汽車前期概念設計的案例
汽車設計前期方案策劃階段
在汽車設計產品開發的前期，企業為了進行各種研究與探討，汽車概念設計和概念車在近年來逐漸興起。汽車概念設計，是對下一代車型或未來汽車的總概念進行概括描述，確定汽車的基本參數、基本結構和基本性能的設計。概念設計同樣需要研究產品的開發目的、技術水平、企業條件、目標成本、競爭能力等。汽車概念設計可能只停留在圖紙上和文件上的描述，稱為“虛擬的”概念車;也可能制造出實體的樣車供試驗和研究。汽車概念設計可能只是一種參考方案或技術儲備，也有可能納入正式的產品開發規劃。所以汽車概念設計只供產品開發參考，但也有可能成為正式產品開發規劃的組成部分，或成為新一代車型的初步設計。
將初步設定的要求發放給相應的設計部門，各部門確認各個總成部件要求的可行性以后，確認項目設計目標，編制最初版本的產品技術描述說明書，將新車型的一些重要參數和使用性能確定下來。在方案策劃階段還有確定新車型是否開發相應的變形車，確定變形車的形式以及種類。項目前期策劃階段的最終成果是一份符合市場要求，開發可行性能夠保證得到研發各個部門確認的新車型設計目標大綱。該大綱明確了新車型的形式、功能以及技術特點，描述了產品車型的最終定位，是后續研發各個過程的依據和要求，是一份指導性文件。
展開 基于概念設計的汽車輪轂輕量化設計
摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設計階段對汽車輪轂進行結構尋優。用拓撲優化技術作為概念設計的方法，建立基于變密度拓撲優化方法的汽車輪轂概念設計數學模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設計有限元模型，然后引用折中規劃法解決多工況問題，在Optistruct結構優化軟件中建立汽車輪轂的優化模型和優化參數；利用拓撲優化技術在hyperworks軟件OSSmooth模塊構建了3種輪轂的創新型拓撲結構，分別將3種不同的拓撲結構導入CAD軟件進行二次設計，對二次設計后的新型輪轂進行有限元分析。結果表明：在滿足材料許用應力的前提下，7輻輪轂相比8輻、9輻以及原輪轂更滿足要求，質量比原輪轂減小12.2%。
關鍵詞：概念設計；汽車輪轂；拓撲優化；輕量化
0 引言
節能減排已成為汽車工業發展的主要方向，汽車輕量化是實現汽車節能減排的最佳途徑，合理的結構設計是汽車輕量化的有效手段。汽車輪轂是汽車的重要部件，在行駛過程中，汽車與地面之間的力和力矩都是由輪轂承受和傳遞，輪轂直接影響汽車的整體行駛穩定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性以及外觀形狀，對汽車的整體能源消耗和輪胎壽命有很大影響。我國汽車結構輕量化技術發展迅速，國內很多學者根據有限元仿真技術對汽車現有結構進行了優化，雖然達到了較好效果，但忽略了結構的概念設計階段。
概念設計作為機械產品重要的前期設計階段，很大程度上決定了客戶對產品的功能要求。相對于中后期的結構優化，早期的設計成本更低，設計自由度更高。通過概念設計階段科學的分析計算，建立較為理想的設計模型，減少了設計中后期因為改進需要進行的大量反復修改，既縮短了周期又降低了成本[1-3]。
展開 汽車概念設計草圖
