現代車(chē)身設計技術(shù)及發(fā)展趨勢
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摘 要：針對現今國內外汽車(chē)車(chē)身設計過(guò)程當中所運用的各種先進(jìn)技術(shù)，文中介紹了這些技術(shù)在設計過(guò)程中的具體應用;并分析了目前國內外車(chē)身設計的現狀，以及存在的差距;更論述了這些技術(shù)在縮短汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本方面取得的成效。放眼未來(lái)，努力建設我國自主品牌、加大力度研發(fā)核心技術(shù)是我國汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展的必然趨勢。
關(guān)鍵詞：車(chē)身設計;設計技術(shù);發(fā)展趨勢
前言：汽車(chē)的開(kāi)發(fā)周期。下面就以現今在車(chē)身設計過(guò)程中主要運用的一些技術(shù)加以分析由于汽車(chē)工業(yè)具有非常強的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度，因此被看做是一個(gè)國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志 。汽車(chē)工業(yè)發(fā)展到今天，車(chē)身已經(jīng)成為影響它表現各種性能的最大系統之一，尤其是轎車(chē)車(chē)身，它在一定程度上影響著(zhù)汽車(chē)的銷(xiāo)售市場(chǎng)和商品價(jià)值。在過(guò)去的20多年中，人們對于汽車(chē)的安全性，舒適性，耐久性以及可靠性的要求越來(lái)越高，因此，只有持續的改進(jìn)現有的車(chē)身設計技術(shù)，才能縮短。
一、現代車(chē)身設計技術(shù)
1.計算機輔助造型技術(shù)
計算機輔助造型——CAS是現代應用于車(chē)身設計中的一項新技術(shù)。CAS技術(shù)和傳統的仿形法相比有以下一些特色和優(yōu)勢：
(1)在減小勞動(dòng)強度的同時(shí)，也省去了制作比例模型的環(huán)節，更加縮短了造型周期;對于一個(gè)完整的轎車(chē)車(chē)身， CAS技術(shù)可以使車(chē)身內部三維可加工數字模型的制作任務(wù)在20~30個(gè)工作日內完成。
(2)擺脫了三坐標測量結果以及手工模型制造所產(chǎn)生的影響，提高了數據的準確性，并且為提高最終模型的準確性打下了良好的基礎。
(3) CAS階段生成的數據可以為后續工程提供數字模型。
2.空氣動(dòng)力學(xué)模擬
在新式汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程當中，假如采用風(fēng)洞實(shí)驗這個(gè)傳統的研究方法，那么就必須準備實(shí)車(chē)或者模型，這樣一來(lái)不僅使得費用高，而且周期很長(cháng);不同狀態(tài)下的三維流場(chǎng)的具體情況在試驗過(guò)程中也很難觀(guān)察的到，這樣就使試驗研究受到很大的限制。如果運用流體動(dòng)力學(xué)模擬計算，則不需要實(shí)車(chē)或者模型，這樣一來(lái)就節省了大量的測試成本;可以在開(kāi)發(fā)的初始階段預測;并且可以隨時(shí)對設計方案進(jìn)行修改，設計部門(mén)就可以參考得到的這些三維流場(chǎng)的詳細信息�？諝鈩�(dòng)力學(xué)模擬的應用大多在轎車(chē)的造型設計方面，它主要強調轎車(chē)整體的流線(xiàn)型以及完美的空氣動(dòng)力性，最大限度的減少空氣阻力和空氣升力，從而提高了轎車(chē)運行過(guò)程中的經(jīng)濟性和操縱的穩定性 。
3.虛擬現實(shí)技術(shù)
虛擬現實(shí)技術(shù)就是一種利用多媒體將信息進(jìn)行可視化呈現在用戶(hù)的面前，讓用戶(hù)有一種身臨其境的感覺(jué)的這樣一種技術(shù)。它是目前主要的一些國際汽車(chē)制造商和設計公司用來(lái)展示自己實(shí)力和輔助設計的手段。虛擬現實(shí)技術(shù)除應用在造型設計中，還在汽車(chē)設計及其他領(lǐng)域中得到了廣泛應用。運用虛擬現實(shí)技術(shù)，設計人員突破了傳統的束縛，可以更加充分的發(fā)揮自己的創(chuàng )造潛能，而不再僅僅局限于固定的油泥模型。并且能夠在自己的設計過(guò)程中融入更多的藝術(shù)性和實(shí)用性的因素，從而使得設計出來(lái)的車(chē)子外觀(guān)和功能可以實(shí)現有機的結合和統一。
4.模塊化設計技術(shù)
