和具体的探讨。第一步就是选择确定儿幅效果图，依图做缩小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1:10、1:5等。小比例模型的好处就是可以反复修改，成本低廉，如果一开始就做全尺寸模型，并在大模型上反复修改，就会消耗大量的时间和人力。由于现代轿车生产的规模化，任何设计上的错误都会导致巨大的损失和浪费，因此设计师在缩小比例车模上进行研制是必不可少的一个环节工作。但随着技术的发展,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.一般效果图给客户后，客户要经过儿轮确认，从儿十种方案里选择几种方案，选择几种方案后你再提出修改合并方案，或者把几种优点放一起，再搞几种合并方案，合并方案后再去选择评选，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，然后都要评审，做内模型的材料可用木头或金属，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20〜30mm的余量。，比如油泥材料，油泥可修来修去，但外面不能太厚，它要变形的，它容易掉而且价格贵，木头很便宜，油泥很贵，国产油泥也要2万多元钱一立方，进口的还要贵儿倍，模型骨架可用木头的，然后你可在上面修，按效果图来修，修好以后再贴一些薄模，贴一些分界线做装饰，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，让它尽可能真实。最后1：1模型定了以后，一般建议数控加工1：1模型，一般指外模型，内模型不太好加工，因为仪表板模型很难加工。外模型就是外形造型。1：1模型一般都用木头骨架或型钢、角铁焊成一个骨架，外头贴上木头层，胶合板等等，外头再贴上30〜50mm厚的可加工塑料，类似如泡沫材料的可加工材料，一种高密度的泡沫塑料，因为可加工塑料很贵，二十几万元每立方，一般加工塑料都用薄一点，里头用木头骨架。可加工塑料加上以后，轮胎用真实的轮胎装上去，因为1：1的，要把选中的真实轮胎装上去。因为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，一般要做一个金属骨架或木头骨架，要装一个车轴，精度要求不高，不装轴承，能把车轮中心定位，能转动就行，然后对外表面进行精修，因为数控加工以后，表面还要打光，表面还要贴一些薄膜或者光滑处理，可以喷漆，也可以改，然后领导评审，看看1：1的模型和真的车是不是一样，如果做出来的效果和真车一样，如果领导说某一根线型不对，能否改一下，让领导把意见统统提出来，然后直接在模型上改，改完后再喷上漆，然后再叫领导看，并征求领导意见，领导说行，就冻结模型,进行三维测量，再对CAD数模进行修改。这里有几种做法，就是说有几种做的途径：未来的世界，也就是十年，二十年能看得到的，未来的趋势我们的手工模型将慢慢被取代掉，把手工外模型这一过程去掉，因为节约时间，节约成本。在造型效果图时，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UGII里去，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模型给领导看，结果不满意，再在上面改，当然在这之间还有好多，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，做几十种造型效果图，由领导来给评审方案，1：1环境，戴上头灰立体环境，看看效果如何，转动转动，你觉得OK，就用这种方案，然后再铣一个1：1的模型，再看实物，这个趋势是不可能逆转的，手工制作模型的趋势被取消掉不可逆转，但是，目前包括通用汽车公司，通用汽车公司开发不是技术最快的，美国通用比德国大众要快。德国大众是手工的东西多，另外，德国大众还没摆脱手工制模型这过程，到目前为止还没摆脱，但越来越少，体现在什么地方呢？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，然后你觉得行了，就到三坐标仪上去测量，实际同济同捷科技开发的几个车型也是手工仅仅做到1：5模型，1：1模型手工没做。没有做是有缺点，就是细微特征必须到数控加工模型上去改。在先前造型从艺术角度上去刮行。1：5模型上特征很难做那么细，这里有几种方案，将来的趋势，1：1手工模型将越来越少，甚至被淘汰。手工模型花的时间很长，要3-5个月时间去做1：1手工模型，这样太化费时间。1：1手工模型用油泥局部改就省时间了。人工修腰线和特征的时间非常多，而且费用非常贵，材料费、人工费等，美国人工费很贵，它的开发期压得很短，不希望时间搞得很长，所以从整个全球思路来看，目前全世界所有车厂都在采用以上的方法。数控铣的面的质量可以保证。