汽車概念設計階段有一個重要的環節就是汽車外觀效果圖階段，汽車外觀效果圖分為汽車形象草圖，汽車概念草圖，汽車彩色效果圖，主要使用的表達手段是汽車設計師手繪的汽車方案效果圖和使用電腦建模制作的汽車外觀效果圖。這個行業如此重視用手繪制汽車效果圖，一方面是由于它是汽車設計行業延續幾十年的傳統技能，直到現在為止，從事汽車設計的人員均受到過長期嚴格的手繪訓練；雖然近二十年來電腦輔助設計手段發展很快，但仍然無法使汽車設計師像手繪那樣隨心所欲地快速捕捉稍縱即逝的創意。另一方面是電腦渲染，雖然精確逼真，但卻缺少汽車手繪效果圖中的情感表達。
汽車構思草圖是速寫畫，用來記錄汽車造型設計師的靈感。構思草圖通常是素描畫（單色繪畫），可以用鉛筆、鋼筆或塑料水筆等工具作畫，圖紙幅面以A4較為適宜。汽車構思草圖必須以汽車總布置設計所定的基本尺寸和形狀為依據。
影響外形三因素：
機械工程學——能夠行駛，堅固耐用
人體工程學——駕駛容易、上下車方便、乘坐舒適
流體力學——空氣阻力
在進行了總體布置草圖設計以后，就可以在其確定的基本尺寸的上進行汽車造型設計了。包括汽車外形設計和汽車內飾設計兩部分。設計草圖是汽車設計師快速捕捉創意靈感的最好方法，最初的汽車設計草圖都比較簡單，它也許只有幾根線條，但是能夠勾勒出設計造型的神韻，汽車設計師通過大量的設計草圖來盡可能多的提出新的創意。這個車到底是簡潔、還是穩重、是復古、還是動感都是在此確定的。當然，如果是汽車逆向設計，則就不需要這個過程了，把別人的車型直接進行點陣掃描，然后在計算機中進行造型勾畫就行了。
作為一位汽車造型設計師，必須具備非常敏銳的洞察力，注意時刻吸取設計靈感，收集潮流信息，了解競爭對手車型，留心其他汽車設計領域發展趨勢，更要注重與消費者、銷售商、汽車工程師的交流溝通等。
展開 純電動汽車正面碰撞概念設計
6 小結
通常情況下，電動汽車的前艙吸能空間并不優于傳統燃油車。為改善前艙吸能空間，電動汽車前艙內的零部件應進行集成，動力總成懸置應緊湊布置。
純電動車正碰車體結構概念設計，可選擇地板縱梁方案或者前縱梁加深方案，后者能夠給動力電池提供更大的空間，所以應該是未來的趨勢。
無論是地板縱梁方案還是前縱梁加深方案，前縱梁根部都是最值得關注的部位，應進行多重強化設計，并增加斜向支撐和前壁板底部橫梁。
如果在第二傳力路徑前端增加延伸梁，在正碰時能夠潰縮吸能，從而改善整體耐撞性，但第二傳力路徑吸收的動能極為有限，只能作為第一傳力路徑的輔助。
本文轉自公眾號模態空間
作者簡介
王朋波，清華大學力學博士，汽車結構CAE分析專家。重慶市科協成員、《計算機輔助工程》期刊審稿人、交通運輸部項目評審專家。專業領域為整車疲勞耐久/NVH/碰撞安全性能開發與仿真計算，車體結構優化與輕量化，CAE分析流程自動化等。
注
本文相當一部分內容來自作者好朋友趙森博士當年的悉心指點。
本文所用的大部分圖片來自作者好朋友盧元甲的大作《純電動汽車平臺與架構》。
展開 
詳解汽車概念設計數字化流程
第一步：繪制草圖
在最初的創意表達階段，設計師要畫出多幅草圖，從多個角度展示新車，并從中篩選出比較貼近定位描述的形態。現代汽車工業中，廣泛應用的計算機輔助設計（CAD）軟件已逐步將設計師從繁重的手工勞動中解放出來，讓他們揮灑創意免受工具的束縛。今天，設計師可以直接在電腦屏幕上創作草圖，并快速生成電子文件。
第二步：創建三維數字模型
完成概念草圖后，設計師需要建立汽車的三維數字模型，也就是讓草圖立體化，以便從各個角度推敲并優化設計方案。傳統汽車設計中采用制作油泥模型的方法，但這種方法不但成本較高，而且耗費時間。三維數字模型以其靈活高效和精確的參數化表達，成為現今流行的做法。
第三步：可視化渲染和動畫處理
