数字汽车车身设计.ppt

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1、哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,1,第11章 数字汽车车身设计,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,2,11.1 数字工程概述,11.1.1 虚拟制造概念 数字化设计是指将设计信息数字化，与传统设计相比较，数字化设计更易于捕捉设计意图，修改设计错误，传递设计信息，共享设计数据。数字化设计是提高制造系统信息采集、传输、处理及应用等的速度、效率与品质并降低其成本的基础。11.1.2 虚拟制造的特征 虚拟制造系统基本上不消耗资源和能量，也不产生实际产品，而是产品的设计、开发与实现过程在计算机上的本质实现。与实际制造相比，它具有如下主要特征：,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,3,1

2、1.1 数字工程概述,11.1.2 虚拟制造的特征(1)功能一致性。(2)结构相似性。(3)组织的灵活性。(4)集成化。(5)智能化。11.1.3 虚拟制造的类型 为了能够“在计算机里进行制造”，VM将提供从产品设计到生产计划和制造过程优化的建模和模拟环境。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,4,11.1 数字工程概述,11.1.3 虚拟制造的类型,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,5,11.1 数字工程概述,11.1.4 汽车数字化工程 汽车数字化工程本质上就是要利用计算机生产出“数字汽车”。不难看出，数字化工程技术是一个跨学科的综合性技术，它包括汽车数字化定义、仿真、可视化、虚

3、拟现实、数据集成、优化等。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,6,11.2 数字汽车造型设计,1数字汽车造型设计概念 汽车作为商品具有双重性。它首先是功能产品，具有满足行走和运载要求的实用价值，同时它也是艺术产品，有美的品质，满足或者迎合社会的文化艺术需求，其美学价值在于其内外的形态给人们视觉和触觉上带来的享受。传统的造型设计主要是基于手工设计完成的，它分为初步设计和技术设计两个阶段 20世纪80年代以来，计算机软硬件技术取得了突破性的进步，高速图形工作站和功能强大的CAD系统的出现，使得国外各大汽车公司纷纷引进了CAD/CAM等先进的设计方法来进行车身设计，造型设计由此翻开了崭新的一页

4、。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,7,11.2 数字汽车造型设计,1数字汽车造型设计概念,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,8,11.2 数字汽车造型设计,2数字汽车造型设计步骤 计算机辅助造型设计(Computer Aided Styling，CAS)方法的一个主要工作是利用计算机辅助几何设计(Computer Aided Geometric Design，CAGD)方法来进行车身几何造型设计，即在计算机上建立一个雕塑车身的模型，可以从它的表面任意处得到所有的曲线和曲面信息来进行设计和分析，将其作为主模型来取代传统造型设计中的立体模型。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*

5、,9,11.2 数字汽车造型设计,3仿形法特点 运用仿形法进行车身设计是对传统设计方法的重大革新，是一种以分析、判断和优选为核心的现代设计方法。它的特点主要体现在以下几个方面：(1)以计算机中的三维实体模型代替传统设计中的主模型，从而把大量人力从绘图，取样板，制表面，做模型等繁琐的劳动中解放出来。(2)提高了汽车产品规划时的可信度，使设计、工艺、模具设计和制造人员更好地协同工作。(3)仿形法设计充分发挥了计算机运算速度快和精度高的特点，极大地提高了汽车车身设计的效率，缩短了开发的周期。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,10,11.2 数字汽车造型设计,3仿形法特点(4)采用计算机辅助造

6、型设计的方法还能够对车身造型进行优化设计。近年来，新的造型设计方法呈现如下两大特点：(1)在造型设计中逐步摆脱前期手工制作l:5缩比油泥模型的过程。而是采用扫描直接输入。(2)汽车车身造型设计方法使得车身的形式和功能在更高层次上实现有机结合和统一。采用虚拟设计方法后，设计师不再局限于固定的油泥模型，可充分发挥人的创造性来设计汽车车身，突破了传统的功能决定形式的束缚，使设计中渗入了更多实用性、艺术性和综合因素。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,11,11.3 人机工程学分析,11.3.1 人机工程学概述1人机工程学的概念 人机工程学是从20世纪50年代开始迅速发展起来的一门新兴的边缘学科

7、。它在美国称为“Human Engineering”，在西欧称为“Ergonomics”。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。人机工程学的研究对象是人机环境系统，简称人机系统。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,12,11.3 人机工程学分析,11.3.1 人机工程学概述2.人机工程学的研究内容 人机工程学的主要研究内容可以概括为以下方面：(1)机器系统中直接由人操作或使用的部件，应设计成便于操作者有效地使用，以保证人机系统的工作效能达到最优。(2)从保证人的安全、健康、舒适和高工作效率出发

8、，提出环境控制和安全保护装置的设计要求与数据；(3)人机系统总体设计的最优化。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,13,11.3 人机工程学分析,11.3.1 人机工程学概述3.车身设计中人机工程学的基本内容 研究人与汽车的相互关系，寻求车身设计的规律和设计依据，是车身设计中研究人机工程学的基本内容。11.3.2 人体尺寸和人体模型1.人体尺寸 人体尺寸决定了人体所占据的几何空间大小和人体的活动范围，是确定车厢内有效空间和进行内饰布置的主要依据。车身内饰布置设计中应以人体尺寸的“百分位分布值”作为设计的尺寸依据，这是人机工程学的基本设计原则之一。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,

