东风经济型轿车车身设计开发及技术研究.pdf
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1、A III Ill 2 0 0 22 Z 车麟技 设计与研夯 窳 缗 髫薪窜 车身设计开发及技术研 究 夏洪 , 夏宏 ( 东风 汽车公 司技术中心轻轿部 , 湖北 十堰4 4 2 0 0 1 摘要 : 概述现代轿车车身 的开发特点 , 介绍了 “ 东风经济型轿车车身设计开发及技术研究 ” 攻关项 目实施过程 中掌握 的现代 轿车车身开发关键技术 。 关键词 : 轿车车 身; 开发 ; 技 术研究 中图分 类号 : U 4 6 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 5 2 5 5 0 ( 2 0 0 2 ) 0 2 0 0 1 1 0 4 Te c hno l o g y r e
2、s e a r c h a nd d e v e l o pme nt o f DONGFENG e c o no mi c c a r b o dy Xi a Ho n g,Xi a Ho n g ( D O N GF E N G A u t o m o t i v e E n g i n e e ri n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f D F M S h i y a n 4 4 2 0 0 1 C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e c h a r a c t e ri s t i c s o f mo d e
3、 m c a r b od y d e v e l o p me n t a r e i n t r od u c e d i n c l u d i n g t h e k e y t e c h n o l o g y w e ma s t e r d u r i n g t h i s p r o j e c t Ke y wo r d s : C ar b o d y ; d e v e l o p me n t ; t e c h n o l o gy r e s e a r c h 随着我国国民经济的快速发展以及对外开放的 扩大, 我国的轿车工业获得了飞速发展 , 轿车产销量 迅速
4、增加 , 产品更新换代的速度也越来越快。轿车车 身是轿车商品性的重要代表, 其质量和成本占整车总 质量和总成本的一半。轿车车身换代频率快、 开发制 造技术含量高, 在轿车中开发起着重要的主导作用。 回顾 1 0 余年来我国轿车的发展历史, 几乎所有 收稿 日期 : 2 0 0 1 1 1 1 5 国家“ 九五 ” 科技攻关项 目: 9 6一A 2 40 3一 叭 作者简 介 : 夏洪 ( 1 9 6 1 ) , 男 , 浙江人 , 高级 工程 师 , 主要从事汽车车身 没计研究 。 夏宏 ( 1 9 6 6 ) ,男 , 湖北 人 ,高级 工程师 , 主 要从事汽车车身设计研 究 。 轿车都是
5、 以合资或购买产权的形式生产 ,由于生产 厂均不具备轿车 自主开发 的能力,只得花费巨额资 金去二次引进 、购买 其换 代产 品产权 进行产 品更 新 。这一现象的产生 ,使人们对轿车开发的技术含 量及迫切性有 了新的认识 ,为了尽快形成我国轿车 自主开发能力 , 我 国汽车工业发展 的 “ 九五” 规划纲 要 明确指 出: “ 整车开发以轿车开发技术为突破 口, 重点突出车身开发技术 ,车身的综合开发水平要达 到国际九十年代水平” 。“ 九五” 期间 , 东风公 司结合 自身的发展需要 ,受国家科技部委托承接并完成 了 “ 东风经济型轿 车车身设计开发及技术研究 ” 、“ 九 五” 国家科技
