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汽车的设计全过程概述(2)

2007年12月26日

汽车设计理论与设计技术的发展

汽车设计理论是指导汽车设计实践的;而汽车设计实践经验的长期积累和汽车生产技术的<发展与进步,又使汽车设计理论得到不断的发展与提高。汽车设计技术是汽车产船设计的方法和手段,是汽车设计实践的软件与硬件。由于汽车是一种包罗了各种典型机械元件、零部件、各种金属与非金属;材料及各种机械加工工艺的典型的机械产品,因此其设计理论显然要以机械设计理论为基础,并考虑到其结构特点、使用条件的复杂多变以及大批量生产等情况。它涉及许多基础理论、专业基础理论及专业知识,例如:工程数学、工程力学、热力学与传热学、流体力学、空气动力学、振动理论、机械制图、机械原理、机械零件、工程材料、机械强度、电工学、工业电子学、电控与微机控制技术、液压技术,液力传动汽车理论、发动机原理、汽车构造、车身美工与造型、汽车制造工艺、汽车维修等。在近百年中,汽车设计技术也经历了由经验设计发展到以科学实,验和技术分析为基础的设计阶段。20世纪60年代中期,在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计(CAD,Computer Aided Design)等新方法,使设计逐步实现半自动化和自动化。经验设计是以已有产品的经验数据为依据,运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学的计算方法,使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。一种新车型的开发,往往要经过设计-试制-试验-改进设计—试制—试验等二次或多次循环。反复修改图纸,完善设计后才能定型,设计周期长,质量差,消耗大。随着测试技术的发展与完善,在汽车设计过程中引进新的测试技术,和各种专用的试验设备,进行科学实验,从各.方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试。同时广泛采用近代数学物理分析方法,对产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究,这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。电子计算机的、出现和在工程设计中的推广应用,使汽车设计技术飞跃发展1设计过程完全改观。汽车结构参数及性能参数等的优化选择与匹配,零部件的强度核算与寿命预测,产品有关方面的模拟计算或仿真分析,在计算机上进行。这种利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法,统称为计算机辅助设计(CAD)。随着计算机在汽车设计中的推广应用,一些近代的数学物理方法和基础理论方面的新成就,在汽车设计中也日益得到广泛应用。现代汽车设计,除传统的方法和计算机辅助设计方法外,还引进了最优化设计、可靠性设计、有限元分析、计算机模拟计算或仿真分析、模态分析等现代设计<方法与分析手段,甚至还引进了雷达防撞、卫星导航、智能化电子仪表及显示系统等商新技术。在产品开发的整个过程中,产品韵先天质量、决定于设计,产品在包括原材料、锻造、使用、维<修等各方面的花费,即广义成本的70%是由设计阶段决定的。因此设计方案的修改尽可能地在产品开发的前期进行,使产品设计一次成功,避免在产品开发后期因改变设计而造成的巨大浪费。

汽车设计的内容与特点

汽车的设计开发工作,是由根据市场调查及使用要求而制定的设计任务书开始的。

1.汽车设计的内容

汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。整车总体设计又称为汽车的总布置设计,其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求,并将这些整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能。

2.汽车设计的特点和要求零件标准化、部件通用化和产品系列化

(1)由于汽车出产量大,品种及型号多,设计中实行零件标准化、部件通用化和产品系列化,可化生产,提高工效,保证产品质量,降低生产成本,减少配件品种,方便维修。

(2)考虑使用条件的复杂多变

为了使所设计的汽车产品;具有竞争力,设计中就要充分考虑。其对复杂多变的使用条件出适应性。特别应注意热带、寒带等不同的气候条件和高原、山区、丘陵、沼泽、沿海等不同的地理条件,以及燃料供应,维修能力等不同的使用条件对汽车结构、性能、材料、附件等的特殊要求。

(3)重视汽车使用中的安全、可靠、经济与环保

汽车良好的使用性能是设计者要追求的目标,不同的汽车出使用性能也是不同的(例如:动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性、舒适性、通过性以及可靠性、耐久性、维修性和对环境保护的影响性能等);而且在某些性能之间有时是相互矛盾的。因此;要在给定的使用条件下协调各使用性能的要求,优选各使用性能指标,使汽车在该使用条件下的综合使用性能达到最优。特别要重视使用中的安全、可靠、经济与环保。

