机械工程及其自动化专业 微型电动车车身结构设计和实现

微型电动车车身结构设计摘要：汽车轻量化是实现汽车产品节能减排的关键技术,也是行业难以突破的瓶颈。采用轻量化能量吸收结构来减轻车身重量,是实现轻量化、提高电动车行驶里程的重要途径。本文以"2015年广东省应用科技研究与发展--轻量化吸能结构体关键技术及其在电动汽车中的应用研究"项目为基础,开发了"广东省应用科学技术研究"项目。车身结构的概念,用现代方法设计车身形状,并以门为主要研究对象,应用光能吸收材料,并在多模态、刚度和可靠性的基础上进行多模态、刚度和耐撞性。耐撞性。目的是优化设计,探讨新材料和新结构的可行性。在对纯电动汽车进行市场定位分析和对电动汽车轻量化进行技术经济分析的基础上,提出了纯电动车的发展理念,并对其市场定位进行了研究。被确定为城市的微线,其技术特点是光能吸收。基于这一概念,采用轻质吸能材料铝合金、PCPD和泡沫铝制造全新的概念车。设计了车身结构,设计了整体车架和整体车身面板。在分析电动汽车车身形态和形状特征的基础上,采用计算机辅助设计方法对微型纯电动车进行了设计。将岭南文化的体育风格和特色元素融入设计理念,得出了满意的设计方案。针对所选择的建模方案,建立了数控手板的比例模型,并对其空间立体感进行了验证。关键词：轻量化；PDCPD；造型设计目录第一章绪论 11.1课题研究背景 11.2车身轻量化国内外研究现状 31.2.1轻量化设计技术 31.2.2轻量化材料技术 41.2.3轻量化制造技术 51.3PDCPD研究概况 51.3.1DCPD的研究 61.3.2DCPD-RI工艺 61.3.3PDCPD的应用 71.4论文的主要研究内容 8第二章纯电动微型概念车设计概述 92.1纯电动汽车市场分析 92.1.1新能源汽车产销量分析 92.1.2纯电动车型细分市场分析 112.2电动汽车轻量化技术经济分析 112.3概念车型的提出 122.4车身结构形式的研究 122.4.1车身承载形式 122.4.2新型电动车的车身形式 132.5概念车型车身结构的确定 132.5.1整体式车架结构 142.5.2一体化车身覆盖件 15第三章车身造型概念设计 163.1车身形式与造型发展概述 163.2纯电动汽车车身造型研究 163.2.1纯电动汽车造型特点研究 163.2.2纯电动汽车造型实例分析 173.3现代化汽车造型设计研究 193.3.1CAS技术与传统造型方法的区别 193.3.2计算机辅助造型设计的基本方法 193.4概念造型三维建模 203.4.2整体布局 213.4.3构造轮廓线 213.4.4曲面创建 223.4.5细化特征 223.5造型方案评析 233.6比例模型制作 25致谢 25参考文献 26第一章绪论1.1课题研究背景随着汽车工业的快速发展,世界汽车生产和拥有量不断上升。中国的汽车市场也是前所未有的繁荣。中国汽车年产量占世界新车产量的四分之一以上。汽车工业的快速发展促进了全球经济的发展,但也对日益稀缺的能源形势和日益恶化的环境条件产生了重大影响和压力。环境污染和能源短缺越来越严重,已成为影响人类可持续发展的两大问题。节能减排已成为全球汽车工业可持续发展的重要命题。研究表明,如果车辆质量降低10%,燃油效率可提高6%~8%,油耗可降低6%~10%。每减10公斤车辆重量,每100公里可以节省0.3-5升的燃料,轻量化是节能减排的重要方式。由于客车车身质量占车辆总质量的三分之一以上,在空载条件下,车身油耗约占70%,车身的轻量化对汽车车身的轻量化尤为重要。整辆车。车身轻量化是在保证车身结构相关性能指标的前提下,在不增加车身制造成本的前提下,降低车身骨架的质量,提高汽车产品的市场竞争力。目前,车身轻量化技术的三大研究领域是轻量化设计技术、轻量化材料技术和轻量化制造技术。这些方式是相辅相成的。车身轻量化不是一个简单的材料替代,而是一个过程中的重量减轻使用的综合应用三种技术的前提下,满足了身体的各种性能要求。为了缓解石油危机,近年来,中国大力发展新能源汽车,制定了千年级新能源汽车的发展目标。纯电动车也得到了国家的积极补贴。纯电动汽车虽然前景广阔,但电池技术是制约其发展的主要问题之一。目前,国内电池企业普遍选择磷酸铁锂电池作为动力电池的发展方向。由于磷酸铁锂能量密度低,所生产的电池体积较大,重量较重,导致车辆质量过高,能耗增加,行驶距离受限。电池技术暂时无法突破技术瓶颈,因此人们将关注轻量级的车身结构。以比亚迪E6为例,其300公里范围完全取决于63千瓦时的电池能量。然而,其超重的电池也导致储备质量接近2.3吨。