CATIA汽車設計

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tags: CATIA    時間:2014-03-07 08:54:38
CATIA汽車設計簡介
汽車車身除了要有漂亮的外表和與眾不同的個性特徵,同時還要能安全可靠地行駛,這就需要整個設計過程融入各種相關知識,包括車身結構、製造工藝要求、空氣動力學、人機工程學等。細化開發流程與同步……
CATIA汽車設計正文

汽車車身除了要有漂亮的外表和與眾不同的個性特徵,同時還要能安全可靠地行駛,這就需要整個設計過程融入各種相關知識,包括車身結構、製造工藝要求、空氣動力學、人機工程學等。細化開發流程與同步開發手段,對於設計出消費者認可的新車型至關重要。

汽車車身設計簡單理解是根據一款車型的多方面要求來設計汽車的外觀及內飾,使其在充分發揮性能的基礎上藝術化。汽車車身除了要有漂亮的外表和與眾不同的個性特徵,同時還要能安全可靠地行駛,這就需要整個設計過程融入各種相關的知識:車身結構、製造工藝要求、空氣動力學、人機工程學、工程材料學、機械製圖學、聲學和光學知識。從一個靈感到最後實現,需要一系列的步驟。得到市場的認可,性能優良的內,再加上一襲新衣包裝,才是新車待嫁時。下面,讓我們看看正向設計如何為一款新車設計嫁衣

項目策劃

項目策劃包括:項目計劃、可行性分析、項目決策及組建項目組等幾個方面。圖1為項目策劃階段的示意圖。


1 項目策劃階段示意圖

汽車企業的產品規劃部門必須做好企業產品發展的近期和遠期規劃,具有市場的前瞻性與應變能力。項目前期需要在市場調研的基礎上生成項目建議書,明確汽車形式及市場目標。可行性分析包括:政策法規分析、競爭對手和赫車型、自身資源和研發能力的分析等。

項目論證要分析與審查論點的可行性和論據的可靠性與充分性。經過這一階段,要開發一個什麼樣的車型,類似於同行什麼等級的車型,其性價比方面有哪些創意與特點即展現在我們面前。

項目策劃的最後階段是組建項目組:組建新品開發項目小組、確立項目小組成員的職責、制定動態的項目實施計劃、明確各階段的項目工作目標、規定各分類項目的工作內容、計劃進度和評價要求。

概念設計階段

概念設計在新產品開發中有著重要地位,因此,新產品概念設計流程再造是新產品開發流程再造成敗的關鍵所在。一個全新的汽車創意造型設計分為以下幾部分:

1. 總體布置草圖設計:繪製產品設計工程的總布置圖(如圖2),一方面是汽車造型的依據;另一方面它是詳細總布置圖確認的基礎,在此基礎上將產品的結構具體化,直至完成所有產品零部件的設計。


2 某車型的總布置草圖

2. 造型設計:包含外型和內飾設計兩大部分。

設計階段包含創意草圖和效果圖設計:在這一過程中,要比較競爭對手的產品,拓寬思路,勾畫出多種效果圖,再從中選擇較為滿意的幾種效果圖,供專家小組評審。圖34分別為造型設計階段的草圖與效果圖。創意的過程需全面融入產品設計與產品製造的要求,這個階段要進行多方面的評審與修改,直到最後確定效果圖方案。


3 前期設計草圖

4 設計方案效果圖

3. 油泥模型製作階段

概念設計的最後階段是製作油泥模型:製作3514油泥模型,製作小比例模型主要是為了節約成本及時間。對外觀評審后,選定其中一個製作11油泥模型;根據總布置圖構建11的主模型線圖,接下來製作11的油泥模型。在製作油泥模型的過程中,還需要組織多次總布置驗證,各領域的問題都要考證造型的合理性,直到最後的油泥模型凍結。


5 外型油泥模型

6 內飾油泥模型

產品設計工程階段

油泥模型凍結后,就全面進入到了產品設計階段。產品設計工程是汽車自主創新開發中最為重要的一步,它貫穿整個汽車開發的全過程,包括整車總體布置、汽車工程分析、產品結構分析、具體總成與零部件的詳細設計以及它們之間的相關協調工作。這一階段耗時最長,如果撇開後期的設計改進時間不算,一般需要1年左右的時間。

在產品設計階段,有必要讓供應商提前介入,使產品的設計做得更經濟、合理。要充分利用現代產品設計的手段,加快產品設計進程,縮短產品開發周期。利用三維軟體對產品零部件進行裝配,做各種斷面與干涉檢查,使產品結構尺寸準確無誤;利用有限元分析軟體對產品結構進行有限元模擬分析,產品性能模擬分析要達到合格水平。

1. 整車總布置設計

在前面總布置草圖的基礎上,細化總布置設計,精確地描述各部件的尺寸和位置,為各總成和部件分配準確的布置空間,確定各個部件的詳細結構形式、特徵參數、質量要求等條件。主要的工作包括:發動機艙詳細布置圖、底盤詳細布置圖,內飾布置圖、外飾布置圖以及電器布置圖(如圖7)。


7 整車總布置圖


8 車身造型三維數據

2. 車身造型三維數據生成

油泥模型完成後,使用專門的三維測量儀器(ATOS)對油泥模型進行測量,生成點雲數據,工程師根據點雲使用汽車A面製作軟體來構建外表面(如圖8)。車身造型數據完成後,通常要用這些數據來重新銑削一個樹脂模型(如圖9),目的是驗證車身數據。


