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1、哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,1,第11章 數(shù)字汽車車身設計,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,2,11.1 數(shù)字工程概述,11.1.1 虛擬制造概念 數(shù)字化設計是指將設計信息數(shù)字化，與傳統(tǒng)設計相比較，數(shù)字化設計更易于捕捉設計意圖，修改設計錯誤，傳遞設計信息，共享設計數(shù)據(jù)。數(shù)字化設計是提高制造系統(tǒng)信息采集、傳輸、處理及應用等的速度、效率與品質(zhì)并降低其成本的基礎。 11.1.2 虛擬制造的特征 虛擬制造系統(tǒng)基本上不消耗資源和能量，也不產(chǎn)生實際產(chǎn)品，而是產(chǎn)品的設計、開發(fā)與實現(xiàn)過程在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)。與實際制造相比，它具有如下主要特征：,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,3,1

2、1.1 數(shù)字工程概述,11.1.2 虛擬制造的特征 (1) 功能一致性。 (2) 結(jié)構(gòu)相似性。 (3) 組織的靈活性。 (4) 集成化。 (5) 智能化。 11.1.3 虛擬制造的類型 為了能夠“在計算機里進行制造”，VM將提供從產(chǎn)品設計到生產(chǎn)計劃和制造過程優(yōu)化的建模和模擬環(huán)境。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,4,11.1 數(shù)字工程概述,11.1.3 虛擬制造的類型,,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,5,11.1 數(shù)字工程概述,11.1.4 汽車數(shù)字化工程 汽車數(shù)字化工程本質(zhì)上就是要利用計算機生產(chǎn)出“數(shù)字汽車”。不難看出，數(shù)字化工程技術是一個跨學科的綜合性技術，它

3、包括汽車數(shù)字化定義、仿真、可視化、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)集成、優(yōu)化等。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,6,11.2 數(shù)字汽車造型設計,1數(shù)字汽車造型設計概念 汽車作為商品具有雙重性。它首先是功能產(chǎn)品，具有滿足行走和運載要求的實用價值，同時它也是藝術產(chǎn)品，有美的品質(zhì)，滿足或者迎合社會的文化藝術需求，其美學價值在于其內(nèi)外的形態(tài)給人們視覺和觸覺上帶來的享受。 傳統(tǒng)的造型設計主要是基于手工設計完成的，它分為初步設計和技術設計兩個階段 20世紀80年代以來，計算機軟硬件技術取得了突破性的進步，高速圖形工作站和功能強大的CAD系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得國外各大汽車公司紛紛引進了CAD/CAM等先進的設計方法

4、來進行車身設計，造型設計由此翻開了嶄新的一頁。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,7,11.2 數(shù)字汽車造型設計,1數(shù)字汽車造型設計概念,,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,8,11.2 數(shù)字汽車造型設計,2數(shù)字汽車造型設計步驟 計算機輔助造型設計(Computer Aided Styling，CAS)方法的一個主要 工作是利用計算機輔助幾何設計 (Computer Aided Geometric Design ，CAGD)方法來進行車身幾何造型設計， 即在計算機上建立一個雕塑車身的模 型，可以從它的表面任意處得到所有 的曲線和曲面信息來進行設計和分析， 將其作為主模型來取代傳統(tǒng)造型

5、設計 中的立體模型。,,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,9,11.2 數(shù)字汽車造型設計,3仿形法特點 運用仿形法進行車身設計是對傳統(tǒng)設計方法的重大革新，是一種以分析、判斷和優(yōu)選為核心的現(xiàn)代設計方法。它的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1) 以計算機中的三維實體模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計中的主模型，從而把大量人力從繪圖，取樣板，制表面，做模型等繁瑣的勞動中解放出來。 (2) 提高了汽車產(chǎn)品規(guī)劃時的可信度，使設計、工藝、模具設計和制造人員更好地協(xié)同工作。 (3) 仿形法設計充分發(fā)揮了計算機運算速度快和精度高的特點，極大地提高了汽車車身設計的效率，縮短了開發(fā)的周期。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院