对于目前国内主流电动车来说,车身结构往往采用与传统燃料车车身相同的水平,但携带动力电池后,重量增加约200公斤,导致产品范围不能满足其需求的多数,这也是许多电动车产品不成功的原因之一,也是制约电动车推广的主要技术障碍。对于电动汽车来说,降低车身质量不仅可以降低能耗,还可以在质量相同的前提下安装容量较大的电池。这两者都能提高电动车的耐久性。此外,2015年正式实施的《纯纯电动汽车管理条例》规定,纯电动汽车的最高时速应超过100千米,纯电动汽车的行驶距离应超过100千米在综合条件下,不应小于100公里。《2016-2020推广和应用新能源汽车财政支持政策公告》也明确指出,只有纯电动行驶里程大于100公里的新能源汽车才能获得补贴。在此背景下,应用轻质吸能材料实现轻量化车身,对于纯电动汽车满足企业准入规定、提高产品竞争力至关重要。本文在实际研究和开发微型纯电动概念车的基础上,探讨了一种新型的车身结构,并将一种新型轻质材料应用于纯电动汽车车身结构的开发中。性能驱动的优化设计。本课题来源于2015年广东省应用型科技研发项目,是光能吸收结构体的关键技术研究及其在电动汽车中的应用。汽车轻量化是实现汽车产品和新能源汽车节能减排的关键技术,也是行业难以突破的瓶颈。本项目旨在应用近年来团队发展的理论和技术成果,实现汽车产品结构的高刚度、高强度、可靠性和碰撞吸能安全,发展行业领先地位电动汽车车身结构平台,可减轻车身重量20%,安全指标提高15%。1.2车身轻量化国内外研究现状车身轻量化的目的是在保证耐撞性、刚度、强度和NVH性能的前提下,在不增加车身制造成本的前提下,降低车身框架的质量,提高汽车产品的市场竞争力的身体结构。目前,汽车车身轻量化技术主要从轻量化结构、轻量化材料和先进制造技术三个方面进行了研究和探索。当然,这三个方面不是相互独立的,而是相辅相成的。1.2.1轻量化设计技术目前,多材料车身结构的轻量化设计正在向构建参数化设计平台方向发展,应用拓扑优化、尺寸优化、形态优化、多目标优化和结构材料性能集成优化设计。利用结构优化技术优化车身结构,可以在各种工作条件下更合理地分配载荷,减少零件数量,减少零件厚度。经过多年的设计和测试经验和数据积累,国外企业已将CAE(计算机辅助工程)技术渗透到汽车车身结构设计的整个开发过程中,形成了汽车车身结构设计的发展理念。性能驱动的设计。在丰富的车身数据库基础上,可以快速完成结构模型的构建、汽车模型的变化、结构的优化和收缩。开发周期短,降低开发成本。车身结构设计过程已成为设计、分析和优化的平行过程。北美汽车和钢铁联盟以福特SUV车架为原型,采用拓扑优化技术,在不牺牲刚度和改变材料的情况下实现轻量化设计。与样机相比,新设计的框架减轻了23%的重量,增加了30%的扭转刚度,并略微提高了弯曲刚度。宝马将CAE分析方法引入汽车概念设计的早期阶段,进一步加快了车身结构的改造设计,以及基于碰撞性能的车身拓扑结构和形状优化,并迅速实现了在欧洲ncap标准下,对车身正向碰撞结构进行了正演优化分析和结构改进。德国SFE公司开发的SFE概念引入了一种快速隐式参数化建模方法。基于参数形式,快速创建和修改了模型的拓扑结构和几何形状,大大缩短了早期设计阶段CAD模型和CAE分析的变化时间,有利于各种设计的快速实现。在概念阶段的方案。总体而言,该方法大大降低了后续详细设计阶段出现重大结构问题的概率,缩短了车辆开发周期。近年来,国内不少学者对车身及其零部件的优化设计进行了广泛的研究。张浩凯采用拓扑优化和尺寸优化的方法,从概念上设计了一种新能源汽车的车身结构。在多体动力学的基础上,求解了多工况下车身结构的载荷路径,优化后的结构满足性能要求。根据纯电动汽车的载荷要求,利用拓扑优化方法设计了车身结构。通过与标准车辆的比较,性能满足设计要求。谢晨利用SFE概念,在目标车辆模型的基础上,建立了白身体的参数模型。通过多学科优化设计,他成功实现了轻量化。1.2.2轻量化材料技术如今,钢铁的使用比任何其他材料都要多。然而,随着汽车轻量化要求的不断提高,铝合金、镁合金和聚合物基复合材料等材料方案发生了迅速的变化。铝合金、镁合金和碳纤维增强聚合物材料比钢更轻,为零件的强化提供了条件。然而,目前它们在价格上与钢铁相比没有竞争优势,特别是在批量生产方面。然而,它们在使用寿命和重量轻的优点使其在许多概念车中得到了应用。现在,他们越来越多地在大批量生产的车辆中使用世界汽车钢铁联盟。先后实施了各种超轻钢汽车项目,取得了优异的轻量化效果。铝合金在汽车中具有良好的应用前景。奥迪A8是全铝车身的杰作。自行车用铝为550公斤,车身用铝的比例为93.1。奥迪A8机身主要由三种铝合金铸造铝合金、挤压铝合金和变形铝合金板材组成。由于使用轻金属铝,车身重量降低了50%,车身静态扭转刚度增加了60%。此外,复合材料在高端汽车市场的应用也越来越广泛。