6、攻关项 目, 在轿车车身开发某些关键技 术方面取得 了重大突破。 维普资讯 http:/ 设计与研穷 1 国外轿车车身开发技术发展概况 随着计算机应用技术的飞速发展 ,国外的轿车 车身设计 已开始步人全计算机化的“ 无图纸” 设计时 代 , 从造型设计 、 车身结构设计与分析 、 整车性能模 拟仿真、 制造工艺模拟分析 、 工艺装备设计 以及模拟 实验等广泛应用计算机辅助技术。同时 ,建立 了完 整的开发数据库系统 ,同步工程也得到广泛应用。 计 算 机 软 硬 件 技 术 的 发 展 使 C A S C AD C A E C A M C A T集成化技术成为可能 ,国外许多公 司已 经开始应
7、用这一新技术 。这项新技术的发展和应用 大大提高了车身开发水平 , 缩短了开发周期 , 节省 了 开发费用。 2 东风经济型轿车车身设计研发主要内容 及 目标 2 1 研 究的主要 内容 轿车车身计算机辅助造型设计 ( C A S ) 技术研究 与应用 ;轿车车身 C A D C A E C A M及一体化技术 ; 车身性能仿真分析与试验研究 ;车身覆盖件成形数 值模拟分析方法研究 ; 轿车车身样车试制技术 。 2 2 产 品主要考核 目标 ( 1 ) 车身尺寸及性能指标 : 尺寸 :车长 4 1 0 0 m m,宽 1 7 0 0 m m, 高 1 5 0 0mm 。 性能指标 :白车身质量
8、2 8 0 k g , 车身刚度一 阶模态3 0 Hz 。 ( 2 ) 车身其他要求 : 全新的车身造型 , 具有民族风格和时代感 ; 车身室内空间宽敞 , 具有 良好的居住性 ; 车身与底盘匹配达到整车设计要求。 ( 3 ) 开发方式要求 : 应用 C AS技术完成车身内、 外造型设计 ; 应用数字化定义及验证 技术 ,实现 3 D表面 电子数据发布 ; 应用人体工程技术 ,设计校核操作 及乘坐方 便性 ; 车身结构和零部件全面运用三维 C A D设计 ; 车身设计过程全面进行 C A E分析。 ( 4 ) 掌握 以上述技术为特征 的国际 9 0年代轿车 车身开发技术 , 达到能运用当代水平
9、的计算机硬、 软 件及其他设备进行独立的轿车车身开发工作 。 ( 5 )建立适合 我 国具体 条件的轿车 车身开发 C A S C A D C A E C A M 的完整的软、 硬件系统。 1 2 3 研制过程 皇20 0 2 。2 Z 车斟 技 围绕 “ 九五”国家科技攻关项 目“ 东风经济型轿 车车身设计开发及技术研究” 的课题 目标 和要求 , 东 风汽车公司从实际出发 , 以东风经济型轿车为载体 , 按照国际上先进的车身设计程序并为实现这一方法 展开了各项技术研究应用 ,在开发的某些关键环节 通过与国外汽车设计公 司的技术合作 ,使我们全面 了解和学习到现代车身开发的最新技术 ,确保了
10、开 发产品的高水准。开发过程如下 。 3 1 轿车车身的概念设计 ( 1 ) 产品定义 产品描述:东风经济型轿车为全新造型的两 厢半轿车 , 在富康 “ Z X ” 底盘平 台基础 上进行 系列化 车型 ( 3厢车和旅行车) 开发 , 同时明确 了该车市场 定位 、 主要竞争 车型 、 生产纲领 、 投产时间 、 整车配置 及装备定义、 目标价格 、 工业化约束条件等。 产品目标: 确定主要指标优先度排序; 车身造 型风格 ; 安全性法规及标准 ; 舒适性定位 ; 整车主要 性能和考虑生态环保及材料再生利用 。 技术描述: 确定车身主要尺寸; 质量 目标; 可 靠性 目标 ; 质量指标 ; 刚
11、度指标 ; 内部噪声 ; 安全性和 气候调节舒适性。 技术目标: 主要考虑车身防腐要求和制造( 冲 压 焊接 油漆 总装) 工艺性两个方面。 ( 2 ) 车身的前期设计 车身前期设计包括 :初步确定车身总布置及硬 点尺寸 ; 初步进行车身结构设计 ; 车身宏观可行性分 析 ( 白车身结构 、 计算分析 、 内饰 、 制造 ) 。 3 2 轿车车身计算机辅助造型设计 ( C A S) 技术 C A S技术是利用专用造型设计软件 ,在各种图 形输入输出设备的支持下直接在计算机上完成复杂 的车身造型设计工作。 为更好地观察设计效果 , 可以 产生光照模型, 并在计算机屏幕上进行移动、 转动 、 缩放