為了更好的展示設計成果，汽車設計師們還需要對設計進行可視化渲染和動畫處理。從車漆的顏色，車燈的亮度，到保險杠的紋理，座椅的皮革，從車身對環境光線的反射，到不同天氣條件下的陰影，設計師通過采用歐特克Autodesk Alias 以及Showcase軟件的渲染功能，把這些細節的處理得天衣無縫。而作為電影工作室里明星產品的歐特克三維建模和動畫軟件——Autodesk Maya，目前在汽車設計師中也廣受歡迎。它被廣泛用來制作動畫短片，展示汽車設計的成果。
展開 飛行汽車輪胎概念設計
需要改變能源和出行方式以創造可持續的環境，現如今推出航空輪胎設計概念輪胎。
輪胎可以用來在路上行駛，也可以作為螺旋槳在空中飛行。非氣動設計的傾斜機構允許車輪從陸地上的傳統輪胎移動到水平位置，在該位置，車輪作為推進器將車輛舉升到空中。柔性輻條的設計不僅能支撐汽車的重量，吸收路面顛簸的沖擊，還能像風扇葉片一樣快速旋轉，在輪胎傾斜時提供升力。
多模式設計
Aero是一種多模式傾斜轉子概念。它可以用作動力傳動系統，以傳統的方向傳遞和吸收來自道路的力，也可以充當飛機的推進系統以提供另一方向的升力。配備有能力的車輛，Aero旨在為未來的通勤者提供從道路上空行駛的能力。
非氣動結構
該概念的輪輻旨在提供支撐以承載車輛的重量，并充當風扇葉片以在輪胎傾斜時提供升力。這種無氣輪胎采用非充氣結構，該結構應具有足夠的柔韌性，以減輕在公路上行駛時的沖擊，并具有足夠的強度，以轉子產生垂直升力所需的高速旋轉。
磁力推進
Aero概念將利用磁力提供無摩擦推進。將實現在地面上行駛車輛所需的高轉速，并且在車輪傾斜時將車輛升空并向前推動。
展開 純電動汽車正面碰撞概念設計
6
小結
通常情況下，電動汽車的前艙吸能空間并不優于傳統燃油車。為改善前艙吸能空間，電動汽車前艙內的零部件應進行集成，動力總成懸置應緊湊布置。
純電動車正碰車體結構概念設計，可選擇地板縱梁方案或者前縱梁加深方案，后者能夠給動力電池提供更大的空間，所以應該是未來的趨勢。
無論是地板縱梁方案還是前縱梁加深方案，前縱梁根部都是最值得關注的部位，應進行多重強化設計，并增加斜向支撐和前壁板底部橫梁。
如果在第二傳力路徑前端增加延伸梁，在正碰時能夠潰縮吸能，從而改善整體耐撞性，但第二傳力路徑吸收的動能極為有限，只能作為第一傳力路徑的輔助。
展開 讀書筆記：面向前期設計的船舶數字化設計
推薦本文提出的對于面向前期設計的數字化設計方法。由于文章篇幅較長，我對很多內容進行了裁剪。
這篇文章的筆記會分為兩個部分。本篇筆記著重介紹了前期設計需要解決的問題，并且從中可以看出，為什么需要通過數字化的手段來試圖解決它。
【1】簡介
環境問題已成為主導設計的驅動力。
為了加快船隊的技術更新，提高航運的可持續性，國際海事組織、歐盟和國家當局實施了越來越嚴格的環境法規。
新技術提供的可能性是如此重要，以至于被認為是關鍵實現技術(KETs)。
然而，大多數這些技術都是如此先進，以至于缺乏適當的證明它們在船上的適用性。
由于船舶設計是一個復雜的過程，需要將多個不同的系統(包括電力系統)集成到一個龐大的實體中，并且必須遵守多個強制性約束。每個系統相對于其他系統而言，既是一個合作伙伴(為了使船舶完全運行)，也是一個競爭對手(主要在船上的重量和體積方面)。此外，最終的設計不僅要滿足給定的要求和約束條件，還要盡可能地最大化最重要的船舶設計驅動因素(如減少重量/體積/排放、提高效率、降低成本、最大化有效載荷)。如果一個新的組件、子系統或系統必須在船上集成，設計的復雜性將呈指數級上升，從而使其對船舶的影響很難預測。