宝马I3选择碳纤维增强复合材料(cfrp)来制造车身结构。作为电动汽车,宝马I3的整体质量只有1224k,而与比亚迪e6相比,指数为2295公斤。近年来,国内学者也对轻质高强度材料的车身结构进行了大量的研究。郭英峰在采用复合HDPE的微型纯电动汽车体设计中,研究了一步成形轻量化体的设计与制造工艺。通过轧制成形试验,得到了满足电动汽车要求的轻量化体。陈成涛选用线性低密度聚乙烯(LLDPE)为材料,开发了基于旋转塑性成形工艺的集成塑料门,并设计了旋转塑料模具和门的模架。与样车的钣金门相比,车门的重量减少了17.3%左右。1.2.3轻量化制造技术轻量化制造工艺是将设计和材料转化为产品的关键,也是轻量化设计后的一项重大任务。采用激光定制焊接空白(TWB)技术,可对不同厚度、强度或表面处理状态的板材进行焊接和冲压,以提高零件性能,降低成本。采用液压成形技术,传统的模具和冲床可以用液体力传递介质代替,零件可以进行塑化加工。在保证零件性能和均匀性的前提下,可以提高产品质量和成型极限。采用热成形技术加工车身钢板,可以在不提高质量的情况下提高钢板的强度,从而提高车身结构关键部位的性能。轧辊成形技术可用于横向弯曲金属板,使型材具有特定截面,合理设计型材的几何截面,提高承载力,降低零件质量。此外,冲压和铆接、搅拌摩擦焊接、焊接和铆钉粘接以及聚合物基复合材料都是轻型车辆的先进连接技术。周云娇以汽车用SPFC590和A502-h34钢板为研究对象,对钢铝异种材料的压力连接进行了实验研究和仿真分析,并进行了验证它的可行性。钟志华院士的团队采用激光定制焊接面板技术,优化了门内板的结构,计算了焊缝的最佳位置,取得了满意的轻量化效果。本地汽车成功开发了世界上第一辆三维打印电动车LM3D游泳。其车身材料为80%ABS塑料+20%碳纤维,其质量将比传统汽车更轻。除了以前的设计,只需40个小时打印出的底盘和车身的汽车,4天组装。3D打印技术不仅降低了汽车零部件的复杂性,而且大大提高了车辆的装配速度。1.3PDCPD研究概况从DCPD-RIM中获得的PCPD是一种新型工程塑料。具有密度低、强度高的特点。它的密度只有钢的1,而且比强度高。由于其原料容易获得、成型工艺先进、聚合物产品性能优良等特点,引起了广泛关注,并开始在汽车行业得到应用。1.3.1DCPD的研究双环戊烯(DCPD)的分子式为C10H12。它在室温下是液体,有刺鼻的气味。DCPD的熔点和沸点分别为32°C和170°c。DCPD可在170C.CPD时分解为CPD(环戊烯),可在室温下轻松聚合为DCPD。由于DCPD分子结构中存在不饱和双键,其化学性质相当活跃,易于添加或聚合。石油工业的发展也促进了DCPD的应用。从石油热解产物的C5组分中提取DCPD。由于资源丰富、价格较低,DCPD引起了广泛关注。自20世纪70年代末以来,DCPD已被用于不饱和树脂的合成和开发,现已成为不饱和聚酯树脂的系列产品。此外,DCPD还被用作阿达曼丹、戊二醛、茂金属、二环戊二烯氯化物(杀虫剂)等的原料。广泛应用于医药、农药、香料、制革、合成橡胶等领域。1.3.2DCPD-RI工艺采用DCPD的活性注射成型(RIM)合成PDCPD。在反应注射成型(RIM)中,两种化学物质具有较高的化学活性、低粘度和熔融状态,以非常高的速度在搅拌室中直接碰撞,然后将混合物注入密闭的模室。DCPD-RIM工艺的成型过程可分为三个阶段:成型材料的制备、模具成型和凝固。在DCPD-RIM的成形过程中,将原料分为两部分。反应液提前添加到两个独立的储罐中,并分别循环。当材料液体调整到所需的温度时,它将以预设的计量比进入混合室。它将在混合室中高速碰撞和混合。混合完成后,它将立即进入模室。将进行聚合反应,进行快速凝固和最终确定。冷却和凝固后,模具将立即打开,产品将被取出。氧气过高或过低的温度会使DCPD失活,因此必须对原材料进行氮气保护和恒温保护。DCPD-RIM的形成过程如图1-1所示。图1-1DCPD-RIM成型过程与传统的热塑性树脂注塑成型相比,RIM成型具有以下特点:(1)由于液体原料粘度低,在灌装过程中流动性高,灌装压力和夹紧力非常大。低,所以它可以在短时间内填充模具,这是非常适用于成型塑料产品的面积大,薄壁和复杂的形状。(2)通过调整原材料成分的比例,可以改变产品的性能,即相同的设备可以生产不同性能的产品,可以减少设备输入,扩大DCPD-RIM的适用范围产品。(3)DCPD-RIM产品通过聚合固化,不需要热模腔即可激活反应。有利于降低能耗和成本。一般来说,DCPD-RIM的优势是快速成型、低能耗、周期短、成本低、产品质量好。因此,它特别适用于生产结构复杂的大型产品。