汽車車身的參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

1 引言

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展， 汽車設(shè)計(jì)技術(shù)及手段的不斷發(fā)展， 特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代工程技術(shù)方法的飛速進(jìn)步， 日益成熟的 CAD/CAE/CAM 一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)在轎車車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的迅速發(fā)展，車身設(shè)計(jì)過(guò)程中部分或全程引入計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) (CAD/CAM 軟件 ) ，在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車身三維數(shù)字化模型，以“所見(jiàn)即所得的”交互方式完善設(shè)計(jì)方案，是現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。

參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，是實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)智能化、自動(dòng)化的重要手段。 參數(shù)化設(shè)計(jì)主要是通過(guò)改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸， 自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)。 參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率， 有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計(jì)的柔性，并在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、機(jī)構(gòu)仿真等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達(dá)、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。 它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)。

3 參數(shù)化車身設(shè)計(jì)方法

隨著汽車車身造型的設(shè)計(jì)與修改要求日趨增高， 傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，修改困難，而參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合和貼近現(xiàn)代 CAD 中的概念設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)思想，并可提高設(shè)計(jì)與分析的柔性，因此車身模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為車輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

傳統(tǒng)的手工造型方法已被建立在各種先進(jìn)的造型建模軟件基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)輔助造型方法所取代， 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠快速吸收國(guó)外汽車車身設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)， 快速響應(yīng)市場(chǎng)， 提高我國(guó)自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)汽車的能力和汽車產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。

現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)方法的基本流程是，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，形成車型的整體要求 ． 也可利用計(jì)算機(jī)輔助軟件繪制；制作縮比例及主模型； 以三坐標(biāo)掃描或激光掃描的方式在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車身數(shù)字模型；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建 A 級(jí)模型；生成 NC代碼，生產(chǎn)樣車。 這實(shí)際上就是一個(gè)逆向設(shè)計(jì)的過(guò)程。 逆向工程就是指將已有的產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)中的數(shù)字化工程設(shè)計(jì)模型的過(guò)程，相當(dāng)于是一種仿制，具有開(kāi)發(fā)周期短、設(shè)計(jì)精度較高、便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) / 分析等優(yōu)點(diǎn)，在車身設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用很廣泛。 著名的 CATIA 、 IMAGEWARE 、 UG 等軟件都提供了強(qiáng)大的逆向設(shè)計(jì)功能。 車身數(shù)字模型建立后可共享， 有利于各部門(mén)實(shí)現(xiàn)并行工作， 從而大大縮短設(shè)計(jì)周期，而且用于車身設(shè)計(jì)的各種 CAD/CAM 系統(tǒng)都能夠根據(jù)三維實(shí)體模型自動(dòng)生成二維的車身圖紙和用于數(shù)控加工的代碼，同時(shí)當(dāng)三維模型發(fā)生任意微小的改變時(shí) , 系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)地修改與之相關(guān)的圖紙和數(shù)控代碼。

在計(jì)算機(jī)中不但可以對(duì)車身外觀及內(nèi)飾建立數(shù)字模型，而且可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)等其它零部件建立模型，并直接進(jìn)行有限元分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) / 分析、甚至虛擬裝配、虛擬風(fēng)
洞試驗(yàn)等， 使得設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建虛擬的電子樣車并進(jìn)行試驗(yàn)， 能在實(shí)際生產(chǎn)前預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提高了效率，降低了成本。 通常各零件模型分類存放在大型數(shù)據(jù)庫(kù)中， 對(duì)車型做改進(jìn)時(shí)可直接到數(shù)據(jù)庫(kù)中匹配類似的零部件，修改其相關(guān)參數(shù)即可滿足要求，無(wú)需重新設(shè)計(jì)，非常有利于車型的系列化，并能應(yīng)對(duì)迅速變化的市場(chǎng)。

4 車身設(shè)計(jì)方法展望

目前車身的參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究還處于初級(jí)階段， 根據(jù)汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)， 以及對(duì)新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下的汽車車身造型的參數(shù)化設(shè)計(jì)與修改方法進(jìn)行研究， 加強(qiáng)我國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)研究和數(shù)據(jù)分析， 以實(shí)現(xiàn)車身造型的參數(shù)化設(shè)計(jì)及修改，以及各零件之間的關(guān)聯(lián)更新。 構(gòu)建參數(shù)化、模塊化的汽車車身設(shè)計(jì)的框架， 并研究該設(shè)計(jì)的基本方法和設(shè)計(jì)步驟，可更大程度地提高設(shè)計(jì)效率，并將最終提高車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和可靠性，推動(dòng)汽車生產(chǎn)的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。