(轉(zhuǎn))現(xiàn)代轎車設(shè)計方法步驟和主要考慮因素
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每一種產(chǎn)品的設(shè)計都有它的工作步驟,轎車作為高級耐用工業(yè)品,更不例外。一輛新型轎車從構(gòu)思、設(shè)計、試驗、定型到成批生產(chǎn),耗費巨大的資金和時間。其中車身開發(fā)設(shè)計是主要部分,約占整車開發(fā)費用和時間的70%,按照傳統(tǒng)方式約需5-6年,采用電子計算機輔助設(shè)計(CAD/CAM),現(xiàn)在從設(shè)計到樣車僅需2年時間或者更短。 (牛牛補充:目前各大汽車公司開始廣泛采用基于電腦CAD/CAM的虛擬設(shè)計技術(shù)來縮短開發(fā)周期和縮減開發(fā)費用。虛擬技術(shù)(Virtual Reality)簡稱為VR,其實就是一種數(shù)字化處理過程。首先是利用電腦建立車輛概念的數(shù)字化模型,然后利用虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)進行整車設(shè)計方案評估,包括整車空氣動力學(xué)、主動安全與被動安全性分析以及疲勞分析等,很多以前需要用實車或樣車來完成的測試工作,已經(jīng)可以逐漸在電腦中實現(xiàn))
確定設(shè)計依據(jù),首先要做廣泛的市場調(diào)查,了解各層次消費者對汽車的需求,分析競爭對手,制定總體方案。根據(jù)總體方案制定車身邊界參數(shù)和總布置方案。車身邊界參數(shù)是指整車的的長、寬、高、輪距、軸距、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車廂長、寬、高、駕駛座椅的可調(diào)整范圍等。初步確定車身的基本技術(shù)數(shù)據(jù)及車內(nèi)結(jié)構(gòu),決定總布置設(shè)計方案(如轎車是二廂或三廂)、驅(qū)動形式(如前置或后置發(fā)動機,前輪或后輪驅(qū)動)和配置高低。
開發(fā)設(shè)計的內(nèi)容分為基型開發(fā)和批量開發(fā)兩個階段。通過基型開發(fā)確定新車方案及車身邊界,目的是試圖找出車身外型、總布置設(shè)計方案及空氣動力學(xué)三者之間的最佳關(guān)系方案。為簡便獲得最佳關(guān)系方案,采取途徑是先繪制相關(guān)草圖,例如外形草圖、內(nèi)飾草圖,在大量草圖的基礎(chǔ)上經(jīng)篩選后再繪制出效果圖,再根據(jù)效果圖制作許多一定比例尺寸的外模型和內(nèi)模型,例如有1:1(內(nèi)模型)、1:2.5、1:4、1:5等等,其中1:2.5外模型要經(jīng)風(fēng)洞試驗,擇優(yōu)選擇其中一些模型再列出各個模型的設(shè)計方案,再試驗,比較,再擇優(yōu)選擇,從而尋找出最佳方案。
有些廠家開發(fā)某種轎車的模型是采用裝配式,即發(fā)動機艙蓋、車身側(cè)面部件可以分段更換,有多種組合,通過風(fēng)洞試驗選出最佳組合方案,可以減少小模型的數(shù)量及工作量。為了降低開發(fā)費用,初期開發(fā)階段一般采用小比例模型,經(jīng)過多次篩選定案,才制作1:1外模型。
風(fēng)洞試驗是模擬汽車道路行駛的試驗,主要解決轎車行駛時的氣流、通風(fēng)、散熱特性。通常需要在汽車或模型表面布置密密麻麻的壓力傳感器。為了布置這些傳感器,技術(shù)人員得在汽車上鉆上千個小孔固定傳感器。
目前世界上各大汽車公司的試驗風(fēng)洞大致分為兩大類,一類可測試氣流特性,另一類可測試氣流及散熱特性。第一類風(fēng)洞中,樣車或模型置于可旋轉(zhuǎn)的園臺上,四輪置放在4個特殊而精密的大天平上,可測量氣動力特性,例如阻力、升力、側(cè)向力等分量,車身表面各點氣流壓力及周圍的氣流場。