新的船舶設計技術是希望確定一種新的設計方法，能夠從早期設計階段就有效地整合所有船上的新技術。要解決的問題在于對一個極其復雜的系統進行技術集成。解決這一問題的理論基礎已經成為現代船舶設計的基礎。實際上，有一些研究已經確定了一種有效的方法來處理復雜系統的設計，方法是將它們劃分為組成部分，保持整體的綜合
(圖1)根據這種方法，可以對艦船設計進行拆分，使現代多學科設計團隊可以完成拆分。
展開 【JY】結構概念設計之（隔震概念設計）
可見傳統的抗震結構是通過結構和結構構件來抵抗并消耗地震能量的，設計時將地震作用作為一種外加荷載，與作用在結構上的其他荷載進行組合來設計和驗算結構是否滿足設計和使用要求。
結構概念設計文章可看：
【JY|理念】結構概念設計之(結構體系概念)
【JY|理念】結構概念設計之(設計理念進展)
然而，在烈度較高地區或是安全級別較高的建筑物，采用傳統的抗震方法較難滿足要求，即便滿足安全要求，也會犧牲建筑功能或是其他要求(如傳統結構設計的醫院，在大震后幾乎喪失了救助能力)。
而隔震和消能減震技術則提供一條新的抗震途徑。尤其是隔震技術，經歷過實際地震檢驗，可以有效的減輕地震作用，提升工程抗震能力，對保護人民生命財產安全、減輕震害具有明顯的經濟效益和社會效益。隔震結構則增加了專門的變形和耗能裝置：橡膠隔震支座和阻尼器（如鉛阻尼器、油阻尼器、鋼棒阻尼器、粘彈性阻尼器、滑板支座等），橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性復位能力、良好的變形能力等特性，此外鉛芯橡膠隔震支座同時還具有消耗地震能量的耗能特性。
此外，傳統的抗震結構體系中，低層建筑物的基本自振周期與地震動的卓越周期接近，而隔震結構體系通過隔震層的設計，使隔震結構的周期延長到2~5秒，能夠有效地降低了結構的地震加速度反應。
隔震技術的被動控制中最為成熟和應用廣泛的就是基礎隔震技術。與傳統抗震技術不同，
基礎隔震技術的設防策略立足于“隔”，采用“拒敵于門外”的防御戰術，“以柔克剛”，利用專門的隔震元件
，在建筑物和基礎之間設置隔震層，將輸入地震波中與結構發生共振的頻率段過濾掉，以集中發生在隔震層的較大相對位移為代價，阻隔地震能量向上部結構的傳遞，大大提高建筑物的可靠性和安全性。
展開 船舶設計讀書筆記：前期方案中的船舶復雜性
對于早期的船舶概念設計來說，要得到一個完整的總布置是
一個挑戰
。
在概念設計中使用復雜性度量的目的是達到成本，其中一
半由船舶本身驅動，另一半由任務系統驅動。
因此，有必要對任務系統
和平臺的復雜性進行建模。
經驗表明(NSRP 2011)，
在設計早期階段制定的船舶布置通常是通過細節設計進行的，沒有任何優化嘗試。有研究指出，艦艇的布置經常在細節設計中變化，設計工程師很難為所有東西找到足夠的空間。
概念設計的決定性任務是大量的解決方案空間，其中包括成百上千種需要評估的備選船舶概念設計。我們需要改進的是探索這個巨大的概念設計解決方案空間的方法。該方法必須同時考慮到替代概念設計在船舶布置方面的復雜性，包括足夠的空間來容納重要的舾裝組件，如HVAC、管道、電纜等。
因此，有必要在早期設計的集成設計環境中體現和度量船舶總復雜性，包括將船舶總復雜性與成本聯系起來。
2.2 把船舶密度（ship density）作為復雜性的衡量標準
船舶密度是衡量船舶布置能力的一種合理的綜合指標，從前
期設計的總體布置到細部設計的深入建模。
一般來說，尺寸越
大，密度越低，越容易布置。
過度密集的設計會增加初始構
建工作中遇到的問題的數量和嚴重程度，增加了設計的復雜性。
復雜性意味著第一艘船成本的增加。
1)為了降低成本而進行的減重努力往往會產生相反的效果;
