《汽车文化1》-3-1汽车设计与制造

知识导入汽车作为常用交通工具,我们对它的外形都已经非常熟悉。但是刨开汽车的外表,呈现在我们面前的是其包含众多零部件的复杂的内部装配,一辆普通汽车包含了成千上万个零部件。那么,这些零件是如何被设计并且制造出来,最终成为我们能驾驭的交通工具的呢?汽车的设计与制造是一个耗资巨大且充满复杂技术的工业过程,包括产品设计、样车制作、样车试验、生产准备、制造工艺准备等一系列过程,其中汽车车身和底盘结构的设计是决定汽车未来市场的关键。一、汽车概念设计1、市场调研汽车设计的第一步是市场调研，它是决定新车型成败的关键，是指导后面设计工作的方向和原则。须确定具体的车型（打算生产什么样的汽车）一辆全新车型至少要提前2—3年进行开发准备。那么，怎样才能知道2—3年后推出的车型能否受欢迎呢？方法只有一个：就是根据市场调研情况，了解市场的发展趋势，从而推测两三年甚至更长时间后人们的购车要求。一、汽车概念设计2、市场定位市场调研后必须明确要设计一款什么样的车型，也就是给要设计的新车型进行定位，也就是确定它属于什么类型、什么级别、具有什么突出的特点等。这个层次的设计决定了汽车的造型特点、主要用途、基本性能、价格范围、用户阶层以及生产纲领等。一、汽车概念设计2、市场定位中年人，商务，都行，帕萨特偏稳重，适合事业型的中年人开，低调不失稳重。报价：18.39-33.29万排量：1.4T1.8T2.0T变速箱：自动手动油耗：5.8-8.9L/100k尽管“女汉子”和“霸道总裁”都被定义为全新奥迪Q7的目标消费群体，但更受一汽-大众奥迪重视的则是代表家庭和进取的“暖男”。报价：58.80-81.81万排量：2.0T|3.0T变速箱：自动一、汽车概念设计3、概念草图造型设计师根据市场调查和车型定位，将最初的灵感绘在纸上，经过不断修改，再把它展示给主设计师和其他设计人员讨论。以奥迪汽车设计为例，在一个设计项目开始阶段，大约有5—10名设计师分别绘制草图。每个设计师都设计构想大约4个模型，针对一款车型的设计草图约有30—50张。在此阶段设计师们最关注的并不是造型设计的细节，而是整体形象的视觉化效果。一、汽车概念设计构思草图是记录造型设计师灵感的速写画。奥迪Q7构思草图斯柯达构思草图阿尔法罗密欧构思草图3、概念草图一、汽车概念设计4、造型效果图效果图比草图更细致，不仅局部细节更逼真，而且立体感更强。为了让人们看清各部位的细节，效果图一般都是彩色图，线条已不多见，并有不同角度的视图。一、汽车概念设计彩色效果图是在构思草图的基础上绘制的较正规的绘画,需要正确的比例、透视关系和质感表达。效果图包括外观、内饰及色彩三大部分。外观效果图内饰效果图色彩效果图4、造型效果图二、车身设计1、车身尺寸在设计车身时，首先要考虑车身大小和车身比例。所要设计汽车的级别定位，往往会影响车身的大小，比如，设计一款微型车(MiniCar)、小型车(SmallerCar)或中型车(MidsizeCar)，它们的车身大小肯定不一样。二、车身设计2、造型平衡设计都讲究平衡，作为运动机器的汽车，更要强调平衡设计。平衡是一种感觉，主要是指视觉平衡。比如，国内曾有一款面包车，车身较高，但又比较窄，总让人担心它会翻车。车身造型不仅要前后统一协调，而且内外也要风格统一，这样看着才会自然和谐，也就是达到所谓的平衡。比如新款迷你它的车身线条充满圆角，前照灯为圆形，内饰仪表等的设计更是“一圆到底”。车身比例主要受三大因素影响：一是驾乘室空间，二是行李箱空间，三是发动机位置安排。另外，最小离地间隙、前后保险杠设计和空气动力学特性，也会对车身比例产生较大影响。黄金分割法（1：1.618）在汽车上应用二、车身设计3、车身比例二、车身设计4、车轮尺寸与轴距和轮距二、车身设计5、H点的确定当你评价一款车时，它的内部空间非常重要。在车身内部空间设计中，驾乘人员的位置确定最为重要。因此，设计师用H点来定位座椅在车中的位置H点是指人体躯干与大腿的连接点，相当于人体的胯关节，因此也称为胯点或臀点。在确定车内布局时，设计师常以此点为基点，然后再布局设计其他位置。当H点确定后，车内空间布局基本就确定了。二、车身设计6、电脑效果图当车身尺寸和车内空间安排都确定后，就可以在其确定的基本尺寸上进行车身外形和内饰设计了。电脑技术在汽车设计中的应用极为重要，为了少走弯路并将设计效果逼真地表现出来，现在都是借助计算机辅助设计技术，利用绘图软件在电脑上绘制出非常逼真的三维数据模型。这种三维数据模型的数据可以直接输入五轴铣削加工中心，直接铣削出油泥模型。二、车身设计7、胶带图为了了解新车造型设计的创意，可以用胶带按1:1的比例将新车的轮廓影像在墙壁或展板上展现出来，让设计人员更形象地体会全尺寸的车身外观造型线条，检查每个线条是否足够合理和优美，否则可以重新调整胶带图曲线，直到满意后再还原到油泥模型塑造上。缩小比例油泥模型是在构架上涂敷造型泥雕塑而成。轿车缩小模型常用1:5的比例,即是真车尺寸的1/5。英、美等国采用英制尺寸,模型比例是3/8。二、车身设计8、油泥模型油泥模型完成后，便要用三维测量仪器对泥模型进行测量，测量后生成的数据称点云(PointCloud)，每一个点包含有三维坐标，工程师根据点云使用曲线软件就可以在电脑上构建汽车外形曲面。二、车身设计9、数模构建与工艺设计油泥模型可以随意修改，正是这个特点，可以尽情利用风洞对其进行各种测试。在风洞中主要测试油泥模型的风阻系数以及空气流过车身时产生的效应，观察哪里会产生紊流，哪个部位的设计会影响风阻系数。