1.3.3PDCPD的应用聚双环戊烯(PDCPD)是美国Hercules公司于1985年成功开发的一种DCPD-RIM产品。1990年以来,PCPD作为一种新型工程塑料,开始出现在国际市场上。其优异的性能使更换一些传统材料成为可能。著名的DCPD-RIM产品包括日本天皇大力神公司联合开发的METTON系列和美国古德里奇和Ryon公司共同开发的PENTAM系列。后来,国外学者致力于通过改进催化剂和添加共聚物来提高PDCPD产品的性能。近年来,PDCPD得到了国内学者的研究。大连理工大学的刘峰通过合成第一代Grubs催化剂,实现了双环二环转位聚合。湘潭大学的刘鹏生等人研究了双环戊烯聚合的热力学和动力学。南京理工大学的朱晓刚和顾立也对DCPD-RIM技术和模具技术进行了大量的探索。昆山嘉实塑料制品有限公司通过引进设备,已发展成为国内第一家集产品设计、模具制造、产品成型为一体的DCPD生产企业。PCPD部件具有以下优良性能:(1)机械性能良好平衡。由于其高弯曲模量和冲击强度,它优于传统的聚氨酯和尼龙,特别适用于制造结构件和表面装饰。(2)出色的光洁度。成型后在表面形成的氧化膜与涂层有良好的附着力,也可以电镀。(3)低密度。PDCPD部件的密度为23°c时的1.03gcm3,有利于轻量化。(4)稳定性好。其耐酸碱耐腐蚀性使其能够在腐蚀性环境中工作。(5)良好的低温特性。其物理性能受温度影响不大,在-30°c的低温环境下不脆弱。适用于低温环境下的零部件制造。随着研究的不断深入,DCPD-RIM的应用越来越广泛。作为一种高性能热固性塑料,PCPD已广泛应用于世界各地的商业和工业,包括乘用车、卡车、客车车身面板和其他农业和建筑机械。灵活的设计、高强度和快速的成型使PDCPD成为汽车设计师的理想选择。由于原料流动性高,DCPD-RIM不仅可用于小部件,还可用于大型车身面板。DDPD-RIM可实现3毫米至200毫米的变厚度设计。工件表面质量高,与涂层的附着力好。工件的表面精度已达到A级。较低的充填压力有利于降低模具成本,缩短生产周期,可用于PCPD的批量生产。目前,PDCPD材料已应用于车身内外装饰,包括保险杠、挡板、挡泥板、方向盘、仪表板、座椅支架、前保护面板、行李箱、灯座、轮胎盖等。。1.4论文的主要研究内容以"2015年广东省应用科技研究与发展--轻量化吸能结构体关键技术及其在电动汽车中的应用"项目为基础,以"2015年广东省应用科技研究与发展"为基础,以"广东省应用科技研究与发展"为基础,以"广东省应用科技研究与发展"为基础,以"为基础"开发了微型纯电动汽车,进行了车身结构的概念设计,采用现代方法设计了车身形状,并以门为主要研究对象,应用PDCPD材料。通过多目标优化设计,优化了模态、刚度和抗撞性,讨论了新材料和新结构的可行性。本文简要介绍了本课题的研究背景和意义,从结构、材料和技术三个方面论述了轻体结构的研究现状。本文综述了一种新型的轻质高强度材料PDCPD。基于其良好的综合性能,研究了PDCPD在汽车车身结构中的应用。纯电动迷你概念车的设计概述。分析了纯电动汽车的市场定位,对电动汽车的轻量化进行了技术和经济的分析。在此基础上,提出了纯电动微型卡的发展理念。在分析当前车身结构特点的基础上,提出了一种新的纯电动小型车车身结构,并进行了概念设计。身体形状的概念设计。研究了电动汽车的车身形态和形状特征。采用计算机辅助形状设计方法,设计了研究中的微型纯电动汽车。尝试将体育风格和岭南文化特色元素融入设计理念。建立尺度模型验证其空间立体感。第二章纯电动微型概念车设计概述本章从概念电动汽车的发展出发,在对纯电动汽车进行市场分析和轻量化电动汽车的技术经济分析的基础上,阐明了纯电动车的发展理念,确立概念车作为城市小型车的市场定位,具有光能吸收的技术特点。研究了纯电动汽车的车身结构,确定了概念车的车身结构形式。最后,总结了概念车的总体布局。2.1纯电动汽车市场分析在汽车产品开发的初始阶段,需要进行产品规划,市场份额得到很好的理解。市场分析和定位在产品未来产业化中发挥着重要作用。确保所开发的车型在市场上适销对路,在市场竞争中占据有利地位。2.1.1新能源汽车产销量分析为了应对能源短缺和环境污染问题,近年来许多国家都开发了新能源汽车。世界主要汽车生产国制定了数百万新能源汽车的发展目标。其中,中国计划到2015年和2020年分别生产和销售50万辆和500万辆新能源汽车。截至2015年11月底,中国新能源汽车累计产量为393300辆。与2020年500万辆的目标相比,完成率只有7.8%。这项任务相当艰巨。从另一个角度来看,可以得出结论,未来几年,中国将继续大力推进新能源汽车的发展。在新能源汽车中,纯电动车占最大比例。