汽车车身结构与设计课件02-1-车身设计特点及方法

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1、车身设计的特点、方法及流程,车身设计的特点,车身在用材、加工、装配、结构、使用功能等各个方面都与汽车的其他总成大相径庭。 用材：车身上所采用的材料品种很多，除金属和轻合金以外，还大量使用各种非金属材料（如：塑料、橡胶、复合材料、玻璃、油漆、纺织品和木材等）。 加工：包括冲压、装焊、涂饰、内外饰等。 结构：车身壳体（特别是轿车车身）由许多个具有空间曲面外形的大型覆盖件（如顶盖、翼子板和发动机罩等）所组成。 整车外形：既要求整体协调富有美感，又必须保证必要的流线型。 装配：装合这些大型覆盖件时，对互换性和装配准确度有较严格的要求。 使用功能：是载运乘客或货物的活动建筑物，相当于临时住所或流动仓库，

2、兼具实用性和观赏性。,车身设计的特点,由于车身的这些特点，要求车身表面上的各点（空间坐标）连成的曲线必须在纵向和横向两个截面上光顺（传统的设计方法就不得不规定车身图样必须采用坐标网格来表示）。 单纯用图纸无法准确完整地表达车身，必须辅之以1:1的模型。 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，来辅助表达车身这样复杂的空间曲面外形。 在产品设计、生产准备和投产等阶段中，实物可弥补图样的不足，保证成套工艺装备（模具和装焊夹具等）之间以及零部件之间的协调验证。 由于这些特点，与汽车上的其他总成不同，车身设计有一整套自成系统的工作方法。,传统的车身设计方法,传

3、统的车身外形设计过程,传统的车身外形设计过程-初步设计,*为了减轻绘制车身布置图和制作模型过程中反复修改的工作量，在初步设计中常采用缩小的比例（公制：1:5或1:10）。 绘制1:5车身布置图 根据整车的初步控制尺寸（如汽车的总长、总宽、总高、轴距、轮距等）和总布置方案（如发动机和传动系的布置等），绘制1:5车身布置的三视图 。 在1:5车身布置图中，应初步确定车身的主要控制尺寸（如前悬、后悬、前后风窗的位置及倾角，前围板的位置，发动机高度，地板高度、座椅布置、操纵机构布置以及内部空间的控制尺寸等）。,1:5车身布置图,传统的车身外形设计过程-初步设计,2. 绘制彩色效果图 在车身布置图的基础

4、上，绘制多方案的彩色效果图。 彩色效果图有多种表现形式，如表示整车的和表示局部效果的。 整车彩色效果图最好按照透视规律绘制并配以色彩，要求逼真形象，以收到未来新车型跃然纸上的效果。 局部彩色效果图要求细致刻画和突出需要琢磨的部位，如车头、后尾、前脸以及内饰等。 车身内饰效果图应具体反映出车身内部装饰（如仪表板、座椅、侧壁的覆饰和有关附件等）的效果。 可通过效果图广泛征求意见，初步选定令人满意的方案。,手绘效果图-程正,手绘效果图-程正,手绘效果图-内饰,传统的车身外形设计过程-初步设计,3. 雕塑1:5模型 以1:5车身布置图的外形尺寸和彩色效果图的外观为依据，进行1:5油泥（或石膏）模型的雕

5、塑。 1:5模型应定位安放在刻有坐标网格线（每格距离为200mm的1/5）的平台上，模型上也划分有相应的网格线。 模型的外表各部（如前脸、尾灯、门把手等）应力求细致，以便于观察其立体效果。 在雕塑1:5模型的过程中，出于审美实感的要求，有可能还要对1:5车身布置图和彩色效果图作某些相应的非原则性的补充和小的修改。 以上三步实际上是相辅相成、反复交叉进行的。,雕塑1:5油泥模型,1:5油泥模型,传统的车身外形设计过程-技术设计,1. 绘制1:1线型图 在初步设计的基础上进行1:1线型图的绘制。 从线型图可以大致观察汽车的外形轮廓。 该步骤的目的在于发现和修正初步设计中小模型上所存在的问题。 可以