12、等变换 ,可以经过复杂的计算 ,产生逼真的画 面, 并通过高效率录像系统。 制成整车三维模型的旋 转动画 , 甚至可以配上 自然背景 , 产生汽车在实际道 路上行驶的效果。同时 , 通过 N C加工 出实体模型。 东风汽车公 司通过 与国外 汽车设计公 司 的技术 合 作 ,经过几年不断地实践和探索 ,配备 了 C A S工作 的全套软 、硬件设备 ,并利用该技术完成体现 C A S 技术全过程的经济型轿车造型工作 ,主要包括如下 主要环节 : 车身造型的草图创意 ( S C H E T C H) , 包括平面 维普资讯 http:/ 皇20 0 2 2 Z 车 斛技 设计与研究 图和透视 图
13、, 每个方案均配以同一背景 , 不但使设计 效率提高 , 且使方案的选择客观、 准确 ; 绘制生成 比例关系较为精确的车身造型效果 图( R E DE R I NG ) , 每个方案有三个平面视 图、 两个透 视 图, 其背景相同 , 使设计效率提高 , 方案的选择客 观、 准确 ; 根据最终选定的效果图方案 ( 2 D ) , 在计算机 中直接生成建立 3 D模型 ; 对建立 的 3 D模型进行表 面的光顺处理并进 行动态评价 ; 对 3 D模型进行渲染处理 ( 包括彩色、纹理 、 环境 、 背景等 ) 实现了更具真实感 的显示 , 以方便人 们对车身复杂曲面的质量 、车身内外与环境 的协调
14、 性及造型风格进行评价 ; 对 3 D模型进行动画处理 ,模拟汽车在实际 道路上行驶 的效果 ; 采用数控加工方法 ,分别铣削出内外全尺寸 造型模型 , 再对其进行最终修饰( 取代 了传统的油泥 模型的制作 ) 。 3 3 轿车车身表面数字化定义 车身表面数字化定义包括造型模型表面数据采 集 、点数据预处理 、运用专用软件生成车身 A级表 面、适时对表 面进行动态评价 、车身主模型 N C加 工、 车身主模型检测。 ( 1 )模型表面数据采集采用数字照相方式采集 车身表面数据 , 具有测量精度高和效率高的特点。 ( 2 ) 点数据预处理采用 S U R F A C E软件 , 可根据 车身不同
15、区域的造型特点对数据点进行处理。 ( 3 )运用 I C E M S U R F和 C A T I A 5 3两种 国际 上通行主流软件生成精确的车身 A级 曲面 , 并制订 了 A级表面的评价标准 。 3 4 轿车车身计算机辅助设计 、制造和工程分析 ( C AD C AM CA E) 3 4 1 轿 车车 身总布置人体 工程分析 系统的应用 研 究 ( 1 ) 轿车室内布置参数的收集 、 整理及数据库的 建立 人体工程在轿车设计 中的应用首先体现在轿车 室内的人一机布置 , 不同类型 、 不同级别的轿车 , 其 布置参数 的取值是不同的,轿车产品的开发在很大 程度上依赖于这些参数的经验值。
16、多年来 ,东风汽 车公 司共收集 了 7 0多种轿车 1 6 0余种轿车室内布 置及整车尺寸 , 建立了基本 的数据库。 ( 2 ) 建立人体二维和模拟三维计算机模型 二维 H点人体模板的建立。 二维 H点人体模 板是进行汽车室内空间布置的重要工具 ,通过二维 H点人体模板在整车中的摆放 ,来确定座椅参考点 ( S G RP ) 的位置 , 并且可 以对乘坐舒适性和操纵方便 性进行评价。同时 ,二维人体模板也是其他总布置 工具( 比如眼椭圆、 头部包络线等) 的参考基准, 通过 收集资料 , 参 照国外一些公 司, 对照 S A E J 8 2 6建立 了一套二维 H点人体模板 ,包括 5 女
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