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1、汽车车身设计开发技术与方法第三章汽车车身设计开发技术与方法3.1车身设计方法学3.1.1车身设计开发主要工作内容及流程(程序)1） 车身总布置设计及安全法规计算校核(或三维数字虚拟样机Archetype)2） 造型设计3） 三维曲面和造型面设计4） 1：5或1：4模型及1：1外模型制作或数控加工(或三维数字模型)5） 1：1内模型(或三维数字模型)6） 1：1发动机舱模型(或三维数字模型)7） 1：1地板模型(或三维数字模型)8） 测量与曲面光顺9） 白车身结构详细设计(BIW)(9.1)1：1外模型光顺后数据分块(9.2)车身设计断面的定义与尺寸确定(9.3)密封结构确定与密封件选择(9.4
2、)确定分块线(9.5)与车身有关的设计硬点的确定(9.6)左右侧围设计(A,B,C,D柱设计,前后翼子板设计)(9.7)顶盖设计(外板,横梁与纵边梁设计)(9.8)发动机前围板设计(9.9)A柱下段设计(9.10)发动机舱与前轮包设计(9.11)前后灯具设计(反射面与灯具厂共同设计)(9.12)格栅设计(9.13)前围板设计(9.14)前保险杠设计(9.15)地板总成设计(前中后)(9.16)后门总成设计(9.17)前门总成设计(9.18)尾门总成设计(9.19)前发动机罩设计(9.20) 前风当总成设计10） 内饰、外饰设计11） 先行车,螺钉车或概念车的(Prototype)试制，第二轮试
3、验样车（定型车）试制12） 碰撞与结构分析及结构优化设计13） 成型过程仿真14)模具与工艺工装设计如图3.1.1为车身详细设计阶段面向对象的产品模型(OPM)并行设计流程图OM21T21OM22OM23OM24OM25OM26T22T23T24T25T26T21: CAD T22: DFA可装配设计T23: CAE T24: 评审T25: DFM 可制造设计 T26: CS 碰撞仿真IM21: 输入产品模型，请求详细设计OM21: 向下游预发布零部件信息OM22: 输出 DFA结果OM23: 输出CAE结果OM24: 输出同意或修改概要设计建议OM25: 输出DFM结果输出OM26: CS结
4、果图3.1.1 汽车车身并行详细设计OPM模型OM31T33T35IM32OM22OM13OM34概念设计(造型设计)OM26图3.1.3 汽车车身并行开发过程OPM模型图3.1.4车型数字化设计过程3.1.2车身结构设计方法学11995年后的先进的车身设计技术与方法1995年后车身设计技术发展与客户需求体现在如下几个方面:图3.1.5虚拟产品开发描述图3.1.6白车身设计过程描述图3.1.7并行设计与开发周期降低图3.1.8全数字化设计方法图3.4.9最后完成的结构设计图3.4.10产品设计及工艺设计集成图3.1.11基于参考原型车参数化设计方法图3.1.12参数化结构断面设计图3.1.13
5、全相关参数化的车身开发全过程2车身结构设计方法学复杂的结构实际上是众多简单的设计的叠加组合(复杂设计简单化)任何复杂的车身结构设计与设计结果都是由三个方面决定:(1)满足诸多设计硬点的特征结构设计(HARDPOINTDESIGNAREA),例如,造型面硬点,与车身有关的零部件装配孔面及结构等设计硬点,选定的设计断面结构,造型分界线硬点,造型形状形成的设计断面引导线硬点,车身零件间的焊接装配面,零件的分块线硬点.(2)自由设计区设计(FREEDESIGNAREA),即在满足设计硬点基础上,进行的自由设计区,一般非设计硬点的设计区域都属于自由设计区,自由设计区不同的设计人员会得到不同的设计结果,这