面要平整，但是你手工做能够把细微特征做得细，数据能测得出，数据做得细，所以CAD技术将来的发展趋势，它的目标是尽可能地减少手工制作的时间，缩短开发周期，但无任如何目前全球在手工做模型，或者局部做，或者全部做模型，开发进度周期看下来可能2年很难做下来，现在在压缩开发周期。1：1外模型手工模型全部特征形状都要做出来，1：1的数控加工模型用来看样该领导最后下决定，看样因为这个面质量比较好，手工做的面平整度达不到，我们如果有条件的话，可以做一下风洞实验，没条件可以做一下流体计算，计算一下哪一类表面压强大，哪一面压强不合理，玻璃会不会碎。跑一跑玻璃自己就碎了，原因就是风压过于集中，造成玻璃局部压强过大，造成玻璃粉碎等等。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，造型修改。后面的工作，造型效果图完了以后，是1：5模型、1：4模型或1：1外模型制作。日本标准是1：4。欧洲标准常用1：5,美国标准也常用1：5，这是做小模型，这小模型材料是油泥，里头用木头，外头用油泥，把车轮都要装上去。要做精确的统计分析，当然也可用石膏等材料.这可用MSC软件中的CFD计算流体。也可以简化成平面，控制形状。可以初步的估算它的性能。当然也可以做1：5或1：4模型，直接再做一个风洞试验，这是空气动力学校核和风洞试验这一块工作。尺寸不对再贴一块油泥，就是刮来刮去，最后成形。油泥一般控制在45~55度温度保温2个小时后使用，硬了还可以加热重用.温度太高容易改变材料物理性能.1：1内饰模型的制作，有时也需要制作1：1发动机舱模型，但可用三维CAD模型替代.此模型的主要目的是：a） 1：1发动机舱模型布置设计与模型制作b） 发动机舱焊接总成c） 发动机系统布置方案设计d）悬架系统布置方案设计有时也需要制作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，把东西摆在上边，摆也好摆，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我们都知道德国人是一个很严肃的民族，他设计出来的东西也不错，德国的工程师和我们中国的工程师最大的区别是：德国的工程师自己做样件!在同济大学装试验台，德国的工程师来我们试制车间，就要铁锯、要锉刀、要焊枪，他为什么要这些呢？他要做一个支架，根据现场情况做一个支架，他自己亲自下锯，锯好后他画一个草图，然后自己做一个支架，做一个很好的零件，装上去没问题了，好的就按这个做，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，把样品反测量，做成三维数摸，再做模具，做二维图纸，这称为逆向工程，在造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.已经被实践检验一遍了，这样做没有任何风险，不会有抱怨，做的东西很象样，有些东西可以用土办法来做，用纸做一个，样子摆一摆看.当然很多工作可以用三维CAD模型代替.但作为补充检验也有用.材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，固定方式和将来的批量生产方式一样，你做一个支架，把它吊上去，这个支架将来测绘下来就做图纸用了，然后把后轮、后桥按上去，看它干不干涉，排气管间隙留的够不够，检查一下等等，这些工作全可以在模型上解决，模型是我们做的模型，但底盘的实物都是现存的，所有能买现存的实物都是实物，实物比模型便宜，买批量生产的实物更便宜，装上去检验，如果你不检验，在三维数模里面必须详细检验，每一块都要检验，每一个角度都要检验，检验到最后不会出问题为止。因为现在有三维数模，好多工作可以在三维里检验，即便如此，但现在为了确保安全，万无一失，还是宁愿做一个地板模型，把这些相关的零件都装上去看，按你设计做一个排气管装上去，这样做和实际效果不一样。但在电脑里看还是很大的，间隙很大，但他还有一个剖面关系，离油箱太近了，三维数模里很大，要跳动的。排气管是做上去的，他有弹性可以跳动，排气管离油箱太近了，把油箱烤爆炸了怎么办呢？出问题了，地板开的模具都报废，数千万元的模具没了，领导不批评你就怪了，你怎么设计的，一塌糊涂，这模具不报废了吗？所以一般为了确保安全，要做一个实物，哪怕简单一点，甚至做一个模型，排气管你也可以用石膏来做，把它摆上去，石膏也很便宜，石膏比水泥还便宜。地板还有其他一些检验，包括手刹车的检验等。（e）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，模型的轮廓曲线和尺寸都是按照严格的要求制作出来，设计人员可以对车身表面的细节部分进行比较和修改，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，是车身造型设计中最关键的阶段，要求以极其认真的细致的态度去工作，任何一项细部的造型都不能马虎，因为这个全尺寸油泥模型是今后正式产品的依据。