汽车车身结构与设计(第二章)

1、汽车车身结构与设计北京理工大学机械与车辆学院林程 教授王文伟 副教授陈潇凯 副教授2016第一节第一节现代车身产品开发流程现代车身产品开发流程第二章 车身开发流程和设计方法一、传统车身开发流程与方法对车身这样复杂的空间曲面外形采取了一整套特殊的实物(如外形样板和主模型等) 模拟和“移形”(模拟量传递) 的办法。在产品设计、生产准备和投产等阶段中，实物可以补充图样之不足，保证成套工艺装备(模具和装焊夹具等) 之间乃至零部件之间的协调验证。传统的车身开发流程概念草图和外形效果图胶带图1:5车身布置图车身侧视图车身前后视图雕塑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卡车模型绘制主图板绘制主图板是最关键的一环。为了确保尺寸精度和稳定性,往往以1:1 的比例绘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制平台上。主图板上不需要标注尺寸，但需要能反映出车身上的主要轮廓线(包括一系列的截面曲线)、各零件的装配关系和结构截面，有时还要进行可动件(如车门、发动机盖等) 运动轨迹的校核。车身主图版车身主图板车身主图板返回车身零件图车身零件图返回制造车身主模型主模型是根据主图板、车身零件图等制造的1:1实体模型，是重要的设计资料之一，同时也是制造冲模、胎具、装焊夹具、检验样架的主要依据，还是大量生产汽车车身

3、时不可缺少的依据。主模型可以按车身覆盖件在车身中的位置分为外主模型和内主模型两部分。在汽车的整个投产过程中, 主模型有点相当于“米原器”的作用，因此要求其尺寸十分准确。制作主模型传统开发流程的问题传统的车身设计过程和方法需要依靠人力经过绘画油泥模型主图板主模型等多次反复测量、反复修改才能确定, 导致车身的开发周期长、成本高, 而且靠“移形”的办法设计精度难以保证。例如: 由主图板制作主模型, 由主模型加工艺补充制造工艺模型, 再由工艺模型反靠加工冲模。因原始数据经过多环节的转换, 人为的和设备造成的误差在所难免, 从而导致加工出的冲模精度无法保证。利用计算机代替部分人的劳动, 进入现代车身开发

4、阶段势在必行。二、现代车身产品开发流程随着计算机技术的发展, 计算机辅助开发技术CAX (CAS、CAD、CAE、CAM 等) 在车身设计中的应用不断深入, 基于全数字化的虚拟车身开发技术已经成熟, 车身产品的开发也进入了现代车身产品开发阶段, 其开发流程、开发方法和开发技术也发生了根本性的变化。整车开发流程主要围绕三个方面, 即开发一辆什么样的车、怎样开发设计这样的车、怎样将设计开发好的新车型批量制造出来。在整个开发流程中, 对每一个阶段的开发进程都设有一个审查、验收的关键里程碑, 在每个里程碑, 对新车型的所有指标都必须经过严格考核。现代车身产品开发流程车身产品开发阶段产品规划：规划和定义

5、车身产品开发的指导原则、开发内容、关键技术、性能指标、实施路线和风险分析等事项。车身产品对标分析(Benchmarking) 是产品规划中一项主要的基础工作。概念设计：确定方案和参数，包括车身总布置、车身造型、结构可行性研究。是以车身产品规划为依据，将造型概念和工程结构有机结合，将创意转换为方案的实现过程。主要包括车身总布置、车身造型和结构可行性研究三大方面。技术设计：进行结构方面详细的设计工作，包括三维结构设计、CAE 分析和二维工程图设计三大方面。产品试制：包括设计试制、试验试制和生产前试制，分别对应完成A/B/C三类样车，实现功能验证、性能验证和技术认可产品试验：包括整车试验、白车身试验

