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摘要：在汽车新车型设计开发过程中，汽车车身设计是直接影响设计成功与否的重要因素。本文通过与传统车身设计方法的比较，系统阐述了利用计算机辅助车身设计仿形方法的设计步骤，以及它的主要特点和目前应用的现状。同时还根据设计方法发展的规律，展望了未来汽车车身设计方法发展的方向和特点。
关键词：现代汽车；车身设计；方法；研究；展望
前言伴随着世界经济的飞速发展以及中国改革开放的高速进行，人民的生活水平逐渐提高。所以汽车作为代步机器自然也得到了发展，而车身作为汽车的四大总成之一，其设计方法自然也受到了汽车生产商的重视。在不断扩张的汽车服务领域和需求日益增多的汽车市场，多样化、个性化的车身设计后来居上逐渐占据了主导地位。相关数据显示，较大多数的专用汽车和客车轿车的车身质量大约占整个车体质量的 40%到 60%；绝大多数货车车身质量占整个车体质量的 16%到30%；这对于各种车型车身的制造成本来说是昂贵的，因为其成本占整个车成本的百分比略高于上述给出的上限值。如果从节能、不浪费资源等几个方面来说，车身设计潜力巨大。
1 车身的作用效果和结构特点
从车诞生的原始意义来讲，车身的主要作用效果就是载运乘客或货物，它本身类似于一个流动仓库和临时住所，受到质量和空间的限制，其具体作用效果因车而异，单单对于轿车来说，其车身作用效果主要有以下几点：（1）实现整车功能；（2）为乘客提供安全保护；（3）为乘客提供舒适的乘坐环境；（4）减少空气对轿车的阻力；（5）增强轿车的美观性与观赏性。车身的主要特点表现在车身涉及面广、车身造型设计多样、车身材料种类多等几个方面。而组成车身外形的各个零部件，即车身覆盖件材料的薄与厚、尺寸的大与小、形状的复杂度、是否有较多自由曲面等是车身的结构特点。
2 车身设计的要求及特点
车身的设计要求是：在能正常实现汽车相应功能的前提之下，力求车体造型美观，具有观赏性，空气动力系统性能良好，车体的维护及装拆方便。对于外形和结构来说，车身壳体是由许多具有空间曲面外形的较大型的覆盖件组成。从整个车的外形来看，在要求车身整体协调给人以美感的同时，又必须保证必要的流线型。在设计这些较大型覆盖件的同时也必须考虑到对互换性和装配准确度的严格要求，以确保其工艺性要求。所以，特别要求车身表面上的各点连成的曲线须在纵向和横向两个截面上反复协调使其光顺。对于传统的设计方法来说，就必须规定车身图样并须用坐标网格来表示，但是，单单这样还无法依靠图纸准确完整地将其表达出来，还必须得辅以实体模型。在实际的产品设计、生产准备和投产等阶段中，实体可以补充图样的不足及缺点，以确保成套工艺装备之间以及零部件之间的协调验证。以上特点决定了有别于汽车上的其他部件而形成了一套体系的车身设计的工作方法，由这种方法衍生出来的思想成为了逆向工程的发源，而车身设计是逆向领域工程应用最多、最成熟的领域之一。
3 仿形法设计的特点及应用
运用仿形法进行车身设计是对传统设计方法的重大变革，是一种以分析、判断和优选为核心的现代设计方法。它的特点主要体现在:(1)以计算机中的三维实体模型代替传统设计中的主模型，从而把大量人力从绘图、取样板、制表面、做模型等繁琐的劳动中解放出来。(2)提高了汽车产品规划时的可信度，使设计、工艺、模具设计和制造人员更好地协同工作。在传统车身设计中，各设计部门的职能是相互独立的。例如车身造型部门只是负责车身造型的美观而无需关注这种造型是否能够满足车身功能要求和实际加工的要求。在绘图部门中只是将主模型绘制成车身图纸而不必考虑各种工艺要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与此相比，当采用仿形法进行设计时，各设计部门的工作是相互协调的。他们在计算机中共享着同一个车身模型，相互协作使得设计的车身模型能满足各个方面的要求。同时在设计、分析和制造过程中减少了数据传递的误差，提高了设计的质量，使得车身设计并行工程成为可能。(3)仿形法设计充分发挥了计算机运算速度快和精度高的特点，极大地提高了汽车车身设计的效率，缩短了开发的周期。目前用于车身设计的各种CAD /CAM系统都能够根据三维实体模型自动生成二维的车身图纸和用于数控加工的代码。同时当三维模型发生任意微小的改变时，系统都会自动地修改与之相关的图纸和数控代码。由此可见，在整个车身设计的过程中，所有的模块都是相互关联、相互影响的。