全尺寸油泥模型是高仿真产物，例如车轮一般会用上真家伙一真轮胎和真车圈，因为车轮对整个车型有十分重要的影响。车身附件，大灯小灯、刷水臂都会安置在各自的位置上，有些模型表面还喷涂油漆，与真车相似。因此，车厂对新产品的检测，也就从全尺寸油泥模型正式开始。检测中最重点的一项，就是车身外部模型进行风洞试验，试验的主要内容是模拟车速在100—200公里/小时的状态下，测试阻力、升力、侧向力、俯仰力矩、侧翻力矩和偏航力矩等数据，设计人员对车身模型的空气动力状态进行研究和分析，以取得对整个车身空气动力性能进行最优化的设计。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.然后在此基础上采用油泥进行模型修改.(f)主图板主图板表示出整车的轮廓线及关键部位与部件之间的配合作用，有时在模型未完成之前，可根据造型效果图,建立初步设计主图板，使设计人员可以对主图板上的车身表面线条做光滑平顺的修改。随着模型的完成，车身模型表面轮廓经过测量之后转化为数据，然后将数据绘制成平面图形和立体三维图形。至此，汽车的造型设计工作基本结束了。此后就会进入结构设计，样车的制造与检验。现已多用三维CAD数学模型所取代.(g)测量与曲面光顺地板模型做好以后，在1：5的模型上就用三坐标仪测量，测量以后，曲面光顺，曲面光顺以后，转到UGII里,PROE或CATIA里做曲面，用Surface做反求软件，做一些面的光顺，把面转到UG里，再做CAD光顺，用CAD光顺以后，再去驱动数控机床，来加工1：1或1：3模型。也可进行结构设计.测量，都是按坐标线测量的，都是测很密的线，一般是几毫米测一点，或十几毫米测一点。一般要求测的点很多。用UG是承受不了的，直接用UG受不了的，先用Surface软件做整个曲面光顺，整体光顺以后，把整体光顺的结果再转到UG里做CAD详细分析设计和结构设计，一般都是走一个Surface过程，曲面光顺的过程.UG18.0可以完成REVERSE.这一个过程我们叫逆向工程1.逆向工程REVERSE，分界线测出来都是弯曲不光顺的，要在CAD中把这条线光顺成一条很光顺的线，然后再用这根线在CAD中去切割这个曲面。把外边界线取出来，包括车窗线，取出这些线后，再做翻边，倒角等，做结构设计，车门内板设计包括玻璃升降系统，车门窗系统，手扣，把手，车门窗等。把这几个位置都装配起来然后才能确定整个车门内板结构，在设计车门内板结构时，参考一下同类车型的结构，造型结构，包括安装结构，然后再设计时，还要考虑到内饰板的安装，内饰板是要装在内板上的，塑料的内板模型前面以做好，内板光顺以后要做一个模具，内板做完以后要装配，就有几个支承点，几个支承点要做凸台。比如四个支承点就要四个凸台，再在凸台上打孔，对上去，或者用螺钉带上去，这些就是我们在结构设计是要考虑的内饰设计，当然后门也是这样设计的。这是后门内板，内板将来冲压完就是这种结构，然后把它卷边，再翻边，上面的孔都是为了安装钩用的，要点焊的部位，还要考虑焊钳要能伸进去，这些都要考虑，有封闭梁装上去的话，要考虑梁开孔，开孔有的为了减轻重量。开孔，一些学生在做皮卡车时，在梁上开孔，没有翻边，人家牙都笑掉了，就这样一块薄板，没有翻边那怎么行，强度很差，去掉一个孔，软呼呼的，随便都可以按动，哪有刚度，为什么不加一个沉孔，加一圈凸台沉进去，象这种结构，你随便看一种车身就可以学到它的结构设计，这就是实践经验。这一块内板，如果加一个筋或翻一个边，那你知道板的刚度就大几十倍。开沉孔，有的结构设计需要，有的就为了增加刚度减轻重量，包括车门铰链的设计，车门铰链连接车门内板的设计，都要考虑车门铰链的安装结构，车门内板的控制面，车门外板的控制面，车门外板的结构，车门内部的结构注意留出内饰件的厚度，把控制面定下来，然后车身金属内板的结构件才能设计，几个控制面定了，其他结构自己设计。这是玻璃升降器的电机，电动玻璃升降器，它的结构就是组合塑料的几个支承面，这个支承点是干什么用的呢?支承在我们车门内板里面的，内板必须做儿个凸台和儿个支承点把它支承的，这又是儿个控制面。(i)先行样车(螺钉车)试制样车是一辆具有试制性质，能够驾驶运行的汽车。第一个设计样车是为了检验设计是否正确，这个样车与设计并行，常用螺钉将车身零件连接起来，所以常称为螺钉车,经三维设计和分析，并通过螺钉车检验的设计后，通过模具加工的试验样车便可试制.样车试制仍是一个不断修改的过程，但这种修改是为今后正式投产做铺路的。在样车试制阶段，很多在造型设计过程中的不足之处会更真实地反映出来。例如在绘图或在模型上能够制造的东西，可能在实际生产中会有工艺上的困难；也可能会耗费过大，成本下不来；也可能在装配上会产生干涉，安装困难，等等。造型设计人员仍然要跟踪工作，对样车的造型设计进行全面的检查，并根据设计要求进行修改。只有经过多次的反复修改，一辆经得起实际