2)不必要的密集設計必然會增加成本、進度和性能風險;
3)密度測量是一艘船中系統和設備布置緊密程度的充分近似值。
【3】裝備密度對船舶建造工作內容的影響
歐洲船舶設計師和造船商正在積極宣傳設計更大的船體以更好
地適應設備和裝備系統的好處。
展開 Abaqus在一體機整機前期設計中的應用
在一體機的設計階段采用 CAE 技術對一體機在運輸及使用過程中發生的沖擊情況進行仿真，可以使設計人員方便的觀測到設計對產品性能的影響。在設計階段就可以預知設計缺陷，并進行改進，加快了研發進度。
通過對一體機做仿真分析和實際實驗的對比，我們得到了沖擊過程中的細節信息，驗證了 Abaqus/Explicit 對一體機進行沖擊分析的可行性。也為我們驗證結構設計可行性提供了一定的依據。
ANSYS AIM 17.2：為設計工程師擴展前期仿真功能
創新發展技術延伸到熱管理和螺栓連接裝配體
2016年9月12日，匹茲堡訊——最新版ANSYS AIM重磅來襲，企業可利用其眾多前期仿真功能加速產品設計，減少后期設計修改以及成本高昂的物理原型數量。現已推出的ANSYS AIM 17.2不僅改進了熱管理方面的工程仿真，同時還拓展了設計人員和分析師之間的無縫合作。
ANSYS的首席產品官Walid Abu-Hadba指出：“ANSYS AIM產品技術日新月異，每一版產品都支持求解新的應用，我們非常高興看到客戶能從中大獲裨益。AIM全新功能為企業注入強勁動力。工程師可利用AIM的增強型前期仿真功能顯著提升工作效率，還能方便準確地預測產品性能，從而在產品設計中實現突飛猛進的發展。”
AIM是一款包含各種物理場的完整仿真工具，集直觀的向導式工作流程、準確的仿真結果以及定制化功能于一體，支持所有工程師充分探索設計。AIM易于使用的仿真環境可最大限度減少培訓需求，讓工程師通過仿真技術快速高效地開展工作。
滑鐵盧大學的工程學教授Sanjeev Bedi指出：“ANSYS AIM非常簡便易用，讓我們能夠在工程學課堂上提前發揮這款實際的行業工具優勢，向學生教授關鍵的仿真技能和概念。”
前期仿真能幫助設計工程師在產品生命周期盡早制定明智的決策，盡可能減少后期返工和重新設計，從而顯著提升工作效率。
ANSYS AIM 17.2的亮點包括：
熱管理發展
對于熱交換器、熱混合閥、引擎組件和電子設備等許多行業應用而言，優化熱傳遞和熱應力是關鍵的設計問題。工程師精確預測流體和固體區域中的溫度和熱傳遞，對于分析產品設計的熱和熱應力性能至關重要。新版AIM在已有的綜合流體熱與固體熱應力功能基礎上構建而成，同時還支持前期仿真來優化產品設計的熱和流體性能。
展開 前期投資500億元，年產能100萬輛，蔚來與合肥市共建的電動汽車產業園開工
4月29日，由蔚來汽車和合肥市政府共同打造的合肥新橋智能電動汽車產業園區（以下簡稱合肥新橋產業園）開工，該園區定位為世界級智能電動汽車產業集群。蔚來汽車創始人兼CEO李斌現場介紹，園區前期投資500億元，規劃整車年產能為100萬輛，電池年產能100GWh，預計總年產值達5000億元人民幣。
圖片來源：蓋世汽車
合肥新橋產業園將開展整車、核心零部件、自動駕駛等創新性研發，打造具有全球競爭力、引領性的創新鏈；引入數百家關鍵配套企業，形成完整與高度聚集的產業鏈。
園區規劃占地總面積16950畝，包括三個區域——智能制造區、研發生活區及生態文化區。整個園區將容納超過1萬名研發人員，超過4萬名技術工人，形成高端人才匯聚的創新高地。
圖片來源：蓋世汽車
