1、- 119 -第三章 汽车车身设计开发技术与方法3.1汽车车身设计开发流程与方法学3.1.1车身设计开发主要工作内容及流程(程序)1） 车身总布置设计及安全法规计算校核(或三维数字虚拟样机 Archetype)2） 造型设计3） 三维曲面和造型面设计4） 1：5 或 1：4 模型及 1：1 外模型制作或数控加工(或三维数字模型)5） 1：1 内模型(或三维数字模型)6） 发动机舱三维数字模型7） 地板三维数字模型8） 测量与曲面光顺9） 白车身结构详细设计(BIW)(9.1)1：1 外模型光顺后数据分块(9.2) 车身设计断面的定义与尺寸确定(9.3) 密封结构确定与密封件选择(9.4) 确定
2、分块线(9.5) 与车身有关的设计硬点的确定(9.6) 左右侧围设计(A, B, C, D 柱设计, 前后翼子板设计)(9.7) 顶盖设计(外板, 横梁与纵边梁设计)(9.8) 发动机前围板设计- 120 -(9.9) A柱下段设计(9.10) 发动机舱与前轮包设计(9.11) 前后灯具设计(9.12) 格栅设计(9.13) 前围板设计(9.14) 前保险杠设计(9.15) 地板总成设计(前中后)(9.16) 后门总成设计(9.17) 前门总成设计(9.18) 尾门总成设计(9.19) 前发动机罩设计(9.20) 前风当总成设计10） 内饰、外饰设计11） 先行车, 螺钉车或概念车的(Prot
3、otype)试制，第二轮试验样车（定型车）试制12） 碰撞与结构分析及结构优化设计13） 成型过程仿真14) 模具与工艺工装设计如图 3.1.1为车身详细设计阶段面向对象的产品模型(OPM)并行设计流程图IM21OM21T21OM22OM23OM24OM25OM26T22T23T24T25T26T21: CAD T22: DFA 可装配设计T23: CAE T24: 评审T25: DFM 可制造设计 T26: CS 碰撞仿真IM21: 输入产品模型，请求详细设计OM21: 向下游预发布零部件信息OM22: 输出 DFA 结果OM23: 输出 CAE 结果OM24: 输出同意或修改概要设计建议O
4、M25: 输出 DFM 结果输出OM26: CS 结果图 3.1.1 汽车车身并行详细设计 OPM模型- 121 -IM31T35图 3.1.2 汽车产品开发试制与加工过程设计 OPM模型OM31T31OM32OM33OM34OM35T32T33T34T31: CAPP T32: CAFD 机算机辅助工装卡具设计(CA FIT DESIGN)T33: CAM T34: MPS(制造过程仿真)T35: 评审 IM31: 请求加工过程设计OM31: 输出 CAPP 结果OM33: 输出 CAFD 结果OM33: 输出 CAM 结果OM34: 输出 MPS 结果OM35: 输出同意或修改详细设计建议
5、OM25OM26g3g4g2g1图 3.1.3 汽车车身并行开发过程 OPM模型IM31OM11 OM21OM22OM23OM24OM35OM34OM33OM32OM31IM32 IM33概念设计(造型设计)详细设计(结构设计) 试制或加工过程设计g1: 请求详细设计(结构) g2: 预发布零部件消息，请求试制或加工过程设计g3: 请求修改概念设计(造型设计) g4: 请求修改详细设计(结构设计)OM12OM13OM14- 122 - . Curve Length : . 图 3.1.4 车型数字化设计过程3.1.2 车身结构设计方法学1 1995年后的先进的车身设计技术与方法 1995年后车