6、通过从各个角度面对竖置的线型图进行观测，检验放大后的效果，以便进行适当的修改，从而避免后续各步少走弯路，避免不必要的返工。 *目前均采用一定宽度的有色胶带，粘在画有网格线的聚酯薄膜上形成线型图，比之前的黑板图更醒目且更简便。,1:1线型图,传统的车身外形设计过程-技术设计,2. 雕塑1:1油泥模型 1:1油泥模型实际上是修改后的1:5油泥模型的放大模型。 1:1油泥模型反映了未来新车的立体造型效果，模型上和平台上也都刻画有相应的坐标网格（每格距离为200mm）。 1:1油泥模型要求表面光整、曲线连续、能较准确地反映出车身各部分曲面的外形，以便从此模型上直接取得样板，作为依据绘制主图板。,雕塑1

7、:1油泥模型,1:1油泥模型,传统的车身外形设计过程-技术设计,3. 制作1:1内部模型 1:1内部模型一般均采用木制骨架，其内部覆饰和装备（如仪表板、座椅和方向盘等）则尽量采用或借用实物。 该步骤的目的主要在于检验内部布置尺寸（考虑操纵方便性、乘坐舒适性以及上下车方便性和视野性等）及内部装饰效果。 根据1:1油泥模型和内部模型，可以确定车身表面和车身的结构、门窗位置以及钣金零件的分块等，这时就可着手转入绘制主图板（Master Layout）的工作。,1:1车身内部模型,传统的车身外形设计过程-技术设计,4. 绘制车身主图板 在车身主图板上应反映： 1）车身上的主要轮廓线（包括一系列的截面曲

8、线）。 2）车身上各零件的装配关系。 3）车身上各零件的结构截面。 4）可动件（如车门、发动机罩和行李舱盖等）运动轨迹的校核。,车身主图板,传统的车身外形设计过程-技术设计,4. 绘制车身主图板 车身主图板是车身技术设计中最关键的一环。 由于车身具有大型复杂的空间曲面，必须用三维坐标来表示，为了确保尺寸精度和稳定性，过去往往按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质平台上。 因此“车身主图板”一词可以理解为车身主要轮廓和结构的图板。,传统的车身外形设计过程-技术设计,4. 绘制车身主图板 后来随着新材料的不断涌现，普遍改用厚度

9、为0.15-0.18mm的聚酯薄（膜）片来绘制原“车身主图板”的内容，此后“车身主图板”这个专有名词有时也被称作“车身主图片”。 用聚酯薄膜取代铝板制作车身主图板，有一系列优点：耐用、不变形、可利用化学感光法进行复制、不占用很大空间、便于使用和保存等。,传统的车身外形设计过程-技术设计,4. 绘制车身主图板 为了保证车身零件制造和装配的精度，要求坐标网格线的精度为0.1mm，800mm见方的网格中两条对角线的误差不超过0.2mm，车身图的精度应保证为0.25mm 。 主图片上网格的零线可根据下述原则来选取： 1）高度方向的零线一般取汽车满载时车架纵梁的上翼缘面、地板平面或通过前轮中心的水平线作

10、为零线。 2）宽度方向的零线毫无例外地取汽车的纵向对称中心线作为零线。 3）长度方向的零线通常均选取汽车前轮中心的垂线作为零线。,传统的车身外形设计过程-技术设计,4. 绘制车身主图板 为了减小图面面积，同时考虑便于投影，可将视图适当重叠，但应注意尽可能使线条疏密搭配，勿使其混淆不清，以便于查找和修改。 考虑到投影的方便，前视图和后视图可采用第三象限的画法。 出于制造冲模的需要，主图片上的轮廓线均以零件的内表面为依据（即与实物差一料厚）。,传统的车身外形设计过程-技术设计,5. 绘制车身零件图 车身上各个零件的边界条件可从主图片上获得，通过对零件的具体结构设计所确定的截面形状，又可用来充实主图

11、片的内容。 在车身零件图上也必须绘出相应的坐标网格线，零件的尺寸基准可按标注方便选取任一坐标线或另作辅助基准线，标注曲线上各点的标距应按曲率变化的大小不同选用5、10、15、25、50、100等几种，另一坐标则为诸点至基准线的距离，其准确度为0.25mm（即小数点以后尾数只允许采用0.25、0.5、0.75三种）。,传统的车身外形设计过程-技术设计,5. 绘制车身零件图 为了与主图片取得一致，零件图上的尺寸应按零件的内表面标注。 在零件图上无法表达的复杂曲面，应在图上标注“未注明的零件表面尺寸按主模型量取”。 在传统的车身设计工作中，绝大部分时间都在进行制图这种繁琐重复性的工作（由于车身覆盖件