6、、系统试验、零部件试验，对应A/B/C三类样车。分为性能试验和可靠性试验，按步骤进行。生产准备：完成一到两轮试制和试验后，最后冻结设计全面启动。概念设计阶段的性能分析项目CAE分析内容EBOM完成工程制图后, 需将部件和零件按照它们所属装配关系编成“组冶及其下属的“分组”号码, 通常用工程零件报表(Engineering Bill of Material, EBOM) 体现零件名称、图号、数量、层级、材料、工艺等信息。EBOM 是一种动态文件, 随着产品开发的不断深入而进行不断的调整, 以满足各部门对实时动态信息的需求。车身试验项目第二节第二节现代车身设计方法与技术现代车身设计方法与技术第二章

7、 车身开发流程和设计方法一、现代车身设计方法与技术CAX 是指在车身开发过程中采用的计算机辅助开发技术的统称，其核心是以产品设计和绘图为主体的CAD 技术、以车身性能和结构分析为主体的CAE 技术、以模型及其模具制造为主体的CAM 技术以及计算机辅助造型技术(CAS) 等。现代车身设计技术计算机辅助设计技术（CAD）计算机负责工程分析（CAE）计算机辅助制造（CAM）计算机辅助造型技术（CAS）虚拟现实技术（VR）计算流体力学（CFD）数字样机技术（DMU）二、CAE 驱动的性能设计传统的车身设计是以经验设计为主的结构设计，以满足功能要求为第一位。现代车身的设计已经转变为以CAE 技术驱动的性

8、能设计。汽车生产企业的设计部门已经全面应用性能设计技术，从产品的概念设计开始，贯穿于整个产品技术设计阶段，直到后续的产品试验验证，以性能设计中的目标性能为指导纲要。性能设计三大要素对于车身而言, 所要控制的主要产品性能包括刚度/ 强度、碰撞安全性、NVH、人机工程学特性、空气动力性、轻量化、可靠性、耐久性等。(1) 产品设计前期的对标技术：后期开发提供参考蓝本和指导纲要, 同时也是性能设计的前提条件和基准依据。(2) 产品设计过程中的CAE 分析和验证工程： CAE 的分析验证随着工程设计的数据状态进行动态更新。(3) 实行闭环控制模式：产品验证环节捆绑于各个阶段，保证各个阶段的输出均在控制目

9、标内。性能设计的主要控制阶段和过程三、并行工程并行工程( Concurrent Engineering, CE) 也称同步工程，是集成、并行地设计产品及其相关的各种过程(包括制造过程和技术支持过程) 的系统方法。可以实现动态优化地处理问题。它在产品开发的设计阶段就考虑产品生命周期中工艺、制造、装配、测试和维护等其他环节的影响, 通过各环节的并行集成，缩短产品的开发时间，提高产品的设计质量，降低产品成本。并行工程的贯彻设计阶段的并行工程主要在以下三个方面得到贯彻：开发流程的并行、设计方案的并行以及项目团队的协同工作。四、逆向工程逆向工程（Reverse Engineering）也称反求工程、反向

10、工程等，起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路。产品的逆向工程是根据零件（或原型）生成图样，再制造产品。利用车身逆向工程技术进行产品设计主要有两种方式：一种是先由造型师设计制作的产品油泥模型，经三坐标测量机将模型数字化，得到测量点云数据，再建立CAD 模型；另一种是针对已有的产品实物零件（通常是国内外一些最新的设计产品）。集成逆向工程系统逆向工程系统主要由3 部分(或3 个子系统) 组成：产品实物几何形状的数字化及数据处理子系统、模型重建子系统和产品或模具制造子系统。车身逆向工程车身CAD 中逆向工程技术的应用，主要是对车身零部件曲面的造型与车身实体零件模型的逆向重构，用于结构分析和零件制造等。车身逆向工程的一般步骤为：1) 前期准备：对产品进行剖析，确定产品结构的主要特征、合理的建模顺序和设计的整体思路。2) 数据获取：应用三坐标测量机对车身、车身零件或模型进行测量。在车身