截至2015年11月,纯电动汽车累计产量为294,400台,占新能源汽车累计产量的74.2;纯电动乘用车累计产量为174,000辆,占新能源汽车累计产量的44.5;插电式混合动力汽车的累计产量为107500台,占新能源汽车累计产量的25.7%。插电式混合动力乘用车技术已逐步成熟,其产品已得到市场的认可。2015年11月,唐秦比亚迪在一个月内售出6070辆汽车,占插电式混合动力汽车总销量的80%。燃料电池汽车仍处于小批量示范阶段。新能源汽车的累计产量如图2-1所示。图2-1各类新能源汽车累积产量占比情况图2-22011-2015年新能源汽车销量图2-2显示了2011年至2015年中国新能源汽车的销售情况。据统计,2015年11月,中国销售了13872辆能源汽车,是2014年全年的1.85倍。其中,销售了85000辆纯电动车,是2014年全年的1.9倍,销售了54000辆插电式混合动力汽车,是2014年全年的1.8倍。从汽车市场份额的角度来看,2015年1月至11月,中国汽车总销量为2119万辆,而新能源汽车的销量约占汽车总销量的0.63。新能源汽车的市场份额很小。实现新能源汽车市场化规模推广还有很长的路要走。2.1.2纯电动车型细分市场分析目前,纯电动车占新能源汽车生产和销售的一半以上。随着城市阴霾和交通拥堵的加剧,大城市出台了限制措施,纯电动车无疑成为当前出行的最佳选择。专注于纯电动汽车细分市场,根据销售数据,价格在60000-100000之间的微型和小型纯电动汽车是消费者购买纯电动汽车的首选。其紧凑的外形、长的续航里程和低成本是消费者最关心的问题。微型电动车的主要型号有奇瑞和q、志斗D1、志斗D2、荣伟E50、东风丰神E30等。小型电动车的另一个优点是停车方便。据统计,北京至少有270万辆没有停车位的汽车。此外,机动车尾气对PM2的贡献率。超过33%。微型电动汽车的小空间、行驶里程高、绿色环保等特点,使其越来越受到消费者的欢迎。在一些知名的汽车公司,如本田,丰田,通用汽车公司,甚至宝马,微型电动汽车产品也已推出。雷诺的微型电动车作为小区汽车和公共租赁车辆模型在欧洲市场上探索了更成功的车型。目前,大多数微型电动车都配备了高性能的电动驱动系统,时速超过100公里,行驶里程100多公里。它们在设计上很时尚,价格实惠。它们基本上位于城市代孕和近距离上下班。小型电动汽车体积小、重量轻,使其电池能效在拥堵的路况下更加高效、灵活。根据市场反馈,尽管特斯拉是电动车行业的标杆,但中国市场需要更多的微型电动车。2.2电动汽车轻量化技术经济分析轻量化是未来电动汽车的发展方向之一,电动车将成为轻量化技术的首选载体。一方面,与传统车辆相比,电动车对涨价有更大的容忍度,容易被目标消费者接受;另一方面,轻量化电动汽车可以有效提高电动汽车的功率性能,降低电池成本,降低功耗。国外研究报告显示,从2015年到2020年,电动汽车的电池容量可每公斤减重减少0.021kWh,电池成本可降低9.39美元,减重前的电池里程仍可保持。这意味着,原始设备制造商不仅可以降低电池成本和后续能耗,还可以提高电动汽车的性能,提高通过应用的驾驶过程中的能源效率。轻量化技术的前提是保持电动汽车的基本性能不变。此外,以性能为导向的电动汽车产品还可以使用轻量化减轻重量的效果,以提高电池组的质量和功率性能。2.3概念车型的提出通过对纯电动汽车市场和电动汽车轻量化技术的分析,本课题结合"2015年广东省应用科技的研究与发展--重点研究"轻量化能量吸收结构体技术及其在电动汽车整体中的应用"。提出了纯电动微型车的发展理念,介绍了其市场定位和技术特点,以便采取后续行动，概念设计的方向。2.4车身结构形式的研究在设计前,有必要明确概念车车身的结构形式。针对电动汽车传统燃油车身结构质量过高的问题,有必要对现有车身结构形式进行研究,以形成一种与纯电动微型车相匹配的新型车身结构形式。实现轻量化的目标。2.4.1车身承载形式汽车车身在使用过程中受到复杂的力的影响,包括死重的重量、乘客或货物的重量、惯性力和空气阻力。此外,发动机和悬架部件也有力和力矩。非承重、半承重和承重是三种常见的体承重形式。表2-1显示了三种类型的承重特性。为了节省重型车架和减轻车辆重量,大多数客车车身采用承重结构。它的特点是身体没有明显的骨架,并且身体是由外部面板和内部面板焊接在一起的空间结构。卸载车身通常用于大型卡车和皮卡。表2-1车身承载形式的特点2.4.2新型电动车的车身形式目前,市场上绝大多数电动车都是来自内燃机。这种简单的改装会导致车辆质量过高。以奥迪A3e-tron为例,其整体质量达到1620公斤,比燃油A3.4tdsg重280公斤,涨幅约20%,这将对车辆的燃油效率和操纵稳定性产生重大影响。因此,放弃原有的车身结构,发展电动车车身结构是当务之急。