模塊化設計是一種創(chuàng )新的思維，同時(shí)它也是綠色設計的方法之一。在模塊化的設計過(guò)程當中，模塊之間的聯(lián)接是固定的，而在裝配的時(shí)候也是以模塊為基礎，在它上面集成了很多零件，并實(shí)現按功能把整個(gè)車(chē)分成幾大模塊。這樣的話(huà)即使零件變化模塊也不會(huì )變。在實(shí)際過(guò)程中模塊間的聯(lián)系要盡可能簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的說(shuō)，模塊化設計可以分為兩個(gè)階段，第一階段是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的系列化;第二階段是對一個(gè)產(chǎn)品單獨進(jìn)行模塊化設計，這樣一個(gè)過(guò)程，需要根據用戶(hù)的特殊要求對這些模塊進(jìn)行選擇和組合 。運用模塊化思想，變形車(chē)的制造可以通過(guò)在相同的模塊上裝配不同的零件，再利用這些不同的模塊裝配而成，從而可以滿(mǎn)足不同人群的個(gè)性化需求。相反的，按照傳統的思想設計汽車(chē)的時(shí)候，都是噴完油漆后的白車(chē)身排著(zhù)長(cháng)長(cháng)的隊伍運到總裝線(xiàn)上;其他的零部件都是一件一件的裝到車(chē)上，這樣不僅使得流水線(xiàn)弄得很長(cháng)，占了很多面積，而且還會(huì )容易使工人裝錯地方，造成不可預知的后果。
5.數字樣機技術(shù)
數字樣機技術(shù)在提高汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量和開(kāi)發(fā)速度方面有著(zhù)非常重要的作用，可以說(shuō)是目前汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主流技術(shù)。數字樣機技術(shù)又叫做DMU 技術(shù)，從宏觀(guān)的角度上看，是一套在并行工程上的開(kāi)發(fā)技術(shù)。產(chǎn)品的一些裝配環(huán)節以及相關(guān)的各種各樣因素在產(chǎn)品的設計階段就已經(jīng)被充分的考慮。裝配時(shí)的復雜性可以通過(guò)在滿(mǎn)足產(chǎn)品的性能和功能的前提下優(yōu)化零部件的裝配結構來(lái)進(jìn)行降低。從微觀(guān)的角度看，它是一項組合了一系列特殊模塊的實(shí)用高新技術(shù)，如運動(dòng)干涉分析，結構優(yōu)化，瀏覽和拆裝仿真分析工具等模塊 。運用了DMU 技術(shù)后，可以在設計的初始階段，發(fā)現一些潛在的設計質(zhì)量問(wèn)題，從而優(yōu)化結構，為機構開(kāi)始階段的可制造性、中間的可裝配性以及后期的可維修性提供非常強大的技術(shù)手段。這樣不僅提高了開(kāi)發(fā)汽車(chē)產(chǎn)品的速度，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。DMU技術(shù)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程當中的應用主要可以體現在以下幾個(gè)方面：
(1)白車(chē)身焊接過(guò)程中的模擬。包括焊點(diǎn)分布、焊接順序、焊槍運動(dòng)空間范圍等。
(2)車(chē)門(mén)玻璃裝配模擬。車(chē)門(mén)的焊接和玻璃總成是一些空間曲面，在可靠度不高的情況下僅僅只靠幾個(gè)斷面來(lái)分析驗證裝配的可行性是非常困難的。然而，具有動(dòng)態(tài)仿真功能的DMU可以在低成本的情況下直觀(guān)地仿真整個(gè)裝配的過(guò)程，從而也避免了設計階段潛在的隱患。
(3)運動(dòng)干涉分析。
6.人機工程技術(shù)
在日常生活中，我們可以看到很多與人機工程學(xué)有關(guān)的問(wèn)題，當然包括一些合理地或者是不合理地事件。但是人機工程技術(shù)應用于車(chē)身產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要是在司機和乘客的乘坐舒適性和駕駛員的視野以及操作方便等方面。在美國，以往的長(cháng)途貨車(chē)司機一般都是很高大的，但是這些年來(lái)，越來(lái)越多拉美裔身材矮小的婦女當起了司機，這樣一來(lái)，那些汽車(chē)制造廠(chǎng)商就必須解決這個(gè)問(wèn)題，沒(méi)過(guò)多久，一種能夠適應不同身體條件的操縱機構被制造了出來(lái)。美國工程師正是利用了人體工程學(xué)技術(shù)才設計出了這一創(chuàng )新成果�，F已用于正式生產(chǎn)的汽車(chē)上。
目前，三維人體模型技術(shù)在車(chē)身設計過(guò)程中的應用已日趨成熟，并且有一些商業(yè)應用軟件可用于計算機輔助設計 。例如，EAI公司的JACK軟件，美國軍方在1988年的時(shí)候就已經(jīng)建立了非常精確的三維人體模型。利用這個(gè)軟件，進(jìn)而可以進(jìn)行站姿和坐姿的預測、舒適性的評價(jià)以及空間適應性的分析。美國福特公司早已將JACK軟件應用在工程項目中，進(jìn)行人機工程分析，從而制造出更具人性化的汽車(chē)，這樣更加的有競爭力。 RAMSIS軟件是德國汽車(chē)技術(shù)開(kāi)發(fā)集團和一些著(zhù)名的汽車(chē)公司比如：奧迪，寶馬，福特，奔馳，保時(shí)捷，大眾以及一些座椅制造商共同開(kāi)發(fā)的。RAMSIS 這款軟件除了提供精確的人體尺寸外，還特別重視于建立模型的應用環(huán)境。它不僅可以精確地測量和分析人體姿勢和運動(dòng)情形，而且還能夠進(jìn)行視覺(jué)模擬，運動(dòng)仿真等交互操作。時(shí)至今日，已有超過(guò)70%的汽車(chē)公司都采用RAMSIS進(jìn)行設計和布局。