6、車輛工程系,10,11.2 數(shù)字汽車造型設計,3仿形法特點 (4) 采用計算機輔助造型設計的方法還能夠?qū)嚿碓煨瓦M行優(yōu)化設計。 近年來，新的造型設計方法呈現(xiàn)如下兩大特點： (1) 在造型設計中逐步擺脫前期手工制作l:5縮比油泥模型的過程。而是采用掃描直接輸入。 (2) 汽車車身造型設計方法使得車身的形式和功能在更高層次上實現(xiàn)有機結(jié)合和統(tǒng)一。 采用虛擬設計方法后，設計師不再局限于固定的油泥模型，可充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性來設計汽車車身，突破了傳統(tǒng)的功能決定形式的束縛，使設計中滲入了更多實用性、藝術性和綜合因素。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,11,11.3 人機工程學分析,11.3

7、.1 人機工程學概述 1人機工程學的概念 人機工程學是從20世紀50年代開始迅速發(fā)展起來的一門新興的邊緣學科。它在美國稱為“Human Engineering”，在西歐稱為“Ergonomics”。 它是運用人體測量學、生理學、心理學和生物力學以及工程學等學科的研究方法和手段，綜合地進行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學等問題研究的學科。 人機工程學的研究對象是人機環(huán)境系統(tǒng)，簡稱人機系統(tǒng)。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,12,11.3 人機工程學分析,11.3.1 人機工程學概述 2. 人機工程學的研究內(nèi)容 人機工程學的主要研究內(nèi)容可以概括為以下方面： (1) 機器系統(tǒng)中直接由

8、人操作或使用的部件，應設計成便于操作者有效地使用，以保證人機系統(tǒng)的工作效能達到最優(yōu)。 (2) 從保證人的安全、健康、舒適和高工作效率出發(fā)，提出環(huán)境控制和安全保護裝置的設計要求與數(shù)據(jù)； (3) 人機系統(tǒng)總體設計的最優(yōu)化。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,13,11.3 人機工程學分析,11.3.1 人機工程學概述 3. 車身設計中人機工程學的基本內(nèi)容 研究人與汽車的相互關系，尋求車身設計的規(guī)律和設計依據(jù)，是車身設計中研究人機工程學的基本內(nèi)容。 11.3.2 人體尺寸和人體模型 1. 人體尺寸 人體尺寸決定了人體所占據(jù)的幾何空間大小和人體的活動范圍，是確定車廂內(nèi)有效空間和進行內(nèi)飾

9、布置的主要依據(jù)。車身內(nèi)飾布置設計中應以人體尺寸的“百分位分布值”作為設計的尺寸依據(jù)，這是人機工程學的基本設計原則之一。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,14,11.3 人機工程學分析,11.3.2 人體尺寸和人體模型 2. 人體模型 在車身設計中，將人體尺寸反映到室內(nèi)布置上，或?qū)嚿硎覂?nèi)空間和布置進行人體尺寸校核，必須借助于二維人體模型樣板、虛擬三維人體模型和實物三維H點人體模型。H點是人體軀干與大腿之間的關節(jié)點-胯點(Hip point)。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,15,11.3 人機工程學分析,11.3.2 人體尺寸和人體模型 通常采用第10、50、95百分位三種尺

10、寸的人體樣板，分別代表矮小、中等、高大三種人體身材。不同百分位的人體樣板的軀干尺寸相同，不同之處是小腿長度A和大腿長度B尺寸不一樣。 11.3.3 人體的姿勢與布置 為使室內(nèi)布置能最大限度地減小駕駛和乘坐的疲勞程度，設計中必須滿足人體的舒適姿勢要求,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,16,11.3 人機工程學分析,11.3.3 人體的姿勢與布置 1. 人體的舒適姿勢 人體駕駛的舒適和疲勞程度與設計中選擇的人體各關節(jié)角度所確定的駕駛姿勢有關。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,17,11.3 人機工程學分析,11.3.3 人體的姿勢與布置 2. 人體的布置設計 車身室內(nèi)的人體布置，

11、就是指在車身布置圖上安放二維人體模型樣板，從而確定出設計的H點位置，并以此H點代表人體的布置及乘坐的位置。 車身實際H點是指將實物三維H點人體模型按規(guī)定的操作程序安放在車內(nèi)坐椅上時，人體模型上左右兩側(cè)H點標記連線的中點。它表示駕駛員或乘員入座后，其胯關節(jié)中點在車身中的實際位置。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,18,11.3 人機工程學分析,11.3.4 人體的操縱范圍 人體的操縱范圍是指人體在正常的駕駛姿勢下四肢所能控制(伸及)的區(qū)域，以及動作時所能產(chǎn)生的作用力大小。手的操縱范圍是車身設計中確定轉(zhuǎn)向盤、綜合操縱桿、各種控制按鈕、開關鍵位置等的必要條件。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車

