《數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)》PPT課件

哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,1,第11章 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì),哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)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(shè)計(jì)是指將設(shè)計(jì)信息數(shù)字化，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較，數(shù)字化設(shè)計(jì)更易于捕捉設(shè)計(jì)意圖，修改設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，傳遞設(shè)計(jì)信息，共享設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)字化設(shè)計(jì)是提高制造系統(tǒng)信息采集、傳輸、處理及應(yīng)用等的速度、效率與品質(zhì)并降低其成本的基礎(chǔ)。 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(shí)際產(chǎn)品，而是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)現(xiàn)過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)。與實(shí)際制造相比，它具有如下主要特征：,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,3,11.1 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(jì)算機(jī)里進(jìn)行制造”，VM將提供從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)計(jì)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(xué)汽車工程學(xué)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(xué)汽車工程學(xué)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(jì)算機(jī)生產(chǎn)出“數(shù)字汽車”。不難看出，數(shù)字化工程技術(shù)是一個(gè)跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它包括汽車數(shù)字化定義、仿真、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)集成、優(yōu)化等。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,6,11.2 數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì),1數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì)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(yùn)載要求的實(shí)用價(jià)值，同時(shí)它也是藝術(shù)產(chǎn)品，有美的品質(zhì)，滿足或者迎合社會(huì)的文化藝術(shù)需求，其美學(xué)價(jià)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(shè)計(jì)主要是基于手工設(shè)計(jì)完成的，它分為初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段 20世紀(jì)80年代以來，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)取得了突破性的進(jìn)步，高速圖形工作站和功能強(qiáng)大的CAD系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得國外各大汽車公司紛紛引進(jìn)了CAD/CAM等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行車身設(shè)計(jì)，造型設(shè)計(jì)由此翻開了嶄新的一頁。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,7,11.2 數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì),1數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì)概念,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,8,11.2 數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì),2數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì)步驟 計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)(Computer Aided Styling，CAS)方法的一個(gè)主要 工作是利用計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì) (Computer Aided Geometric Design ，CAGD)方法來進(jìn)行車身幾何造型設(shè)計(jì)， 即在計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)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(jìn)行設(shè)計(jì)和分析， 將其作為主模型來取代傳統(tǒng)造型設(shè)計(jì) 中的立體模型。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,9,11.2 數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì),3仿形法特點(diǎn) 運(yùn)用仿形法進(jìn)行車身設(shè)計(jì)是對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法。它的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 以計(jì)算機(jī)中的三維實(shí)體模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)中解放出來。 (2) 提高了汽車產(chǎn)品規(guī)劃時(shí)的可信度，使設(shè)計(jì)、工藝、模具設(shè)計(jì)和制造人員更好地協(xié)同工作。 (3) 仿形法設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快和精度高的特點(diǎn)，極大地提高了汽車車身設(shè)計(jì)的效率，縮短了開發(fā)的周期。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,10,11.2 數(shù)字汽車造型設(shè)計(jì),3仿形法特點(diǎn) (4) 采用計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)的方法還能夠?qū)嚿碓煨瓦M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 近年來，新的造型設(shè)計(jì)方法呈現(xiàn)如下兩大特點(diǎn)： (1) 在造型設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法使得車身的形式和功能在更高層次上實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合和統(tǒng)一。 采用虛擬設(shè)計(jì)方法后，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)汽車車身，突破了傳統(tǒng)的功能決定形式的束縛，使設(shè)計(jì)中滲入了更多實(shí)用性、藝術(shù)性和綜合因素。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,11,11.3 人機(jī)工程學(xué)分析,11.3.1 人機(jī)工程學(xué)概述 1人機(jī)工程學(xué)的概念 人機(jī)工程學(xué)是從20世紀(jì)50年代開始迅速發(fā)展起來的一門新興的邊緣學(xué)科。它在美國稱為“Human Engineering”，在西歐稱為“Ergonomics”。 它是運(yùn)用人體測量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和生物力學(xué)以及工程學(xué)等學(xué)科的研究方法和手段，綜合地進(jìn)行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理以及力學(xué)等問題研究的學(xué)科。 人機(jī)工程學(xué)的研究對象是人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)，簡稱人機(jī)系統(tǒng)。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,12,11.3 人機(jī)工程學(xué)分析,11.3.1 人機(jī)工程學(xué)概述 2. 人機(jī)工程學(xué)的研究內(nèi)容 人機(jī)工程學(xué)的主要研究內(nèi)容可以概括為以下方面： (1) 機(jī)器系統(tǒng)中直接由人操作或使用的部件，應(yīng)設(shè)計(jì)成便于操作者有效地使用，以保證人機(jī)系統(tǒng)的工作效能達(dá)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(hù)裝置的設(shè)計(jì)要求與數(shù)據(jù)； (3) 人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,13,11.3 人機(jī)工程學(xué)分析,11.3.1 人機(jī)工程學(xué)概述 3. 