7.CAE分析和驗證技術(shù)
CAE就是工程設計中的一種計算機輔助工程分析軟件。它能夠分析固體、流體、電磁，還可以作動(dòng)態(tài)分析、靜態(tài)結構分析以及研究線(xiàn)性、非線(xiàn)性等問(wèn)題�？梢曰\統的說(shuō)，在汽車(chē)設計過(guò)程中，它可以為汽車(chē)中的每一個(gè)部件做分析;但是在實(shí)際工作中CAE主要分析以下3大關(guān)鍵部分即整車(chē)、大總成或者大的子系統、零部件和小總成。CAE技術(shù)是汽車(chē)行業(yè)高速發(fā)展的核心技術(shù)保障，而且也可以為企業(yè)帶來(lái)非�？捎^(guān)的技術(shù)經(jīng)濟效益�？v觀(guān)汽車(chē)的發(fā)展歷史，能夠為汽車(chē)企業(yè)帶來(lái)非常巨大的回報中沒(méi)有什么技術(shù)能與CAE技術(shù)相比。然而，國內CAE應用起步較晚，從上個(gè)世紀八十年代中期到現在已走過(guò)了20多年的發(fā)展，現已進(jìn)入快速發(fā)展期。據統計，由于CAE 技術(shù)的應用，新車(chē)開(kāi)發(fā)期間所用的經(jīng)費占開(kāi)發(fā)總成本的比例是從80%～90%下降到了 8%～12% 。
二、我國汽車(chē)工業(yè)的車(chē)身設計水平
在上個(gè)世紀八十年代的時(shí)候，我國的汽車(chē)工業(yè)水平落后國際水平20多年。從上世紀90 年代開(kāi)始，我國加大力度研發(fā)投資汽車(chē)工業(yè)，在自主研發(fā)創(chuàng )新的同時(shí)引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，逐漸縮短與發(fā)達國家的差距;并且從一開(kāi)始的單一全套產(chǎn)品引進(jìn)到現在慢慢向主要引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的方向轉變。在這樣大的發(fā)展環(huán)境下，僅僅從車(chē)身產(chǎn)品的設計來(lái)說(shuō)，也從開(kāi)始的單純引進(jìn)轉變到現在的自主研發(fā)創(chuàng )新;并且隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對轎車(chē)的需求量不斷增加;因此，企業(yè)開(kāi)始高度重視車(chē)身設計技術(shù)的應用，設計人員的設計手段更是豐富多樣。目前，國內車(chē)身設計技術(shù)狀況具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1. 目前國內部分設計單位的設計水平已經(jīng)達到一定的高度，可以在車(chē)身的設計過(guò)程中利用自身的優(yōu)勢資源，在開(kāi)發(fā)的汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量以及縮短開(kāi)發(fā)周期方面取得了一定的成果。
2. 部分設計單位初步具備了自主開(kāi)發(fā)能力。雖然國內大多數的汽車(chē)產(chǎn)品是通過(guò)技術(shù)的引進(jìn)來(lái)實(shí)現國產(chǎn)化，以及在引進(jìn)的產(chǎn)品基礎上進(jìn)行研發(fā)創(chuàng )新，但是最重要的是在進(jìn)行這些項目時(shí)，我國的一些技術(shù)人員得到了很好的鍛煉，并慢慢掌握了汽車(chē)車(chē)身設計中非常重要的一些輔助設計軟件和CAE等分析軟件，經(jīng)驗和數據得到了一定的積累。
3. 由于經(jīng)濟全球化的影響，我國與國際先進(jìn)的汽車(chē)公司合作的機會(huì )也越來(lái)越多，這樣一來(lái)，在合作的工程中，國外先進(jìn)的設計技術(shù)方法和理念也會(huì )慢慢滲透到國內設計人員的思想中，隨著(zhù)時(shí)間的推移，經(jīng)驗的逐漸積累，從而使國內汽車(chē)設計的效率和自主研發(fā)的能力得到很大的提高。
三、結束語(yǔ)
“目前世界汽車(chē)產(chǎn)業(yè)不斷的進(jìn)行全球性的重組，技術(shù)的創(chuàng )新是獲得勝利的關(guān)鍵 ”。因此，國內汽車(chē)車(chē)身設計技術(shù)的發(fā)展趨勢，是逐步縮短與國際先進(jìn)水平的差距，提高自主創(chuàng )新能力。并且要明確先進(jìn)的技術(shù)和理念在車(chē)身設計中的重要性，重視經(jīng)驗和數據的積累，經(jīng)驗和數據的積累可以靠做項目來(lái)實(shí)現，可以說(shuō)經(jīng)驗和數據的積累在一定程度上是一個(gè)企業(yè)的核心技術(shù)，同時(shí)也是該企業(yè)的一筆寶貴的財富。
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