第二類風(fēng)洞中,有模擬自然條件的強光及溫濕度控制,可進行樣車及模型在各種速度變化下的溫度測試。在現(xiàn)代風(fēng)洞試驗中,為了準(zhǔn)確快捷,有的公司采用了新技術(shù),例如福特汽車公司采用了一種“壓力感應(yīng)油漆”(PSP)涂抹在被測試車型上,當(dāng)汽車涂上這種壓力感應(yīng)油漆后,工程師便可以在15分鐘內(nèi)對汽車的空氣動力學(xué)性能進行一次全面的測試。
1:1外模型和內(nèi)模型經(jīng)過風(fēng)洞試驗,進行工程分析,再進行1:1外模型表面確認(rèn),經(jīng)過幾輪全尺寸模型的修改、試驗,確定一個模型,進行車身總布置設(shè)計及工程分析,作為設(shè)計圖紙及工裝的原始依據(jù),此時進入了批量開發(fā)階段。工程分析包括采用有限元分析、模態(tài)分析、模擬臺架試驗分析、模擬 碰撞安全分析等。
其中有限元分析是近30年隨電子計算機發(fā)展起來的一種有效工程計算法,它包含離散化、單元分析、整體分析等三步驟計算,無論是車身、梁架、殼體及各種零件的變形和強度都可以通過有限元分析,從而獲得用傳統(tǒng)計算方法難以得到的理想結(jié)果。經(jīng)過工程分析及風(fēng)洞試驗,進入樣車設(shè)計和試制階段,包括樣車的風(fēng)洞試驗、道路試驗。
然后進行零件圖設(shè)計,在計算機系統(tǒng)上建立某一零部件的數(shù)字模型。最后進行生產(chǎn)線工裝及設(shè)備制造,小批試制直至批量生產(chǎn)。
以上是轎車設(shè)計的基本概況。但汽車設(shè)計也有簡繁之分,汽車制造企業(yè)一般按照技術(shù)的復(fù)雜程度分為三類。第一類是技術(shù)復(fù)雜程度最高的全新平臺式開發(fā),從發(fā)動機到底盤,從車身到電氣都要全新開發(fā),花費的時間與費用巨大。
第二種以開發(fā)新車身為主,造型、結(jié)構(gòu)及尺寸都會有變化,同時在發(fā)動機、底盤、電氣方面做繼承式改進。第三種是局部改型。即平臺基本不動,只改變車身的前后部造型和內(nèi)外飾件,或增加一些舒適性功能,配置新的動力總成(發(fā)動機及變速器)等,時間及費用最少。目前在世界上各大汽車企業(yè),采用第一類設(shè)計方式的轎車一般會生產(chǎn)5~6年,但往往每一、兩年會進行局部改型,在燈具、飾件、散熱柵架上做些變化,然后冠以某某年款車型推向市場。
確定設(shè)計依據(jù),首先要做廣泛的市場調(diào)查,了解各層次消費者對汽車的需求,分析競爭對手,制定總體方案。根據(jù)總體方案制定車身邊界參數(shù)和總布置方案。車身邊界參數(shù)是指整車的的長、寬、高、輪距、軸距、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車廂長、寬、高、駕駛座椅的可調(diào)整范圍等。初步確定車身的基本技術(shù)數(shù)據(jù)及車內(nèi)結(jié)構(gòu),決定總布置設(shè)計方案(如轎車是二廂或三廂)、驅(qū)動形式(如前置或后置發(fā)動機,前輪或后輪驅(qū)動)和配置高低。
開發(fā)設(shè)計的內(nèi)容分為基型開發(fā)和批量開發(fā)兩個階段。通過基型開發(fā)確定新車方案及車身邊界,目的是試圖找出車身外型、總布置設(shè)計方案及空氣動力學(xué)三者之間的最佳關(guān)系方案。為簡便獲得最佳關(guān)系方案,采取途徑是先繪制相關(guān)草圖,例如外形草圖、內(nèi)飾草圖,在大量草圖的基礎(chǔ)上經(jīng)篩選后再繪制出效果圖,再根據(jù)效果圖制作許多一定比例尺寸的外模型和內(nèi)模型,例如有1:1(內(nèi)模型)、1:2.5、1:4、1:5等等,其中1:2.5外模型要經(jīng)風(fēng)洞試驗,擇優(yōu)選擇其中一些模型再列出各個模型的設(shè)計方案,再試驗,比較,再擇優(yōu)選擇,從而尋找出最佳方案。
