汽车车身的参数化设计应用研究

2018-10-12 13:11:00
陆启蒙
原创
1502
摘要:研究汽车车身的参数化设计方法,通过采用几何约束控制产品形状的几何特点,提高设计效率,减轻设计人员的工作强度,并展望了未来汽车车身设计方法的发展方向。

1 引言


随着我国汽车工业的发展, 汽车设计技术及手段的不断发展, 特别是以计算机技术为核心的现代工程技术方法的飞速进步, 日益成熟的 CAD/CAE/CAM 一体化产品开发技术在轿车车身设计领域得到广泛应用。


2 参数化设计技术


随着计算机辅助几何设计和计算机图形学的迅速发展,车身设计过程中部分或全程引入计算机辅助系统 (CAD/CAM 软件 ) ,在计算机中构建车身三维数字化模型,以“所见即所得的”交互方式完善设计方案,是现代车身设计方法的主要特点。


参数化设计技术是当前 CAD/CAM 系统的研究热点之一,是实现工程设计智能化、自动化的重要手段。 参数化设计主要是通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸, 自动完成对图形中相关部分的改动,从而实现对图形的驱动。 参数化设计可以提高产品的设计效率, 有效保证产品模型的安全可靠性,极大地改善设计的柔性,并在概念设计、动态设计、实体造型、装配、机构仿真等领域发挥着重要的作用。

参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以及参数化几何模型的构造。 它允许尺寸欠约束的存在,设计者可以采用先形状后尺寸的设计方式,优先考虑满足设计要求的几何形状而暂不用考虑尺寸细节。

3 参数化车身设计方法


随着 汽车车身造型的设计与修改要求日趋增高, 传统的车身设计方法设计周期长,费时费力,修改困难,而参数化设计更符合和贴近现代 CAD 中的概念设计和并行设计思想,并可提高设计与分析的柔性,因此车身模型的参数化设计已经成为车辆制造行业发展的必然趋势。

传统的手工造型方法已被建立在各种先进的造型建模软件基础上的计算机辅助造型方法所取代, 参数化设计技术能够快速吸收国外汽车车身设计的先进技术, 快速响应市场, 提高我国自主设计开发汽车的能力和汽车产品竞争能力。

现代车身设计方法的基本流程是,经过市场调研,形成车型的整体要求 . 也可利用计算机辅助软件绘制;制作缩比例及主模型; 以三坐标扫描或激光扫描的方式在计算机中构建车身数字模型;进行结构设计,构建 A 级模型;生成 NC代码,生产样车。 这实际上就是一个逆向设计的过程。 逆向工程就是指将已有的产品模型转化为计算机中的数字化工程设计模型的过程,相当于是一种仿制,具有开发周期短、设计精度较高、便于进行结构设计 / 分析等优点,在车身设计过程中应用很广泛。 著名的 CATIA 、 IMAGEWARE 、 UG 等软件都提供了强大的逆向设计功能。 车身数字模型建立后可共享, 有利于各部门实现并行工作, 从而大大缩短设计周期,而且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。

在计算机中不但可以对车身外观及内饰建立数字模型,而且可以对发动机、底盘等其它零部件建立模型,并直接进行有限元分析、结构设计 / 分析、甚至虚拟装配、虚拟风
洞试验等, 使得设计人员可以在计算机中构建虚拟的电子样车并进行试验, 能在实际生产前预先发现设计中存在的问题,提高了效率,降低了成本。 通常各零件模型分类存放在大型数据库中, 对车型做改进时可直接到数据库中匹配类似的零部件,修改其相关参数即可满足要求,无需重新设计,非常有利于车型的系列化,并能应对迅速变化的市场。


4 车身设计方法展望

目前车身的参数化设计的研究还处于初级阶段, 根据汽车工业技术发展的趋势, 以及对新技术标准下的汽车车身造型的参数化设计与修改方法进行研究, 加强我国汽车标准的技术研究和数据分析, 以实现车身造型的参数化设计及修改,以及各零件之间的关联更新。 构建参数化、模块化的汽车车身设计的框架, 并研究该设计的基本方法和设计步骤,可更大程度地提高设计效率,并将最终提高车身结构设计的效率和可靠性,推动汽车生产的系列化、通用化和标准化。




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