车身设计第二章

第二章车身设计方法2-1 车身设计的特点及三维坐标系车身设计无论在用材、加工、装配、结构乃至使用功能等各个方面都与汽车上的其它总成大相径庭。

在外形和结构上，车身壳体（特别是轿车车身）是由许多具有空间曲面外形的大型覆盖件（如顶盖、翼子板和发动机罩等）所组成。

对整车外形来说，既要求其整体协调给人以美感，又必须保证必要的流线型。

在装合这些大型覆盖件时，对互换性和装配准确度也有较严格的要求。

因此，要求车身表面上的各点（空间坐标）连成的曲线必须在纵向和横向两个截面上反复协调以使之光顺，这样，传统的设计方法就不得不规定车身图样必须采用坐标网格来表示，但即使如此，也无法单纯依靠图纸准确完整地将其表达出来，而必须辅之以1：1的模型。

对车身这样复杂的空间曲面外形采取了一整套特殊的实物（如外形样板和主模型等）模拟和“移形”（模拟量传递）的办法。

在产品设计、生产准备和投产等阶段中，实物可以补充图样之不足，保证成套工艺装备（模具和装焊夹具等）之间乃至零部件之间的协调验证。

这些特点决定了车身设计有别于汽车上的其它总成而自成一套体系的工作方法。

车身设计的三维坐标系如下。

2-2 传统设计方法早期的车身设计采用传统的设计方法，整个过程是基于手工设计完成的，分为概念设计和技术设计两个阶段。

主要包括手工造型设计、实物模型制作和依据经验的结构设计。

其特点是整个设计过程必须通过实物和图纸结合的方式来表达设计并传递设计的数据信息。

传统设计方法流程框图如下。

一、初步设计为了减轻绘制车身布臵图和制作模型过程中反复修改的工作量，在初步设计中采用缩小的比例（使用公制长度单位的国家多用1：5或1：10的比例。

采用英制长度单位的国家多用3：8的比例）。

（一）绘制1：5车身布臵图根据整车的初步控制尺寸（如汽车的总长、总宽、总高、轴距、轮距等）和总布臵方案（如发动机和传动系的布臵等），绘制1：5车身布臵的三视图。

在此图中，应初步确定车身的主要控制尺寸，如：前悬与后悬、前、后风窗位臵及其倾角。

前围板位臵、发动机高度、地板高度、座椅布臵、操纵机构布臵以及内部空间的控制尺寸等。

（二）绘制彩色效果图在上述车身布臵图的基础上绘制多方案的彩色效果图，此种图有多种表现形式，该图最好按照透视规律绘制并配以色彩，要求逼真、形象，以收到使未来新车型跃然纸上的效果；表示局部效果的，只要求细致刻划和突出需要琢磨的部位，如：车头、后尾、前脸以及内饰等等。

在车身内饰图上应具体地反映出车身内部装饰（如仪表板、座椅、侧壁的覆饰和有关附件等）的效果。

在绘制效果图的过程中，出于审美的要求，往往需要对上述车身布臵图的线型作相应的修改。

初步选定一种满意的方案。

（三）雕塑1：5模型以1：5车身布臵图的外形尺寸和彩色效果图的外观为依据，即可进行雕塑1：5油泥（或石膏）模型。

此模型应定位安放在刻有坐标网格线（每格距离为200mm的1／5）的平台上，模型上也划分有相应的网格线。

模型的外表各部（如前脸、尾灯、门把手等）应力求细致，以便于观察其立体效果。

在雕塑此模型的过程中，出于审美实感的要求，还可能要对1：5车身布臵图和彩色效果图作某些相应的非原则性的补充和小修改。

由此可见，以上三步实际上是相辅相成、反复交叉进行的。

二、技术设计（高级阶段）（一）绘制1：1线型图此图是在初步设计的基础上进行绘制的，因为从线型图可以大致观察汽车的外形轮廓，所以这一步的目的在于发现和修正前一阶段初步设计中小模型上所暴露的问题。

这样可检验放大后的效果，以便作适当的修改，从而避免后续各步走弯路而导致不必要的返工。

（二）雕塑1：1油泥模型此模型实际上是经修改过后的1：5油泥模型的放大模型，它反映了未来新车的立体造型效果，模型上和平台上也都刻划有相应的坐标网格（每格距离为200mm）。