2.5概念车型车身结构的确定在分析了目前市场上先进的电动汽车车身结构,并考虑概念开发成本的基础上,采用铝架结构作为研究车承重的主体。将驱动系统、电池系统、悬架系统、转向系统、制动系统和车辆控制系统集成在车架结构上。整体框架是由铝型材,以满足车辆刚度和强度的要求。采用泡沫铝的吸能特性填充铝型材的关键位置,提高车身的冲击能量吸收效果。作为一种非承重部件,车身由PDCPD轻质和高强度塑料组成,以减少车身部件的数量。在概念设计阶段,要对车辆性能、参数和结构有一个清晰的认识,以促进今后详细设计阶段的协调。汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车性能参数,贯穿于整个汽车发展过程中,并可能随着汽车的发展而变化。所研究车辆的主要配置参数见表2-2。表2-2概念微型电动车主要配置参数表2.5.1整体式车架结构铝是汽车轻量化技术中的重要材料之一。铝合金密度低(2.7gcm3),只有钢和钢的1。铝资源广泛,质量小,可再生,良好的工作性能,良好的减震性能,耐腐蚀性,易回收等。它是具有良好综合性能的轻质材料之一。本项目决定放弃传统的钢板结构,选择铝镁硅系列(6000系列)铝合金为主要材料。考虑到车身结构仍处于概念开发而不是批量生产阶段,采用框架结构是可行的,制造难度和成本相对较低。为此,设计了一个新的整体框架结构作为其他系统的主体,如图2-3所示。悬架系统、转向系统、制动系统和驱动系统将集成在框架结构中,而电池将设置在框架底部,以降低重心,提高操纵稳定性。车身结构上半部分的设计自由度将大大提高。考虑到采购的方便,该结构采用了大量的矩形截面挤压铝型材,具有闭缝和空心接头。考虑到采购的便利性,矩形截面铝型材在该结构中得到了广泛的应用,其封闭和空心结构具有质量低、刚度高的特点;将铸造铝合金用于悬架系统和转向系统的重要安装位置,确保硬点位置的高强度;为了提高结构的抗撞性,采用了前纵梁、后纵梁和侧壁。在低密度(0.54gcm3)条件下,梁等的关键位置充满了轻质吸能材料、泡沫铝和泡沫铝具有较高的比刚度和比强度。利用泡沫铝与薄壁管的相互作用,可以改变碰撞过程的变形模式,即将金刚石模式转变为手风琴模式,从而提高结构的稳定性。根据计算,该结构的重量只有120公斤,重量轻效效果明显。图2-3整体式车架结构2.5.2一体化车身覆盖件PCPD具有密度低(1.03g/cm3)和高比强度的特点。PCPD的外表面具有光洁度高、光泽度好、耐候性好等特点,能满足汽车车身面板的要求。目前,塑料代替钢已经在许多型号中得到应用。在本项目中,PDCPD工程塑料被选定为研究车模型中车身面板的材料,并根据小型车的车身形状设计了一种新的车身结构,如图2-4所示。与相同的金属零件相比,它可以将重量减少40%,同时减少零件数量。从性能角度来看,PCPD具有良好的强度、抗冲击性和抗老化性,满足了非承重面板的需求。在PDCPD中添加具有不同性能的20-80玻璃纤维可以大大提高其性能。从制造的角度来看,工程塑料比金属有更多的自由度。主要结构采用一步成形技术,采用铝模加工,能耗小,成本相对较低。从碰撞的角度来看,它是第一个能承受侵蚀和轻微碰撞的吸能结构,在低速碰撞的情况下不需要修复。从满足行人保护的角度考虑,它也是一种理想的材料。此外,机箱集成后,形状的变化相当方便,有利于提高更新速度。同时,根据用户的喜好,还可以提供多种款式可供选择。图2-4一体化PDCPD车身第三章车身造型概念设计车身设计不仅注重工程要求,而且注重外观造型:车身的形状和颜色是汽车给人的第一印象。调查显示,当性能和价格差别不大的情况下,汽车车身的造型设计是影响消费者购买选择的重要因素。本章对汽车建模进行了研究,采用计算机辅助建模设计方法设计了概念模型的形状,并选择了合适的方案。3.1车身形式与造型发展概述自100多年前汽车诞生以来,身体形态经历了许多阶段的演变,并发展成了各种形式。一开始,汽车主要被用作替代品,没有考虑太多功能。随着科学技术的进步,人们开始追求更多的汽车。舒适性、空气动力学和美观已成为汽车车身设计过程中考虑的因素。了解不同体型的特征,有助于加深对形状概念的理解。普通的三室客车是折叠式的,而两室的客车和越野车是后车,直背车身更多的是用于跑车和轿车。与折叠式相比,直背型具有较好的气动性能,但在一定程度上牺牲了后座空间;而车背型具有更灵活的后部空间,比折叠式更能利用后部空间。此外,随着车身结构的发展,高端车型,特别是跑车出现了敞篷车身形式。3.2纯电动汽车车身造型研究影响汽车形状的因素很多。与传统的燃油车辆相比,纯电动汽车由于布局不同,在外形上存在一定差异。对纯电动汽车形状特征的研究和对市场上特定模型特征的分析,可以为后续概念模型的概念造型设计提供启示和帮助。