6、也是自由设计区自由的特点,但这不等于自由设计区可以胡乱设计,应遵循如下一些设计原则,以便才能使设计结构更合理,水平更高.(3)结构优化分析(仿真与优化)(CAE/SIMULATION/OPTIMIZATION).因此车身设计过程与方法应满足如下公式:车身结构设计特征(BSDF)=自由设计区自由设计特征(FDF)+断面设计硬点决定的设计特征(SDHF)+造型设计硬点决定的特征(IDHF)+造型决定的断面引导主轴线(一个零件多个断面几何中心连线)特征(ISSF)+其他附件或COPY件等确定的设计硬点特征(CDHF)+零件分块线与焊接边界线等的设计硬点特征(BDHF)即为:BSDF=FDF+SDHF
7、+IDHF+ISSF+CDHF+BDHF车身零件结构的设计过程或设计建模(BSDPorBSDM)=用三维CAD软件完成车身结构设计特征的过程或结果(BSDFPorBSDFM)即为:BSDP=BSDFPBSDM=BSDFM车身设计建模(BDM)=完成所有车身零件的设计建模与装配设计建模的总称(TOL_BSDM)即为:BDM=TOL_BSDM全数字化车身设计开发(BDD)=采用三维CAD软件完成全部车身设计建模,并采用CAD/CAE/CAM一体化技术完成车身设计,结构优化及制造(或制造模具)的全过程(3D_CAD/CAE/CAM_BDM).即为:BDD=3D_CAD/CAE/CAM_BDM3自由设
8、计区的设计方法与设计原则(1)自由设计区的设计方法a先用三维CAD软件将设计硬点确定的结构与特征连接成一体,成为一个粗的异型大面,中间可以用一些平面与设计硬点面的相交获得连接线或导角线.b对设计硬点之间形成的设计区域-自由设计区每一个进行分析,强度和刚度一般性要求的部位一般小于50*50mm的面积区域,可以不加特征结构(加强筋,加强沉孔(如果没有密封要求),折边,卷边等特征结构建模),但要在边界上导角.大于50*50的区域一般要加特征以便加强结构并导角,较大的区域不留任何空地,以便使刚度最大,材料最省.(2)自由设计区的设计准则a最大刚度原则-自由设计区必须尽力获得最大刚度的设计原则,因此,要
9、加加强筋和加强沉孔,以便获得高水平的设计结构.b最轻量化原则-设计结构要确保满足刚度要求的基础上使材料最省的原则,尽可能使结构设计可以使料厚簿一些,没有密封要求的结构可以用沉孔以便轻量化与刚度最大化的双嬴,等要充分考虑结构形式和结构方案.c最大园角原则-自由设计区,一般都是内部结构区域,不在外观缝隙线条区域(最小园角原则,最小值为料厚).因此,为了提高冲压工艺性,减少制造成本,应尽可能设计较大的设计过渡园角.但不能影响设计硬点结构.d特征结构最大斜度原则-筋槽设计的立面尽可能采用较大的斜度.以便获得较好的制造工艺性,防止冲压裂纹和褶皱.e最符合工艺性原则-从设计结构上和面的光顺程度上尽可能获得
10、好的制造工艺性,如材料流动均匀性与制造可能性.f创新与多样化设计原则-自由自由就意味着允许多样化,也就是创新原则.g最复杂化原则,因为模具加工不会增加制造成本,只会降低成本(如材料轻,成本低了).3.2车身总布置设计及安全法规计算校核3.2.1据整车总体设计参数和设计控制硬点,确定车身设计主要参数1) 根据整车总布置设计确定车身设计的有关参数2) 竞争车型主要车身设计参数对比3) 与车身相关的底盘,内饰及附件等零部件的选择和优化a设计原则：充分利用现有平台资源b开发方法：充分利用先进的手段和方法，实现整车优化,如三维CAD/CAE/CAM软件.4) 编制产品设计技术文件-产品描述及产品主要零部