6、身设计技术发展与市场需求体现在如下几个方面:客 户 需 求 影 响 产 品更 新 Freshnes 开 发 到 市 场 时 间 减 少复 杂 化 Complexity 每 次 变 化 都 有 更 多 的 零 件过 程开 发 时 间 协 同 工 程 Concurent enginering数 字 化 仿 真 Digitalmock-up数 字 化 原 型 设 计 ArchetypeDesign研 发 分 散 R基 于 设 计 系 统 类 型 和 不 同 的 连 接 元 件 ,使 用 已 优 化 的 参考 几 何 模 型 ;建 模 方 法 Modeling method :是 一 个 零 件 的
7、建 模 过 程 ; 系 统 中 的 每 一 个 零 件 .布 置 设 计 Layout :汽 车 的 数 字 原 型部 件 Part :应 用 到 汽 车 建 模 方 法图 3.1.8 全数字化设计方法- 125 - Travi 绘 制 成 方 案 图 以 便 管 理 复 杂 设 计 结 构虚 拟 设 计 环 境虚 拟 设 计 管 理 和 通 讯 环 境 体 现 下 面 关 键 特 征 :作 决 定 更 复 杂 complexity 实 时 交 互 real time, 不 能 托 期仿 真 真 实 世 界 simulation虚 拟 模 型 仿 真 virtual model可 视 化 合
8、成 和 共 享 数 据 visualization数 字 样 机 定 义 和 确 认 的 解 决 方 案 的 重 用 re-use产 品 或 工 艺 集 成 系 统- 126 -产 品 数 据 管 理产 品 数 据 管 理 PDM特 性 :几 何 geometrical形 状 shape实 物 physical重 量 weight材 料 material费 用 costs可 靠 性 reliability投 资 investments目 标 target方 法 methods.实 物 目 标虚 拟 实 物VIRTUALOBJECTCADCAECAPCAMKBEPEVR.SGV.产 品 和 工
9、艺 集 成 系 统 发 展增 加 虚 拟 和 实 物 目 标 之 间 的 一 致 性图 3.1.11 基于参考原型数字化车参数化设计方法在 参 数 化 CAD系 统 中 , 可变 的 输 入 参 数 常 常 被 用 于产 生 几 何 模 型 , 而 且 被 另 存为 其 他 文 件 .在 参 数 化 系 统 中 可变 的 输 入 参 数 常 常 被 用 于产 生 几 何 模 型 而 且 被 另 存为 其 他 文 件2基 本 的 结 果 和 特 性 过 去 设 计 的 方 法 学 储 存 在 CAD部 件 中design methodology.输 入 参 数 的 变 化 允 许 自 动 重 新
10、 执 行 下 面 的 变 化过 去 设 计 的 方 法 学 储 存 在 部 件 中输 入 参 数 的 变 化 允 许 自 动 重 新 执 行 下 面 的 变 化参 数 化 CAD图 3.1.12 参数化结构断面设计- 127 -两 个 基 本 的 结 果 与 特 征相 关 性 CAD 系 统 允 许 建 立 下 面的 联 系 和 相 关 :实 体 entities(如 ,定 义 目 标 之 间的 位 置 相 关 性 );操 作 activities(如 ,联 系 到 3D模型 的 成 型 相 关 性 设 计 )相 关 性 系 统 允 许 建 立 下 面的 联 系 和 相 关实 体 ii 如 ,
11、定 义 目 标 之 间的 位 置 相 关 性操 作 iii 如 ,联 系 到 模型 的 成 型 相 关 性 设 计“设 计 意 图 ”和 工 工 艺 捕 捉 ;垂 直 操 作 实 现 并 行 操 作 , 因 为 基 本 目 标 的 变 化 导 致 下 游 操 作 的 自 动 产 生 .设 计 意 图 和 工 工 艺 捕 捉垂 直 操 作 实 现 并 行 操 作 , 因 为 基 本 目 标 的 变 化 导 致 下 游 操 作 的 自 动 产 生 .相 关 性 CAD建模图 纸模 具 成 型图 3.1.13 全相关参数化的车身开发全过程2 数字化车身结构设计方法学 (1)设计硬点设计区的设计方法复