3.2.1纯电动汽车造型特点研究电动汽车是一种汽车。传统汽车造型的特点和趋势也在很大程度上引领了电动车造型的发展。然而,由于电动车与传统汽车的差异,电动车的形状与传统燃料车辆不同。目前,根据车身结构的不同,电动车的形状大致可分为两类。一是对传统燃料车的改装,只调整了一些细节。例如,奥迪R8e-tron被用作示例。与燃油版的奥迪R8V10+相比,奥迪R8V10+的形状仅在前格栅上有所不同,这有利于降低开发成本。另一个是基于新结构设计的新造型,其形状比传统模型要好。巨大的差异给人们一种清新的感觉,如宝马i3、特斯拉s型和志斗,这也是电动汽车未来发展的方向。对于新设计的电动汽车来说,由于总体布局与燃料车辆的差异很大,省去了占地相当大空间的发动机,大大降低了电动车的前舱,从而使前路悬架被省略。缩短和身体的比例是比较协调。此外,由于电动车的前面不再需要燃料车辆上的进气格栅,因此前脸形状的创造灵活性较大。纯电动汽车提出了两条发展路线。一个是以特斯拉车型S和宝马i3为代表的高端线路,它将高科技集成到一个。它还显示了高端大气的形状特征。相比之下,国内市场上的纯电动车大多倾向于目前的亲人线,被电池能量密度低所困住。为了提高行驶距离,汽车企业采取了降低车身质量的方法。法律,并在形状上的表现的小型化。这些纯电动车一般都是为日常短途交通和上下班定位的,比如目前深受消费者欢迎的双门双座小型电动车。。3.2.2纯电动汽车造型实例分析本课题以微型纯电动车的形式出现。接下来,我们分析了市场上流行的三种型号的建模特性,即志斗D2、智能双型和宝马i3型。这三种车型也被定位在低端、中端和高端纯电动车市场。(1)志斗D2智斗D2是一种三门小型电动车的成型分析。其紧凑的车身符合其"微线"的概念。它的身体线条圆润丰满。侧腰线的设计揭示了一种现代感。刀片前大灯是其独特的特点。带镀铬装饰条的梯形进气格栅使整体效果更加时尚,新的轮毂使其具有运动感。图3-1显示了志斗D2的形状。。图3-1知豆D2外形(2)智能两个电气板智能两个电动版本的建模分析几乎与其燃料版本相同。侧面的"C"字符是其标志性特征。它的线条简单,表面光滑。它采用水晶白色和绿色的绘画设计来搭配。它清新明亮,旨在推广环保主题。它的前格栅像一个微笑的嘴,l形的头灯就像锐利和神圣的眼睛,爆裂出可爱和迷人的"光线"。紧凑型结构占用空间小、零排放、无噪音、节能环保,是城市交通智能两种电动版本的解决方案。智能两个电动版本的形状如图3-2所示。。图3-2Smartfortwo电动版外形(3)宝马I3建模分析宝马I3的形状是非常前卫的。从BMWi3的正面,我们仍然可以看到"双肾"格栅的家族特征。U形大灯画了一个美丽的弧线。窗口区域使用优雅的线条,从b柱向下扩展。在c柱之后,平滑的腰线延伸到汽车的后部。尾巴的狭窄和宽的设计使它更加稳定,体育枢纽使它更有活力。汽车的黑白色搭配加上蓝色点缀,这与它的蓝天和白云的标志相对应。宝马I3的形状如图3-3所示。图3-3宝马i3外形3.3现代化汽车造型设计研究随着汽车工业的发展和技术的进步,特别是计算机应用技术的发展,与传统造型相比,汽车造型设计的方法和手段发生了很大的变化。计算机辅助造型(CAS)已经出现。它的外观可以大大缩短汽车车身产品的设计周期,使开发产品快速进入市场,并在市场上采取主动。3.3.1CAS技术与传统造型方法的区别以往的建模方法基本上遵循创造性的素描--拉带-减少比例(污泥)模型-全比例(污泥)模型-特征剖面图-一般布局设计模式等。设计人员通过大量物理模型创建、审议、分析和评估形状。图纸也应以物理模型为基础。有必要通过多个截面手动绘制三维实体模型的投影图和展开图。整个过程都非常重视模型的制作,然后通过模型反向结构和形状建模,基本上属于串行开发模式,大部分工作都是手工完成的,工作效率低,成本高,耗时和费力。CAS是通过数字模型和物理模型的相互验证来设计的。它省去了制作磁带图纸和粘土模型的过程,直接从草图生成数据模型,极大地节省了开发时间。此外,CAS还可以实现建模和结构工程的同步设计。换句话说,并行设计取代了传统的串行设计。这样,CAS大大加快了新车型的开发,降低了开发成本。另外,计算机的应用可以在一定程度上避免和消除错误,降低劳动强度。3.3.2计算机辅助造型设计的基本方法光学计算机辅助建模设计的应用需要一个C3P环境,即CAD、CAM、CAE和PDM(产品数据管理)。同时,提高计算机性能也是基本的技术前提。在汽车设计和开发过程中,特别是在计算机辅助设计中,表面建模仍在使用。表面建模技术是用计算机表面表示形状的技术,是CAS的基础和核心。