这个阶段是造型设计师与空气动力学专家合作的阶段，他们共同探讨所遇到的车身造型设计问题，共同改进车身造型，使之趋向完美，既符合造型设计师的审美要求，又能达到空气动力学的高要求。二、车身设计10、风洞测试二、车身设计10、风洞测试三、车身安全设计1、车身鸟笼设计汽车在发生碰撞时，要想保住车内乘员的生命，最有效的办法就是避免驾乘室变形。因此，现在轿车车身都采用类似鸟笼一样的高强度钢材保护，它不仅不易变形，而且还可以按设计要求分散撞击力，减少传递到驾乘室内的撞击力。三、车身安全设计2、车身吸能设计为了保护“鸟笼”在碰撞中不变形，车身结构可以通过牺牲自己而保护“鸟笼”，也就是利用自己的溃缩来吸收一部分碰撞能量，从而让传递到“鸟笼”的冲击力得以减小。因此，在车身前部和后部，可采用强度不是很高的钢材，并通过优化结构使其能够及时吸收碰撞能量。三、车身安全设计3、轻量化车身设计汽车重量不能太大，否则就会影响到汽车的燃油经济性、操控性、动力性和安全性。汽车制造厂商们都在想方设法减轻汽车的重量，也就是进行车身轻量化设计。（1)对强度要求不高的车身部位，可采用重量较轻的薄钢板。（2)对强度要求较高的车身部位，可采用重量较轻的高强度钢板。（3)车身上一些不影响安全性的部位，如发动机舱盖、翼子板等，可采用重量较轻的铝材甚至复合材料。（4)通过优化车身钢板内部构造，如仿鸟骨构造设计，在不降低强度的前提下减轻重量。四、动力系统设计现在一个车型可以配两三种排量的汽油发动机。变速器也可能配备手动和自动两种。这样把不同的发动机与变速器组合起来，动力系统至少就会有4~6种组合。动力系统设计师们要做的主要工作就是怎样让同一种车身形式适应不同动力系统组合的搭配，让不同动力组合在同一种车型上都能得到最佳性能发挥。五、底盘设计车轮和轮胎规格的选择，必须尽早确定，因为它的外圈直径和宽度直接影响到车身比例和内部空间。车轮和轮胎的选择一定要考虑车型定位和性能要求两大因素。比如，轻型货车和大型SUV，最好选择高扁平比的轮胎（轮胎侧壁较高），以保证车辆的承载量：而运动型车辆如跑车等，最好选择宽而扁的轮胎，以增加路感和操控性能。1、车轮和轮胎选择五、底盘设计悬架系统设计中主要有两大诉求：一是保证驾乘人员的乘坐舒适性；二是保证汽车拥有较佳的操控稳定性。但这两方面往往是矛盾的，因此，无论选择哪种悬架，都是根据车型定位做出的妥协方案。悬架系统设计主要考虑五大因素：承载量、操控性、舒适性、制造成本和空间限制。2、悬架形式选择五、底盘设计转向系统是汽车上最重要的安全系统之一，它的性能不仅影响汽车的操控性，更影响汽车行驶的稳定性。如果转向系统失灵，那将是比制动失灵更严重的灾难。转向系统当然也要根据车型定位来进行选择和设计。比如，越野车可能要在坎坷路面上行驶，前轮颠簸非常厉害，为了防止方向盘的振动伤及驾驶人，往往都会选择路感比较柔和模糊的循环球式转向机构；而普通轿车和运动型汽车，则要选择转向力传递直接、路感反馈比较清晰的齿轮齿条式转向机构。3、转向系统的选择五、底盘设计制动系统的设计主要受车型性能要求和制造成本限制。盘式制动比鼓式制动性能更好，且制动盘的直径越大，制动性能越好，通风式或划道式制动盘因散热快使其性能更好。因此，速度较快的跑车，或重量较大的豪华轿车等，大多采用大直径的通风制动盘作为制动器。但是，制动性能越好的制动系统，其制造成本也越高。因此，在一些经济型小轿车上，其后轮制动系统往往采用鼓式制动器，因为这类小型车的速度不是非常快，重量也不大，采用鼓式制动器就可满足性能要求，而且制造成本较低。4、制动系统的选择六、内饰和电气设计轿车内部设计可分为七大部分：内饰板、控制功能键和仪表盘、仪表板和中控台、音响和导航、座椅和安全带、加热通风和空调、地面铺设。上述部件的设计和制造由零部件供应商实施，这些部件的设计与整车设计同步进行，最后由零部件供应商将制造好的部件送到整车装配线上进行装车。1、内饰布局六、内饰和电气设计内饰设计风格和色彩要与外观造型风格统一，要符合车型定位要求和特点。运动型汽车的内饰往往采用纯黑色或深红色，突出质感，内饰造型也要有个性或力量感；商务座驾的内饰则要庄重、大气、简约；家庭用车的内饰设计要实用，其色彩往往采用温馨的暖色调。1、内饰布局六、内饰和电气设计人机工程学设计是指怎样让机械装置更好地适应人体各种要求的设计，比如怎样让各种操作杆或操作钮更方便地控制调节，并且不易出现误操作；怎样让各种仪表或标示符号看得更清楚；怎样让驾驶人能轻松驾驶、让乘员舒舒服服地乘坐等。2、人机工程学设计六、内饰和电气设计随着电子技术的进步，汽车上的用电设备越来越多。汽车上的主要用电设备包括发动机点火系统、各种灯光、空调、影音、仪表和信号显示、风窗刮水器、风窗洗涤器、风窗除霜、电动车窗、电动后视镜、电动座椅、防盗装置、中控门锁、电动转向助力、电子主动安全系统等。3、用电设备与电气线路七、总布置设计汽车设计是个非常复杂的工作，车身、内饰、动力、底盘、附件等设计工序其实差不多是同步进行的，但要想把这些设计工作和谐有效地整合在一起，最终设计出符合设计目标的车型，必须有一个团队负责掌控和协调各个设计任务，保证各个设计任务之间能有效融合、不冲突。二、汽车的制造汽车是一种产品,产品从取得原材料到制成成品所经过的一切劳动阶段,称为该产品的生产制造过程。汽车的制造过程一般是从钢厂采购的钢板进厂算起,分为冲压、焊接、涂装、总装过程,又称四大制造工艺过程。二、汽车的制造