有些廠家開發(fā)某種轎車的模型是采用裝配式,即發(fā)動機艙蓋、車身側(cè)面部件可以分段更換,有多種組合,通過風(fēng)洞試驗選出最佳組合方案,可以減少小模型的數(shù)量及工作量。為了降低開發(fā)費用,初期開發(fā)階段一般采用小比例模型,經(jīng)過多次篩選定案,才制作1:1外模型。
風(fēng)洞試驗是模擬汽車道路行駛的試驗,主要解決轎車行駛時的氣流、通風(fēng)、散熱特性。通常需要在汽車或模型表面布置密密麻麻的壓力傳感器。為了布置這些傳感器,技術(shù)人員得在汽車上鉆上千個小孔固定傳感器。
目前世界上各大汽車公司的試驗風(fēng)洞大致分為兩大類,一類可測試氣流特性,另一類可測試氣流及散熱特性。第一類風(fēng)洞中,樣車或模型置于可旋轉(zhuǎn)的園臺上,四輪置放在4個特殊而精密的大天平上,可測量氣動力特性,例如阻力、升力、側(cè)向力等分量,車身表面各點氣流壓力及周圍的氣流場。
第二類風(fēng)洞中,有模擬自然條件的強光及溫濕度控制,可進行樣車及模型在各種速度變化下的溫度測試。在現(xiàn)代風(fēng)洞試驗中,為了準(zhǔn)確快捷,有的公司采用了新技術(shù),例如福特汽車公司采用了一種“壓力感應(yīng)油漆”(PSP)涂抹在被測試車型上,當(dāng)汽車涂上這種壓力感應(yīng)油漆后,工程師便可以在15分鐘內(nèi)對汽車的空氣動力學(xué)性能進行一次全面的測試。
1:1外模型和內(nèi)模型經(jīng)過風(fēng)洞試驗,進行工程分析,再進行1:1外模型表面確認(rèn),經(jīng)過幾輪全尺寸模型的修改、試驗,確定一個模型,進行車身總布置設(shè)計及工程分析,作為設(shè)計圖紙及工裝的原始依據(jù),此時進入了批量開發(fā)階段。工程分析包括采用有限元分析、模態(tài)分析、模擬臺架試驗分析、模擬 碰撞安全分析等。
其中有限元分析是近30年隨電子計算機發(fā)展起來的一種有效工程計算法,它包含離散化、單元分析、整體分析等三步驟計算,無論是車身、梁架、殼體及各種零件的變形和強度都可以通過有限元分析,從而獲得用傳統(tǒng)計算方法難以得到的理想結(jié)果。經(jīng)過工程分析及風(fēng)洞試驗,進入樣車設(shè)計和試制階段,包括樣車的風(fēng)洞試驗、道路試驗。
然后進行零件圖設(shè)計,在計算機系統(tǒng)上建立某一零部件的數(shù)字模型。最后進行生產(chǎn)線工裝及設(shè)備制造,小批試制直至批量生產(chǎn)。
以上是轎車設(shè)計的基本概況。但汽車設(shè)計也有簡繁之分,汽車制造企業(yè)一般按照技術(shù)的復(fù)雜程度分為三類。第一類是技術(shù)復(fù)雜程度最高的全新平臺式開發(fā),從發(fā)動機到底盤,從車身到電氣都要全新開發(fā),花費的時間與費用巨大。
第二種以開發(fā)新車身為主,造型、結(jié)構(gòu)及尺寸都會有變化,同時在發(fā)動機、底盤、電氣方面做繼承式改進。第三種是局部改型。即平臺基本不動,只改變車身的前后部造型和內(nèi)外飾件,或增加一些舒適性功能,配置新的動力總成(發(fā)動機及變速器)等,時間及費用最少。目前在世界上各大汽車企業(yè),采用第一類設(shè)計方式的轎車一般會生產(chǎn)5~6年,但往往每一、兩年會進行局部改型,在燈具、飾件、散熱柵架上做些變化,然后冠以某某年款車型推向市場。
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