(4)车身设计既重视工程要求,更注重外观造型

汽车车身的外形、油漆及色彩是汽车给人们的第一个外观印象,是人们评价汽车的最直接方面,也是轿车的重.要市场竞争因素,是汽车设计非常重要的内容。车身造型既是工程设计,又是美工设计。从工程设计来看,它既要满足结构的强度要求、整车布置的匹配要求和冲压分块的工艺要求,又要适应车身的空气动力学的要求而具有最小的,空气阻力系数。从美工设计来看,它应当适应时代的特点和人们的爱好,要像对待工艺品那样进行美工设计,给人以高度美感,起到美化环境的作用。

(5)在保证可靠性的前提下尽量减小汽车的自身质量

和固定的机械设备不同,作为运输用的汽车,其自身质量直接影响其燃油经济性。和单件生产\小批量生产的产品不同。作为大批量生产的汽车,减小其自身质量可节约大量的制造材料,降低生产成本。合理地减小汽车的自身质量,会对汽车工业和汽车运输业带来巨大的经济效益。最优化设计方法可满足这方面的设计要求。

(6)设计要在有关标准和法规的指导下进行

除设计图纸的绘制与标注应按有关国家标准进行外,汽车设计还应遵守与汽车有关的一些标准与法规。中国汽车工业标准包括与国际基本通用的汽车标准和为宏观控制汽车产品性能和质量的标准,它包括国家标准、行业标准和企业标准。汽车标准又分为强制性标准和推荐性标准。强制性标准主要有:整车尺寸限制标准、汽车安全性标准、油耗限制标准、汽车排放物限制标准及噪声标准。为使我国汽车产品进入世界市场设计时也应考虑到国际标准化组织汽车专业委员会(ISO/TC22)制订的一些标准和美国标准协会标准(ANSl)、美国汽车工程师学会(SAE)标准、日本工业标准(JIS)、日本汽车标准组织(JASO)标准、日本汽车车身工业协会标准(JABIA)、日本汽车轮胎标准(JATMA)、日本汽车用品工业协会标准(JARP)、日本蓄电池工业协会标准(SBA)以及欧洲经济委员会(ECE)、欧洲经济共同体(EEC)所制订的汽车法规。

(7)汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程、管理工程的系统工程

汽车是由人来驾驶和乘坐的,因此其设计必须考虑这种人车关系,即操纵要方便、乘坐要舒适。汽车是一种交通工具,其设计必须符合交通工程的要求。

汽车设计的设计过程

其任务是选定设计目标,并制定产品设计工作方针及设计原则。

2.总体方案设计

其任务是根据领导决策所选定的目标,及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出整车设想,因此又被称力概念设计或构思设计。

3.绘制总布置草图

其任务是确定整车主要尺寸、质量参数与性能指标以及各总成的基本型式。

4.车身造型设计及绘制车身布置

其任务是绘制不同外形、方向、色彩的车身外形图;制作相应造型的l:5整车模型;从中选优后再制作1:5或1:1的精确模型。

5.编写设计任务书

其内容包括:任务来源、设计原则和设计依据;产品的用途及使用条件;汽车型号、承载容量、布置形式及主要技术指标和参数,包括空车及满载下的整车尺寸、轴荷及性能参数,有关的可靠性指标及环保指标等;各总成及部件的结构形式和特性参数;标准化、通用化、系列化水平及变型方案,拟采用的新技术、新结构、新装备、新材料和新工艺,维修、及其方便性的要求,续驶里程;生产规划、设备条件及预期制造成本和技术经济预测等。有时也加入与国内外同类型汽车技术性能的分析和对比等。有的还附有汽车总布置方案草图及车身外形方案图。

6.汽车的总布置设计

其任务是根据汽车总体布置及整车性能,提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求;协调整车与总成间、相关总成间、总成与有关部件间的布置关系和参数匹配关系,使之组成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满足设计任务书所要求出整车参数和性能指:(1)绘制汽车总布置图;(2)根据总布置设计确定的整车参数和性能指标,提出对各总成和部件的设计要求; (3)绘制转向车轮跳动等有关部分的运动图;(4)确定有关总成和部件支承的型式、结构参数与特性等;(5)确定各总成的质心位置,核算汽车空载和满载时韵轴荷分配及整车质心高度;(6)耕作模型进行布置空间的校核,通常制作1:1的车身内、外模型来检查驾驶操作及上下车的方便性、视野范围、乘坐空间及舒适性等;(7)汽车总成、部件及零件韵选型与设计;(8)设计图纸的工艺审查及必要的修改;(9)绘制汽车总装配图;(10)试制、试验、修改与定型。



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