12、杂的结构实际上是众多简单的设计的叠加组合(复杂设计简单化)任何复杂的车身结构设计与设计结果都是由如下两个方面决定: (a) 满足诸多设计硬点的特征结构设计(HARDPOINT DESIGN AREA), 例如, 造型面硬点, 与车身有关的零部件装配孔面及结构等设计硬点, 选定的设计断面结构, 造型分界线硬点, 造型形状形成的设计断面引导线硬点, 车身零件间的焊接装配面, 零件的分块线硬点. (b) 自由设计区设计(FREE DESIGN AREA), 即在满足设计硬点基础上 , 进行的自由设计区, 一般非设计硬点的设计区域都属于自由设计区, 自由设计区不同的设计人员会得到不同的设计结果, 这也
13、是自由设计区自由的特点, 但这不等于自由设计区可以胡乱设计, 应遵循如下一些设计原则, 以便才能使设计结构更合理, 水平更高. 因此车身设计过程与方法应满足如下公式:车身结构设计特征(BSDF)=自由设计区自由设计特征(FDF)+断面设计硬点决定的设计特征(SDHF)+造型设计硬点决定的特征(IDHF)+造型决定的断面引导主轴线(一个零件多个断面几何中心连线)特征(ISSF)+其他附件或 COPY件等确定的设计硬点特征(CDHF)+零件分块线与焊接边界线等的设计硬点特征(BDHF)即为:BSDF=FDF+SDHF+IDHF+ISSF+CDHF+BDHF车身零件结构的设计过程或设计建模(BSDP
14、 or BSDM)=用三维 CAD软件完成车身结构设计特征的过程或结果(BSDFP or BSDFM)即为:BSDP=BSDFPBSDM=BSDFM车身设计建模(BDM)=完成所有车身零件的设计建模与装配设计建模的总称- 128 -(TOL_BSDM)即为:BDM=TOL_BSDM全数字化车身设计开发(BDD)=采用三维 CAD软件完成全部车身设计建模, 并采用CAD/CAE/CAM一体化技术完成车身设计,结构优化及制造(或制造模具)的全过程(3D_CAD/CAE/CAM_BDM).即为:BDD=3D_CAD/CAE/CAM_BDM(2) 自由设计区的设计方法与设计原则a 自由设计区的设计方法
15、(a) 先用三维 CAD软件将设计硬点确定的结构与特征连接成一体, 成为一个粗的异型大面, 中间可以用一些平面与设计硬点面的相交获得连接线或倒角线. (b) 对设计硬点之间形成的设计区域-自由设计区每一个进行分析, 强度和刚度一般性要求的部位一般小于 50*50mm的面积区域, 可以不加特征结构(加强筋, 加强沉孔(如果没有密封要求), 折边, 卷边等特征结构建模 ), 但要在边界上导角. 大于 50*50的区域一般要加特征以便加强结构并导角,较大的区域不留任何空地, 以便使刚度最大, 材料最省. a 自由设计区的设计准则(a) 最大刚度原则- 自由设计区必须尽力获得最大刚度的设计原则, 因此
16、, 要加加强筋和加强沉孔, 以便获得高水平的设计结构.(b) 最轻量化原则- 设计结构要确保满足刚度要求的基础上使材料最省的原则, 尽可能使结构设计可以使料厚簿一些, 没有密封要求的结构可以用沉孔以便轻量化与刚度最大化的双嬴, 等要充分考虑结构形式和结构方案.(c) 最大园角原则-自由设计区, 一般都是内部结构区域, 不在外观缝隙线条区域. 因此, 为了提高冲压工艺性, 减少制造成本, 应尽可能设计较大的设计过渡园角. 但不能影响设计硬点结构. 在在外观区域应尽可能最小园角原则,最小值为料厚(d) 特征结构最大斜度原则- 筋槽设计的立面尽可能采用较大的斜度. 以便获得较好的制造工艺性, 防止冲压裂纹和褶皱.(e) 最符合工艺性原则-从设计结构上和面的光顺程度上尽可能获得好的制造工艺性, 如材料流动均匀性与制造可能性.