12、的装配关系是一环扣一环，而车身图纸又都是按坐标进行尺寸标注，所以即使对车身局部外形或尺寸进行改动，也会发生连锁反应，牵一发而动全身，导致制图工作的大量返工。,典型的车身零件图,传统的车身外形设计过程-技术设计,6. 样车试制与试验 该步骤的目的主要在于通过实践检验车身外形和结构设计的合理性，考核其性能、强度和寿命，预先了解制造上的关键等。 试制样品应尽可能与产品一致，但由于试制的数量少，在制造方法上可以和定型产品有所不同。(例如车身上的钣金件可利用简单的模具和胎具手工敲制，而大量生产大多利用正规模具经冲压加工而成）。 由于车身结构和受载工况的双重复杂性，计算机辅助工程分析扔存在一定的局限性，车

13、身结构设计还不能完全依靠仿真计算来进行预测，因此，样车试制和试验工作是产品定型前很重要的一环。,传统的车身外形设计过程-技术设计,7. 制造车身主模型 样车试制试验工作完成后，待产品正式定型后即可转入制造车身主模型（Master model）。 主模型是根据主图片、车身零件图和样板等制造的1:1实体模型。 主模型是重要的设计资料之一，是制造冲模、胎具、装焊夹具、检验样架的主要依据，是大批量生产汽车车身时不可缺少的依据。 由于主模型的制造周期长、造价高，所以在定型前不宜急于制造主模型。,传统的车身外形设计过程-技术设计,7. 制造车身主模型 主模型应按车身覆盖件分块，其分块原则上应当与车身零件一

14、致，并应考虑制造工艺的要求，如拉延深度、压床台面尺寸和板材规格等。 为了便于制造冲模，主模型各块的外表面均是车身覆盖件的内表面。 主模型可以按车身覆盖件在汽车车身中的位置分为外主模型和内主模型两部分，分别表示车身外覆盖件和内部零件的立体表面形状。 外主模型的各块按一定的基准面拼装在其框架上，可构成一个外形和汽车一模一样的外主模型。,前翼子板主模型,轿车外主模型的框架,传统的车身外形设计过程-技术设计,7. 制造车身主模型 内主模型的结构型式和外主模型大致形同。 内主模型的特点是它大多与外主模型有配合关系或装配关系。 内主模型应尽量考虑组装，例如：轿车门框总成，可将前、中、后立柱与上下边梁组装成

15、一体；前、中、后地板与前围板、轮罩等也可设计组装成一体，以便直接协调验证。,轿车地板通道的主模型,发动机罩内板模型,传统的车身外形设计过程-技术设计,7. 制造车身主模型 在汽车的整个投产过程中，主模型相当于“米原器”（保存在法国巴黎的米尺标准模型）。 车身主模型的尺寸要求十分准确，须采用优质木材（楠木、柚木、红松、核桃木等）来制造，制造前必须将木材进行干燥处理（湿度应控制在6%-8%）。 主模型应当存放在温度（10-25）和相对湿度（25%-40%）的室内予以妥善保管。,传统的车身设计方法,传统的车身设计方法：设计工作量大，设计周期长。 应尽量利用计算机代劳，把设计人员从繁琐的重复劳动中解放

16、出来。,现代车身设计技术,*具体来说包括：,车身设计技术,造型设计技术,先进的设计理念等,工程设计技术,计算机辅助造型技术,虚拟现实技术,空气动力学模拟,人机工程技术,数字样机技术,CAE分析和验证技术,模块化设计技术,产品性能设计技术,并行工程等,计算机辅助造型技术（ Computer Aided Styling-CAS ）,又称为计算机辅助工业设计（Computer Aided Industrial Design）,简称CAID。但是在汽车工业中，多称计算机辅助造型设计（CAS）。 计算机辅助造型是随着扫描技术和矢量化技术的发展，在现代车身设计中得到应用的一门新兴的造型技术。 计算机辅助设计，工程分析和制造等技术早已在汽车开发，包括车身设计中得到广泛而普遍的应用。但在造型设计这一领域，九十年代初在汽车工业中还有争议。许多人仍然认为汽车造型设计是属于艺术创作的范畴，全靠造型师的灵感、艺术的想象力和创作意识，计算机几乎无能为力。但在计算机技术，尤其是图形图象技术的迅速发展，计算机辅助工业设计（或计算机辅