一般情况下,创建汽车表面模型需要采取以下步骤:(1)产品规划,将汽车表面的整个建模划分为多个不同尺寸的表面,并将相应的建模工具划分为多个表面块根据不同的表面特性,是由工作组的组合形成的,如表面块的连接和混合。(2)根据车身设计任务,给出了已知数据(总体布局),并利用计算机上强大的曲面建模软件绘制了三个投影曲面的特征线。(3)表面被创建,车体表面由特征线生成。(4)利用数据库中的零件模型建立车辆数字模型。(5)利用表面建模软件对数字模型进行了材料和光的划分,并进行了渲染输出。在此基础上,适当调整了数字模型中曲面的平滑度和曲面之间过渡连接的曲率。"高光测试"也可以通过计算机进行,以检查是否有几何干扰之间的身体和外部面板,以及"接近角度"和"离开"的汽车。角度的设计目标值与车身面板之间是否存在干扰。(6)将软件生成的三维数字模型数据传输到CATIA或UG软件生成数控加工软件,然后传输到数控机床加工的车身表面软模型(1:1),并在手工抛光和着色后,提供给领导或客户确认和批准。对于汽车室内设计,CAS技术使用表面建模软件进行人体工学测试。最后,将室内设计的数字模型和车身形状的数字模型集成到计算机中,通过软件生成动画,向领导和客户展示。在曲面建模中,大多数曲面生成工具都基于四边形曲面。这是建立曲面的基本方法,因为四边形曲面的性质最适合曲面之间的连续性。建立异形曲面的一种较好的方法是先构造四边形曲面,最后通过切割得到异形曲面。3.4概念造型三维建模要解构汽车建模,必须把握汽车建模的特点。线起源于点,并发展成平面。因此,线条是表达形状的主要媒介。在计算机建模中,首先提取了模型的主要特征,绘制了汽车轮廓和块面的轮廓;然后提取模型的过渡特征,绘制曲面与曲面之间的边界线;最后,提取了模型的附加特征,并通过切割和添加技术对模型的细节进行了处理。车身建模流程图如图3-4所示。图3-4车身建模流程图3.4.2整体布局汽车建模是非常复杂的,它是不可能用一个或多个表面来描述的,但通过一定数量的曲面组合表达式,最终模型将有数百甚至数千个曲面。因此,在整体布局阶段,必须充分了解整车的布局和结构、整车的长度、宽度、高度甚至轴距,然后对整车表面进行分解。通过这些工作,我们清楚地了解了前舱口盖、车顶、前后挡风玻璃和侧壁的特点。还应考虑外墙的顺序和可能出现的问题。3.4.3构造轮廓线建模从构建线框开始。车身表面是由曲线定义的,曲线的质量在很大程度上决定了表面的最终质量。绘制车身曲线并不是一次描述所有的车身结构特征,而是定义从大到小的主要特征线。这些主要特点包括侧面顶部轮廓,窗口线,车轮覆盖线,腰线,正面上端线,前挡风玻璃底线,前轮廓线,后挡风玻璃底线,侧面底线等。大多数车身曲线都是空间曲线,每个曲线的细微变化都会影响曲面和形状。在构造曲线时,我们应该深入分析它的位置关系,如图3-5所示。图3-5造型主要特征线3.4.4曲面创建在创建曲面时,由于汽车模型是对称的,因此只需创建模型的一半,然后可以通过镜像获得模型的另一半。曲面的每个部分都相互连接和约束。表面与表面的连接应该是光滑的,因此相互检查是建模过程中的一项重要工作。从创建眉毛表面开始,就会创建侧面。其次,背面和前表面是指侧面产生的。此时,应检查侧面与前表面和后表面之间连接的公平性。应再次创建屋顶表面,并检查与其他表面的关系。最后,创建车轮表面以完成初始模型的创建,如图3-6所示。图3-6造型初模型3.4.5细化特征在主体的主表面创建后,应优化和调整初始模型的曲线和表面,以改善不合理区域,并对曲面连接的质量进行检查。然后,对表面进行合理切割,并添加各种细节,包括前、后大灯、窗玻璃、格栅、后视镜等。最后,表面是连接的、修剪的、倒角的和镜像的。根据实际情况,描述了分型线,如图3-7所示。图3-7造型细化模型3.5造型方案评析根据概念模型的总体布局和主体结构,采用现代CAS方法进行了多方案建模设计,并选择了两个满意的方案,如图3-8和图3-8所示。从方案一的整体设计风格来看,它有充分的运动意识,更像是一辆迷你跑车。正面突出而丰满,充满时尚感;前大灯是尖锐的三角形,看起来很明亮;格栅简单干燥,视觉效果惊人;在前大灯下,增加一个导向槽,引导气流进入边缘,并从车轮眉毛后面的开口流出。从侧面来说,三条腰线的光滑和硬的设计使形状充满了肌肉感;门的独特轮廓更揭示了它的个性。从空气动力学和设计美学的角度来看,顶部褪色后扰流板都相当不错。后保险杠采用了跑车的扩散器设计,给它一种速度感。独特的运动中心为汽车的形状增添了很多。汽车车身涂上了水晶橙色,使其充满了青春的活力。整辆车形状简单简洁。在表达运动感和时尚感的同时,它最大限度地增加了汽车的空间。第二个方案是创新地将岭南文化的重要特征融入塑料设计,使其充满民族气息。使用曲线和锐利的尾巴使圆润的身体更加完整,