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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) 結構相似性。 (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，滿足或者迎合社會的文化藝術需求，其美學價值在于其內外的形態(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對車身造型進行優(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，綜合地進行人體結構、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容 人機工程學的主要研究內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，是確定車廂內有效空間和進行內飾

9、布置的主要依據(jù)。車身內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布置上，或對車身室內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坐椅上時，人體模型上左右兩側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、高剛性是車身結構設計的主題。 (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) 車身結構強度必須能夠承受在其整個使用壽命內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) 車身結構應輕量化，并且有足夠的剛性。 (9) 車身結構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實現(xiàn)高效率的加工 制造

16、和裝配。 (13) 車身結構設計及選材必須保證車輛在整個使用期間內滿足對冷、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) 車身結構設計、結構分塊滿足車身制造工藝的要求。 (16) 車身結構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) 車身結構設計應方便維護，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,,,,