12、輛工程系,19,11.3 人機工程學分析,11.3.5 人眼的視覺和視野范圍 車身設計應保證駕駛員具有良好的視覺效果，以能減輕駕駛員的負擔，提高駕駛時的環(huán)境適應性，同時提高汽車駕駛安全性。汽車駕駛員的眼橢圓是駕駛員以正常駕駛姿勢坐在坐椅中時，其眼睛位置在車身中的統(tǒng)計分布圖形，由于這種圖形在車身側(cè)視圖和俯視圖中均呈橢圓形狀，故稱眼橢圓。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,20,11.4 數(shù)字汽車車身設計概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設計的基本特點和技術要求 1. 數(shù)字汽車車身設計的基本特點 數(shù)字汽車車身設計的基本特點主要有以下幾個方面： (1) 車身設計是新車型開發(fā)的主要內(nèi)容。 (

13、2) 車身造型是車身設計的關鍵環(huán)節(jié)。 (3) 人機工程學在車身設計中占有極重要的位置。 (4) 不斷提高空氣動力學特性。 (5) 輕量、安全、高剛性是車身結(jié)構(gòu)設計的主題。 (6) 新材料、新工藝的應用不斷促進車身設計的發(fā)展。 (7) 廣泛應用電子控制技術及電子裝置是車身設計發(fā)展的趨勢。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,21,11.4 數(shù)字汽車車身設計概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設計的基本特點和技術要求 (8) 市場要素是車身設計中選型的前提。 (9) 車身設計必須遵守相關標準和法規(guī)的要求。 (10) 車身設計應符合“三化”要求，即零件標準化、部件通用化和產(chǎn)品系列化，可

14、簡化生產(chǎn)、提高工效、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、減少配件品種、方便維修等。 2. 汽車車身設計的技術要求 (1) 車身設計應符合整車的性能要求及總布置設計，不與底盤各總成或部件發(fā)生位置干涉或運動干涉。 (2) 車身布置設計必須提供一個舒適的室內(nèi)空間，具有良好的操縱性和上下車及乘坐方便性。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,22,11.4 數(shù)字汽車車身設計概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設計的基本特點和技術要求 (4) 車身的外形和布置設計必須保證駕駛員具有良好的視野。 (5) 車身造型設計及色彩應美觀、新穎、時代感強。 (6) 車身外形設計必須具有低的空氣阻力和良好的高速行駛穩(wěn)定

15、性。 (7) 車身結(jié)構(gòu)強度必須能夠承受在其整個使用壽命內(nèi)可能遇到的所有靜力載荷和動力載荷，不發(fā)生塑性變形、裂紋或破壞。 (8) 車身結(jié)構(gòu)應輕量化，并且有足夠的剛性。 (9) 車身結(jié)構(gòu)設計和附加安全裝置必須保證轎車發(fā)生碰撞時，對乘員具有保護作用。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,23,11.4 數(shù)字汽車車身設計概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設計的基本特點和技術要求 (10) 車身設計必須具有良好的隔音、隔熱性能。 (11) 車身附件設計必須滿足其使用的功能要求，并符合法規(guī)或標準的技術條件。 (12) 車身設計的選材必須來源豐富、成本低，所選用的材料應能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的加工 制造

16、和裝配。 (13) 車身結(jié)構(gòu)設計及選材必須保證車輛在整個使用期間內(nèi)滿足對冷、熱和腐蝕的抵 抗能力。 (14) 車身的材料應能夠再生重復使用，且對環(huán)境無污染。 (15) 車身結(jié)構(gòu)設計、結(jié)構(gòu)分塊滿足車身制造工藝的要求。 (16) 車身結(jié)構(gòu)設計必須考慮材料的特性。,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,24,11.4 數(shù)字汽車車身設計概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設計的基本特點和技術要求 (17) 車身制造成本應盡量降低。 (18) 車身結(jié)構(gòu)設計應方便維護，使修復作業(yè)容易。 (19) 車身設計應保證車輛維修時的接近性，應便于駕駛員對車輛進行日常維護。 11.4.2 數(shù)字汽車車身設計流程 數(shù)字汽車設計的主要步驟如下：,哈爾濱工業(yè)大學汽車工程學院車輛工程系,25,,,,