車身設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)的基本內(nèi)容 研究人與汽車的相互關(guān)系，尋求車身設(shè)計(jì)的規(guī)律和設(shè)計(jì)依據(jù)，是車身設(shè)計(jì)中研究人機(jī)工程學(xué)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(dòng)范圍，是確定車廂內(nèi)有效空間和進(jìn)行內(nèi)飾布置的主要依據(jù)。車身內(nèi)飾布置設(shè)計(jì)中應(yīng)以人體尺寸的“百分位分布值”作為設(shè)計(jì)的尺寸依據(jù)，這是人機(jī)工程學(xué)的基本設(shè)計(jì)原則之一。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,14,11.3 人機(jī)工程學(xué)分析,11.3.2 人體尺寸和人體模型 2. 人體模型 在車身設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)物三維H點(diǎn)人體模型。H點(diǎn)是人體軀干與大腿之間的關(guān)節(jié)點(diǎn)-胯點(diǎn)(Hip point)。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,15,11.3 人機(jī)工程學(xué)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(shè)計(jì)中必須滿足人體的舒適姿勢要求,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,16,11.3 人機(jī)工程學(xué)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(shè)計(jì)中選擇的人體各關(guān)節(jié)角度所確定的駕駛姿勢有關(guān)。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,17,11.3 人機(jī)工程學(xué)分析,11.3.3 人體的姿勢與布置 2. 人體的布置設(shè)計(jì) 車身室內(nèi)的人體布置，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(shè)計(jì)的H點(diǎn)位置，并以此H點(diǎn)代表人體的布置及乘坐的位置。 車身實(shí)際H點(diǎn)是指將實(shí)物三維H點(diǎn)人體模型按規(guī)定的操作程序安放在車內(nèi)坐椅上時(shí)，人體模型上左右兩側(cè)H點(diǎn)標(biāo)記連線的中點(diǎn)。它表示駕駛員或乘員入座后，其胯關(guān)節(jié)中點(diǎn)在車身中的實(shí)際位置。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,18,11.3 人機(jī)工程學(xué)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(dòng)作時(shí)所能產(chǎn)生的作用力大小。手的操縱范圍是車身設(shè)計(jì)中確定轉(zhuǎn)向盤、綜合操縱桿、各種控制按鈕、開關(guān)鍵位置等的必要條件。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,19,11.3 人機(jī)工程學(xué)分析,11.3.5 人眼的視覺和視野范圍 車身設(shè)計(jì)應(yīng)保證駕駛員具有良好的視覺效果，以能減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，提高駕駛時(shí)的環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)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(shí)，其眼睛位置在車身中的統(tǒng)計(jì)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(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,20,11.4 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)和技術(shù)要求 1. 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn) 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面： (1) 車身設(shè)計(jì)是新車型開發(fā)的主要內(nèi)容。 (2) 車身造型是車身設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 (3) 人機(jī)工程學(xué)在車身設(shè)計(jì)中占有極重要的位置。 (4) 不斷提高空氣動(dòng)力學(xué)特性。 (5) 輕量、安全、高剛性是車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主題。 (6) 新材料、新工藝的應(yīng)用不斷促進(jìn)車身設(shè)計(jì)的發(fā)展。 (7) 廣泛應(yīng)用電子控制技術(shù)及電子裝置是車身設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,21,11.4 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)和技術(shù)要求 (8) 市場要素是車身設(shè)計(jì)中選型的前提。 (9) 車身設(shè)計(jì)必須遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求。 (10) 車身設(shè)計(jì)應(yīng)符合“三化”要求，即零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和產(chǎn)品系列化，可簡化生產(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(shè)計(jì)的技術(shù)要求 (1) 車身設(shè)計(jì)應(yīng)符合整車的性能要求及總布置設(shè)計(jì)，不與底盤各總成或部件發(fā)生位置干涉或運(yùn)動(dòng)干涉。 (2) 車身布置設(shè)計(jì)必須提供一個(gè)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(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,22,11.4 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)和技術(shù)要求 (4) 車身的外形和布置設(shè)計(jì)必須保證駕駛員具有良好的視野。 (5) 車身造型設(shè)計(jì)及色彩應(yīng)美觀、新穎、時(shí)代感強(qiáng)。 (6) 車身外形設(shè)計(jì)必須具有低的空氣阻力和良好的高速行駛穩(wěn)定性。 (7) 車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須能夠承受在其整個(gè)使用壽命內(nèi)可能遇到的所有靜力載荷和動(dòng)力載荷，不發(fā)生塑性變形、裂紋或破壞。 (8) 車身結(jié)構(gòu)應(yīng)輕量化，并且有足夠的剛性。 (9) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和附加安全裝置必須保證轎車發(fā)生碰撞時(shí)，對乘員具有保護(hù)作用。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,23,11.4 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)和技術(shù)要求 (10) 車身設(shè)計(jì)必須具有良好的隔音、隔熱性能。 (11) 車身附件設(shè)計(jì)必須滿足其使用的功能要求，并符合法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)條件。 (12) 車身設(shè)計(jì)的選材必須來源豐富、成本低，所選用的材料應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的加工 制造和裝配。 (13) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選材必須保證車輛在整個(gè)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(yīng)能夠再生重復(fù)使用，且對環(huán)境無污染。 (15) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)必須考慮材料的特性。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,24,11.4 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)概述,11.4.1 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)和技術(shù)要求 (17) 車身制造成本應(yīng)盡量降低。 (18) 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)方便維護(hù)，使修復(fù)作業(yè)容易。 (19) 車身設(shè)計(jì)應(yīng)保證車輛維修時(shí)的接近性，應(yīng)便于駕駛員對車輛進(jìn)行日常維護(hù)。 11.4.2 數(shù)字汽車車身設(shè)計(jì)流程 數(shù)字汽車設(shè)計(jì)的主要步驟如下：,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,25,