车身设计人员可以充分发挥他们的设计思想，不断地完善和改进三维车身模型，至于其他繁琐的绘图和修改工作都将由计算机自动完成。(4)采用计算机辅助设计的方法还能够对车身造型进行优化设计。当采用传统的设计方法进行优化设计时，不但要花费大量的人力和物力进行主模型的制作，而且不能充分发挥主模型的作用。如果该主模型未被正式采用，它就将被设计人员抛弃，而不能重复使用。仿形法设计则是利用了CAD /CAM软件提供的强大的实体造型功能，能够构造出更逼近于现实、更形象直观的车身三维模型。设计人员经过对各种造型的类比，从中挑选出一种集多项优点于一“身”的最为理想的设计方案。而其余的车身模型也被保存在一个车身数据库中，以便于将来对车身进行各种改型设计。同时该数据库还实现了车身零件的通用化和序列化。各大汽车
4 基于 CAX 的现代汽车车身设计方法
通常来说，应用计算机辅助技术的车身设计方法一般分为概念设计、程序设计两个阶段，在此，仅对工程设计中的相关问题进行讨论。运用 CAX 的车身设计是利用计算机辅助几何设计方式来进行车身几何造型的设计和创新，也就是在计算机上建立一个模型，能够从其表面任意处得到有关车身的所有曲线和曲面信息来进行设计和分析，并以此模型来替代传统车身设计中的立体模型，还保留了传统设计的某些优点与长处，使车身设计集多处优点于一身。现代汽车车身设计方法的特点主要表现在：（1）以计算机中的三维实物模型代替传统设计中的主模型，因此，将大量的人力从绘图、取样、制表面、做模型中解放出来。（2）提升了汽车产品规划时的信誉度，使设计、工艺、模具设计和制造人员更好地协同、协调工作。（3）将计算机的运算速度快和精确度高的特点充分、完全地发挥出来，以此来极大地提高汽车车身设计的效率，并以此来缩短开发周期。目前来说，用于车身设计的各种 CAD 系统都能够根据三维实物模型自动生成二维车身图纸及用于数控加工的代码。由此可看出，对整个车身设计过程来说，任何模块之间都是相互影响与联系的。（4）现代的汽车车身设计方法可对车身造型进行优化设计，工作人员可从计算机辅助设计图案中挑选出一套集多项优点于一身的设计方案，对汽车进行专业的设计。
5. 展望
事物的发展总是呈螺旋状上升的。一种设计方法终将被更先进更完善的方法所代替。任何一项技术的发展都有一个“生命周期”，都将经历开始、加速、转变和饱和的S形发展曲线。近年来车身设计仿形方法得到了广泛的推广，它的应用和水平已经接近极限，进入一个饱和的稳定发展阶段。在渐渐显露一些不足的同时，也孕育和潜伏着车身设计的新飞跃。展望未来，不难发现未来车身设计将会有两大特点:(1)在将来的设计中会逐步摆脱前期手工制作1∶5缩比油泥模型的过程。仿形法设计由于存在手工模型的制作误差和三坐标仪测量的误差，使得精度难以提高，劳动强度也较大。这已经成为仿形法设计的一个主要缺点。可以预测，随着扫描技术和矢量化技术的发展，在未来的车身设计中可将车身的总布置图由三维扫描仪直接输入工作站中，经过矢量处理后得到原始的数据点，于是就能运用CAD /CAM系统进行实体造型了。通过这种方法能把模型误差降低到最小值。目前这方面的研究工作正在逐步深入开展。(2)未来的汽车车身设计方法将会使得车身的形式和功能在更高层次上有机结合和统一。随着虚拟现实技术的成熟和完善，在今后的仿形法车身设计中将会广泛地融入虚拟设计的过程。虚拟现实技术是一个先进的计算机用户接口，它强调将用户和计算机视为一体，通过多媒体的方法的将信息进行可视化，展现在用户面前。用户通过专用的设备“进入”虚拟的环境中，以各种习惯的方式与计算机进行人机交互。可以设想在将来的汽车设计中，设计人员能够构造这样一种虚拟设计环境:人坐在汽车中，带上头部跟踪显示器，一边移动或改变位置来操纵汽车，通过简单的接口控制从各个角度来显示和移动车身部件，从而真正实现了车身三维真实设计。采用虚拟设计方法后，设计师不再局限于固定的油泥模型，而能充分发挥人的创造性来设计汽车车身，突破了传统的功能决定形式的束缚，使得设计中渗入了更多实用性、更多艺术性和更多综合的因素。
参考文献
［1］郑明国. 汽车机械式变速器现代设计方法应用研究[D]. 吉林大学, 2007.
［2］李和. 基于参数化设计的现代汽车车身设计方法研究[J]. 工业设计, 2009(1):48-50.
论文作者:叶勋,宿国辉
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/18
标签：车身论文; 模型论文; 方法论文; 汽车论文; 造型论文; 传统论文; 实体论文; 《防护工程》2017年第20期论文;