11、件明细表a产品描述爆炸图和目录编制（总成）b整车明细表编制（各底盘及附件总成、内饰件、外饰件等的零件）c车身零部件明细表d产品描述表图3.2.1编制产品明细表5) 整车与车身三维总装配图整车与车身总布置，确定H点，确定坐标系，确定Z=0平面。1995年后世界各国都开始采用三维设计软件设计产品,将所有的零部件及人体模型的外形建成三维数模,并进行总装,实现精确的建模和设计总布置及装配检验.达到布置,对于变形车设计只需局部的布置,如前舱或驾驶舱的布置,如汽车只变化车身,而不变化底盘或其他零件,则可只进行与车身有关的布置.详见第一章总体设计章节.二维图一般要确定坐标系,中国和ISO用右手定则,以前轮中
12、心为X轴0点,向车前为负向后为正,Z轴以车架上平面线为零线,向上为正,无车架承载式地板式车身,以车身地板纵梁平直段上平面或地板下平面为基准平面.Y轴以汽车纵向对称中心面在俯视图的投影线为零线右为正,左为负.德国和欧州用左手定则法规校合与设计分析,车身设计要满足国家有关法规要求,中国的设计规范大多从欧共体标准ECE和美国SAE标准参考来的.3.3造型设计这是进行结构设计的基础和必备过程,见第二章.3.4车身结构设计a) 左/右前车门总成的设计（包括前车门内板、外板、车门铰链、玻璃升降器等的设计）b) 左/右后车门总成的设计（包括后车门内板、外板、车门铰链、玻璃升降器等的设计）c) 左/右侧围总成
13、的设计d) 前围总成的设计e) 顶盖总成的设计f) 地板总成的设计g) 前舱盖板的设计h) 后行李箱门的设计车身包括CLOSET封闭件(车门,前后罩板,玻璃和前后保险杠),白车身(BODYINWHITE),内外饰件和车身附件.白车身(BODYINWHITE)是除车门,前后罩板,玻璃,前后保险杠和内外饰件外的其他金属车身件的统称.过程详见如下各图所示.图3.4.1车身设计断面的分类与编号图3.4.2设计断面选择与结构设计图3.4.3选定车身密封断面的设计方案图3.4.4确定车身基本设计断面图3.4.5用图形表达各个基本设计断面以便管理复杂的设计车身结构设计的步骤与过程如下所述:图3.4.6定义白
14、车身结构图3.4.7定位基本断面图3.4.8基本断面的定位主轴线图3.4.9在主轴线上定位和确定基本断面图3.4.10详细设计基本断面3.4.1封闭件设计封闭件(CLOSET)一般包括4门2盖或5门1盖(有后尾门汽车).(1)车门设计车门外板设计是根据光顺好的整体造型面和车门轮廓线的切割面片基础上加上周边翻边和门锁等特征后的车身零件.一般先将汽车内外外观面整体造型面光顺到A级曲面(CLASSA),同时将造型边界线光顺到A级曲线,然后采用边界线投影到光顺好的大造型面上与造型面相交获得的边界线,并进一步光顺新获得的边界线,然后,再将该线投影到光顺面上获得更新的边界线,重复这一过程直到使面上相投影相
15、交获得边界线达到A级曲线要求为止,然后用最后获得的边界线作为车门边界线,并与大的光顺面相切割而得到车门外板面,然后将锁机构等有关设计硬点特征加上去便完成了车门外板设计(详见如下图片),较大的门外板需与内板或门侧向防撞梁采用传力胶进行支承,绝不允许焊接,因为防止外面热变形.车门内板就是先建立门锁,基于造型面与造型边界线硬点,预先在考虑车门密封要求确定好设计断面,断面考虑门四周边界与门框之间尽可能有等距离间隙(一般816mm),并由密封条将门撑起在空中,并由铰链与锁三点定位门的位置.绝不允许门与门框之间的金属接触.并将众多设计断面摆在造型面与边界上而获得断面引导线硬点,然后,玻璃升降器等COPY件的数模基础上,由这些附件和相关零件考虑到造型特征的三维装配获得的若干个控制点线面(也就是设计硬点)，然后未控制的区域可在满足最大刚度最轻量化等自由设计区设计原则情况下按照工艺性要求进行结构设计，开孔或起筋随结构而定，实际说它难也难，不难