此模型要求表面光整、曲线连续、能较准确地反映出车身各部分曲面的外形。

这样才能从模型上直接取得样板，以供绘制主图板作依据。

（三）制作1：1内部模型此模型一般均采用木制骨架，其内部覆饰和装备（如仪表板、座椅和方向盘等）则尽量采用或借用实物。

其目的主要在于检验内部布臵尺寸（考虑操纵方便性、乘坐舒适性以及上、下车方便性和视野性等）及内部装饰效果。

根据1：1油泥模型和内部模型，可以确定车身表面和车身的结构、门窗位臵以及饭金零件的分块等，这时就可着手转人绘制主图板（Master layout）的工作。

（四）绘制车身主图板在车身主图板上应能反映出：1）车身上的主要轮廓线（包括一系列的截面曲线）。

2）车身上各零件的装配关系。

3）车身上各零件的结构截面。

4）可动件（如车门、发动机罩和行李舱盖等）运动轨迹的校校。

由上所述可见，主图板是车身技术设计中最关键的一环。

由于车身具有大型复杂的空间曲面，必须用三维坐标来表示。

为了确保尺寸精度和稳定性，过去往往以1：1的比例绘制在刻有坐标网格线的铝板上，利用铝板不变形的特性来保证主图板尺寸的稳定性，而铝板则固定于一木质平台上。

因此，“车身主图板”一词可以理解为车身主要轮廓和结构的图板。

（五）绘车身零件图车身上各个零件的边界条件可从主图片上获得，通过对零件的具体结构设计所确定的截面形状，又可用来充实主图片的内容。

在传统的车身设计工作中，几乎绝大部分时间都在从事这种繁琐的、重复性的工作。

特别是由于车身覆盖件的装配关系是一环紧扣一环的，而车身图纸又都按坐标来标注尺寸，所以哪怕是局部外形和尺寸的改动，也会产生连锁反应，导致制图工作的大量返工。

（六）样车试制和试验就车身来说，试制和试验的目的主要在于通过实践来具体检验车身外形和结构设计的合理性，考核其性能、强度和寿命，以及预先了解制造上的关键等。

因此，试制样品应尽可能与产品一致，但由于试制的数量少，在制造方法上可以和定型产品有所不同。

由于车身结构和受载工况的双重复杂性，尽管高速电子计算机的不断涌现和有限元法的采用，为计算复杂结构的近似解提供了方便，但是，目前尚存在着一定的局限性，车身结构设计暂时还难以直接完全依靠计算方法来加以预测。

因此，样车试制和试验工作应认为是产品定型前很重要的一环。

国外的汽车设计人员根据经验并结合理论分析，往往将结构设计得尽可能轻巧些，试验时找到薄弱环节再予以加强，不难悟出，设计的主导思想应是使所设计结构的强度控制在必要强度的下限（即所谓的Under design），然后通过试验来补充强度上的不足之处，以上所述可称之为“加法”设计。

因为，如前所述设计强度过大（Over design），通过试验仍然找不出问题，这样势必造成材料浪费、成本增高，当然也就无从使结构轻量化。

因此，无论从节约能源还是节省钢材等方面来看，后者（实际上是难以实现的“减法”设计）是不足为训的。

总之，对于汽车这样的产品，要想达到产品定型，暂时尚脱离不开严格的试制和试验。

正如 13世纪英国大思想家罗杰尔〃培根所云：“试验科学无需从其它高级科学那儿获得真理。

她是其它一切科学的主宰”。

时至今日，这句名言仍具有十分重要的现实意义。

（七）制造车身主模型主模型是根据主图片、车身零件图和样板等制造的1：1实体模型，它是重要的设计资料之一，同时也是作为制造冲模、胎具、装焊夹具、检验样架的主要依据，它还是大批量生产汽车车身时不可缺少的依据。

主模型的制造周期长、造价高，所以在定型以前不宜急于制造主模型。

主模型应按车身覆盖件分块，分块原则上应当与车身零件一致，并应考虑制造工艺上的要求，如拉延深度、压床台面尺寸和板材规格等。

内主模型的结构型式和外主模型大致相同。

以上所述的各步，只不过是车身外形和主体结构的设计过程，按照传统设计方法，其设计工作量很大，设计周期也长。

所以，应尽量利用电子计算机代劳，以使设计人员从繁琐、重复的劳动中解脱出来，去从事更高一级的工作。

”2-3 现代设计方法一辆全新轿车的开发，从项目开始到最终产品批量生产，一般需要36-50个月的时间。

整个过程大致可以分为产品策划、概念设计、技术设计、产品试制、样车试验和生产准备等几个阶段。

1、产品策划产品策划在项目开发中的作用显得越来越重要，不仅反映客户需求、市场前景，而且直接影响产品开发方式、产品资源利用以及产品性能指标等关键问题。

此外产品策划涉及的面也很广，包括成本分析、投资预算、市场调研、技术方案、材料应用、工艺分析以及供应商的二次开发等内容，需要由产品策划团队协作完成。

2、概念设计概念设计属于产品设计的前期工作，是指从构思产品到确定设计的技术指标、下达产品设计任务书为止的这一设计阶段。

概念设计包括技术任务书的全部内容和一个批准的三维模型。

概念设计是多部门（包括设计、研究、工艺等部门以及销售部门的市场预测）同时来进行的，此种做法也被称之为“同时工程”。

3、技术设计技术设计是在汽车造型评审通过并冻结后进行的结构方面的设计工作。

技术设计包括三维结构设计和二维零件图设计两大方面。

4、产品试制根据试验目的的不同，试验的方式和样车形式也不同。

一般情况下，产品试制分为3个阶段：设计试制、试验试制和生产前试制。

5、样车试验样车试验是产品验证的重要环节。

根据试验对象的不同，车身试验分为整车试验、白车身试验、系统试验和零部件试验；根据试验对象的制造状态不同，车身试验分为A样车、B样车和C样车试验；根据试验目的不同，车身试验分为性能试验和可靠性试验。

6、生产准备生产准备主要完成制造确认和批量生产确认两方面的工作。

制造确认要求生产部门对所有生产设备完成调试并确认合格；批量生产确认要求生产部门确认生产能力可满足生产纲领，并且在生产准备阶段进行试生产，完成所有试生产车辆的生产，解决遗留生产问题，为全面批量生产做好充分的准备。

2-4 CAD设计车身造型主要包括以下几方面的工作内容：外形构思、效果图设计、胶带图设计、CAS设计、模型制作、模型测量和CAD数学建模。

CAD设计的基本流程如图所示。