據了解，合肥新橋產業園是蔚來汽車與合肥市人民政府共同打造的項目。今年2月4日，蔚來汽車與合肥市人民政府簽署了深化合作框架協議，雙方商定共同規劃建設新橋智能電動汽車產業園區，打造具備完整產業鏈的世界級智能電動汽車產業集群。
根據協議，蔚來將在園區建立研發與制造、營銷與管理團隊。合肥市計劃將用對蔚來中國進行股權投資所獲的資本收益，支持蔚來及合肥智能電動汽車產業集群的發展。
展開 Altair Inspire概念設計的利器-機車設計
我的回答是，Inspire確保你設計的產品能夠符合一般的力學性能，后面想怎么設計就怎么設計，你的能力超乎你想象！
早期接觸Inspire的朋友都會有個疑問，Inspire這么傻瓜式的軟件真的可以取代專業的CAE軟件嗎？這里有個概念，Inspire是一款針對工業設計師專門開發的軟件。專業的CAE工具我們留給專業的CAE工程師使用，Inspire的定位偏向于使用CAD軟件的設計工程師，填補設計工程師在工程方面的空白，讓設計師天馬行空的想法在Inspire的輔助下更可靠。好吧，這段話理解起來還是有點抽象，下面長話短說，先看東西！
一天，甲方爸爸來任務:提供一個規規矩矩的架子，給定一些參數，譬如承載量，車軸上的垂直載荷等等。
要求：符合提出的參數要求同時要最酷最炫市場獨一無二的造型。
乙方設計師：你叫我設計造型還好，符合參數要求我咋整呢？
他來了他來了，Inspire他出來，乙方設計師把模型導入Inspire，加上提供的載荷，來看視頻！
隨后，根據對Inspire生成的可靠骨架進行設計。（為設計的模型提供可靠的依據）
最后渲染（Inspire Studio
掂！
展開 船舶設計案例分享——游艇概念設計案例賞析
今天帶來的是
Zaha Hadid
為
德國造船商
Blohm+Voss設計的
一套S
uperyachts
系列
。
Superyachts
倫敦設計師Zaha Hadid為德國造船商Blohm+Voss設計了一套超級游艇系列。她為一艘128米的游艇設計了一個概念，這給為Blohm+Voss設計的五艘小型船只的設計提供了靈感。
圖片來源：https://www.dezeen.com/2013/10/15/superyacht-by-zaha-hadid-for-blohmvoss/
該設計的上部結構是由連接不同甲板的彎曲形狀組成的。這種概念性的語言已被縮減并應用于一系列90米的游艇，改進后使船舶滿足了海洋穿越的技術規范。Zaha Hadid說：“作為一個在動態環境中移動的動態物體，游艇的設計必須包含建筑之外的其他參數——這些參數在水上都變得更加極端，”她說，”每艘游艇都是一個工程平臺，它整合了特定的水動力和結構需求，以及最高水平的舒適度、空間質量和安全性。”
圖片來源
：
https://www.dezeen.com/2013/10/15/superyacht-by-zaha-hadid-for-blohmvoss/
爵士號游艇（下圖左側游艇）是該系列中五艘游艇中的第一艘，由Blohm+Voss的海軍建筑師進行了技術指定和詳細說明。它有一個鋒利的堅固的船頭，并且在后面變得更加開放。
圖片來源
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https://www.dezeen.com/2013/10/15/superyacht-by-zaha-hadid-for-blohmvoss/
它的設計概念是在倫敦Zaha Hadid作品的最新展覽上推出的，是基于一個128米游艇的大師原型的雕塑形式。
展開 