1、汽车冲压

冲压是用一定的设备(冲床)和工装(模具)将钢板剪切变形为所需的形状。汽车制造中的冲压就是将原材料通过一定的冲压,成型(剪切、变形)为汽车零部件(车身、门、大梁等)。二、汽车的制造

2、汽车焊接焊接是利用局部加热和加压或塑化状态使被连接处的金属熔化,依靠金属原子间的结合力使构件结合在一起的方法。焊接可分为三大类:熔焊、压焊、钎焊。二、汽车的制造

2、汽车焊接熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态,不加压力完成焊接的方法。熔焊时,热源将待焊的两工件接口处迅速加热熔化,形成熔池。熔池随热源向前移动,冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成一体。熔焊包括:CO2气体保护焊、螺柱焊、TIG/MIG焊。二、汽车的制造

2、汽车焊接奇瑞点焊机器人点焊二、汽车的制造

2、汽车焊接焊接也采用了流水作业线，焊装生产线一般分成车身焊接、车门、附件焊接区。采用先进的焊接设备,设置专用工装,配置先进的工业机器人。生产线在计算机中心站的监测和控制下,能实现全方位自动装配、自动焊接和质量检测与控制。在汽车车身制造中应用最广的是点焊,焊接的好坏直接影响到车身的强度。二、汽车的制造3、汽车涂装涂装是指将涂料涂覆于(基底表面)物面上经干燥成膜的工艺,或是将涂料在被涂物表面扩散开的操作。固化的涂料膜称为涂膜或漆膜。有两层或两层以上的涂膜组成的复合层称为涂层。汽车要有漂亮的外表,必须进行涂装。只有采用先进的、高效的涂装方法和工艺,才能保证汽车的表面涂装既具有极高的装饰效果,又具有较强的耐蚀性。二、汽车的制造3、汽车涂装汽车车身属于多层涂装,包括涂装前的表面处理(又称前处理,主要工艺是清洗、脱脂、磷化、钝化)、底漆、中间涂料和面漆等复杂的涂装工艺过程。罩光清漆30-40μm，手工喷涂金属色漆10-15μm，手工喷涂中涂漆膜25-30μm，手工喷涂电泳漆膜20-25μm，浸涂磷化膜2-4μm钢板二、汽车的制造3、汽车涂装烘烤是使油膜经过高温烘烤,发生交联固化,牢固地附着在车身表面。中间涂层的主