9、14,11.3 人机工程学分析,11.3.2 人体尺寸和人体模型2.人体模型 在车身设计中，将人体尺寸反映到室内布置上，或对车身室内空间和布置进行人体尺寸校核，必须借助于二维人体模型样板、虚拟三维人体模型和实物三维H点人体模型。H点是人体躯干与大腿之间的关节点-胯点(Hip point)。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,15,11.3 人机工程学分析,11.3.2 人体尺寸和人体模型 通常采用第10、50、95百分位三种尺寸的人体样板，分别代表矮小、中等、高大三种人体身材。不同百分位的人体样板的躯干尺寸相同，不同之处是小腿长度A和大腿长度B尺寸不一样。11.3.3 人体的姿势与布置

10、为使室内布置能最大限度地减小驾驶和乘坐的疲劳程度，设计中必须满足人体的舒适姿势要求,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,16,11.3 人机工程学分析,11.3.3 人体的姿势与布置1.人体的舒适姿势 人体驾驶的舒适和疲劳程度与设计中选择的人体各关节角度所确定的驾驶姿势有关。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,17,11.3 人机工程学分析,11.3.3 人体的姿势与布置2.人体的布置设计 车身室内的人体布置，就是指在车身布置图上安放二维人体模型样板，从而确定出设计的H点位置，并以此H点代表人体的布置及乘坐的位置。车身实际H点是指将实物三维H点人体模型按规定的操作程序安放在车内坐椅上

11、时，人体模型上左右两侧H点标记连线的中点。它表示驾驶员或乘员入座后，其胯关节中点在车身中的实际位置。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,18,11.3 人机工程学分析,11.3.4 人体的操纵范围 人体的操纵范围是指人体在正常的驾驶姿势下四肢所能控制(伸及)的区域，以及动作时所能产生的作用力大小。手的操纵范围是车身设计中确定转向盘、综合操纵杆、各种控制按钮、开关键位置等的必要条件。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,19,11.3 人机工程学分析,11.3.5 人眼的视觉和视野范围 车身设计应保证驾驶员具有良好的视觉效果，以能减轻驾驶员的负担，提高驾驶时的环境适应性，同时提高汽车驾

12、驶安全性。汽车驾驶员的眼椭圆是驾驶员以正常驾驶姿势坐在坐椅中时，其眼睛位置在车身中的统计分布图形，由于这种图形在车身侧视图和俯视图中均呈椭圆形状，故称眼椭圆。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,20,11.4 数字汽车车身设计概述,11.4.1 数字汽车车身设计的基本特点和技术要求1.数字汽车车身设计的基本特点 数字汽车车身设计的基本特点主要有以下几个方面：(1)车身设计是新车型开发的主要内容。(2)车身造型是车身设计的关键环节。(3)人机工程学在车身设计中占有极重要的位置。(4)不断提高空气动力学特性。(5)轻量、安全、高刚性是车身结构设计的主题。(6)新材料、新工艺的应用不断促进车身

13、设计的发展。(7)广泛应用电子控制技术及电子装置是车身设计发展的趋势。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,21,11.4 数字汽车车身设计概述,11.4.1 数字汽车车身设计的基本特点和技术要求(8)市场要素是车身设计中选型的前提。(9)车身设计必须遵守相关标准和法规的要求。(10)车身设计应符合“三化”要求，即零件标准化、部件通用化和产品系列化，可简化生产、提高工效、保证产品质量、降低生产成本、减少配件品种、方便维修等。2.汽车车身设计的技术要求(1)车身设计应符合整车的性能要求及总布置设计，不与底盘各总成或部件发生位置干涉或运动干涉。(2)车身布置设计必须提供一个舒适的室内空间，具有

14、良好的操纵性和上下车及乘坐方便性。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,22,11.4 数字汽车车身设计概述,11.4.1 数字汽车车身设计的基本特点和技术要求(4)车身的外形和布置设计必须保证驾驶员具有良好的视野。(5)车身造型设计及色彩应美观、新颖、时代感强。(6)车身外形设计必须具有低的空气阻力和良好的高速行驶稳定性。(7)车身结构强度必须能够承受在其整个使用寿命内可能遇到的所有静力载荷和动力载荷，不发生塑性变形、裂纹或破坏。(8)车身结构应轻量化，并且有足够的刚性。(9)车身结构设计和附加安全装置必须保证轿车发生碰撞时，对乘员具有保护作用。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,

15、23,11.4 数字汽车车身设计概述,11.4.1 数字汽车车身设计的基本特点和技术要求(10)车身设计必须具有良好的隔音、隔热性能。(11)车身附件设计必须满足其使用的功能要求，并符合法规或标准的技术条件。(12)车身设计的选材必须来源丰富、成本低，所选用的材料应能够实现高效率的加工 制造和装配。(13)车身结构设计及选材必须保证车辆在整个使用期间内满足对冷、热和腐蚀的抵 抗能力。(14)车身的材料应能够再生重复使用，且对环境无污染。(15)车身结构设计、结构分块满足车身制造工艺的要求。(16)车身结构设计必须考虑材料的特性。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,24,11.4 数字汽车车身设计概述,11.4.1 数字汽车车身设计的基本特点和技术要求(17)车身制造成本应尽量降低。(18)车身结构设计应方便维护，使修复作业容易。(19)车身设计应保证车辆维修时的接近性，应便于驾驶员对车辆进行日常维护。11.4.2 数字汽车车身设计流程 数字汽车设计的主要步骤如下：,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,25,