9 驗證數據用樹脂模型

3. 主斷面設計

主斷面設計作為車身設計中的一項重要工作,被越來越多的車身設計團隊認可,通過主斷面設計可以前瞻性的將車身結構的設計方案呈現出來,最大限度地指導詳細設計(如圖10)。


10 主斷面圖

4. 白車身設計

汽車車身工程是目前世界汽車工業中研究最活躍、發展最迅速的一個領域。汽車白車身是汽車其他零部件的載體,是以鋼結構為主的支撐部件,它是一個複雜的體系,其零部件數量眾多、結構複雜,製造成本約佔整車的40%60%,通常有300500多個形狀複雜的薄板衝壓零件(如圖11),在5575個工位上大批量、快節奏地焊接而成。


11 某轎車白車身結構設計

轎車車身結構設計是以車身造型設計為基礎進行車身強度設計和功能設計,以期最終找到合理的車身結構型式的設計過程的統稱,其設計質量的優劣關係到車身內外造型能否順利實現和車身各種功能是否能正常發揮。所以,它是完成整個車身開發設計的關鍵環節。

結構設計必須兼顧造型設計的要求,同時應充分考慮諸如結構強度、防塵隔噪性能以及製造工藝等多種設計要求。優良的結構設計可以充分保證汽車整車質量的減小,進而達到改善整車性能、降低製造成本的目的。

完成車身結構設計首先需要明確車身整體的承載形式,並對其做出載荷分析,以便能使載荷在整個車身上分配合理。在此基礎上,進一步做出局部載荷分析,確定各梁的結構形式和聯接方式。因通常轎車存在使用目的和級別上的不同,故常常會產生具體結構上的差異,最終導致它們在功能和價格上的差別。總之,車身結構設計是一個涉及到多方面因素的綜合工程設計問題,常成為車身設計開發中的難點。

5. 內外飾工程設計

1)內飾件設計

轎車的內飾件設計包括:轎車車廂的隔板、門內裝飾板、儀錶板總成、扶手、地毯等零部件和材料。相對於車上其他部件而言,雖然它們對車輛的運行性能沒有什麼影響,但其面目一覽無遺,代表了整部車子的形象,孰優孰劣,決定著轎車的聲譽、檔次以及人們的選擇意向。另外,對於轎車來講,雖然內飾件只是一些輔助性的零配件,但它們要承擔起減振、隔熱、吸音和遮音等功能,對轎車的舒適性起到十分重要的作用。

2)外飾件設計

汽車外飾件設計包括:前後保險杠、散熱器罩、前後外擋泥板、擾流板、玻璃、車門防撞裝飾條、行李架、天窗、後視鏡、車門機構及附件以及密封條。

6. 工程分析階段

在國外,很多大汽車設計公司建立高性能的計算機輔助工程分析系統,其專業CAE隊伍與產品開發同步地廣泛開展CAE應用,在指導設計、提高質量、降低開發成本和縮短開發周期上發揮著日益顯著的作用。CAE應用於車身開發上成熟的方面主要有:剛度、強度(應用於整車、大小總成與零部件分析,以實現輕量化設計)、NVH分析(各種振動、雜訊,包括摩擦雜訊、風雜訊等)、機構運動分析等;而車輛碰撞模擬分析、金屬板件衝壓成型模擬分析、疲勞分析和空氣動力學分析的精度有進一步提高,並已投入實際使用,完全可以用於定性分析和改進設計,大大減少了這些費用高、周期長的試驗次數;虛擬試車場整車分析正在著手研究。此外,還有焊裝模擬分析、噴塗模擬分析等。

在我國,CAE技術在汽車設計上的應用也很廣泛,提高了設計的效果和效率。

樣車試製和試驗階段

1. 樣車試製階段

樣車試製是驗證與完善產品設計的一個過程。樣車的試製要嚴格按照設計數據進行,要能夠切實反映產品的本來面貌,以便發現真實存在的問題。儘管現在擁有先進的設計手段,包括工程計算、工程模擬與模擬等,但樣車的試製和相關試驗是一定要進行的,因為產品的諸多細節問題在設計階段是無法提供全面的數據,並加入工程計算體系的。目前的車身試製手段主要有中熔點、鑄鐵簡易模、工序件等。

2. 樣車試驗階段

試驗要嚴格按照國家相應的標準進行,真實地出具相應的試驗報告,為產品的確認與修改提供依據,為今後產品的正式投產鋪平道路。在樣車試製階段,設計人員要經常跟蹤產品的試製工作,清楚了解現場的進展情況並及時處理可能出現的問題,這對產品的設計修改十分有利。產品的測試報告反映產品的現實狀況,是今後該新車型上目錄的重要依據,要符合國家法規與各項強制性檢查與試驗標準(如圖1213)。


12 道路試驗

13 碰撞試驗

生產準備階段

這一階段包括產品工裝的設計與製造、產品檢查與調試設備的準備、工裝夾具的驗證、生產線的調試等。生產準備的全面完成將一直持續到試生產乃至批量生產階段。在進行樣車試製的同時,要著手進行相關的生產準備工作。車身開發,從某種意義上講不容許產品設計有重大的修改,所以從產品設計的開始,每一步都必須考慮成熟。在產品設計部門不斷地向生產準備部門提供設計文件的同時,生產準備方面也可根據自身的專業設計要求與產品設計人員及時溝通,這將對產品設計和生產準備起到共同的促進作用。

批量生產

這一階段主要聯合供應商進行質量控制,將新車的整車質量打造得盡善盡美,為新車的上市做好準備。

目前,中國的自主品牌在追趕國外先進水平,開發的程序與手段大同小異,如何在這條道路上加快我們追趕的速度,細化開發流程與同步開發手段無疑是我們的有效方法。

 

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