關于汽車產品的設計與開發

田瑞新++李巖++高波

摘 要：隨著經濟的發展和社會的進步，汽車已經成為人們日常生活中一項重要的工具，汽車行業的競爭也日趨激烈，如何不斷創新汽車產品設計制造方式，生產出在安全性、舒適性、操作性等各個方面綜合性能都比較優良的汽車至關重要，文章重點就汽車產品的設計與開發做了探討和分析。

關鍵詞：汽車產品；設計與開發；設計制造

隨著測試技術的發展與完善，在汽車設計過程中引進新的測試技術，和各種專用的試驗設備，進行科學實驗，從各方面對產品的結構、性能和零部件的強度、壽命進行測試。同時廣泛采用近代數學物理分析方法，對產品及其總成、零部件進行全面的技術分析、研究，這樣就使汽車設計發展到以科學實驗和技術分析為基礎的階段。電子計算機的出現和在工程設計中的推廣應用，使汽車設計技術飛躍發展，設計過程完全改觀。汽車結構參數及性能參數等的優化選擇與匹配，零部件的強度核算與壽命預測，產品有關方面的模擬計算或仿真分析，都在計算機上進行。這種利用計算機及其外部設備進行產品設計的方法，統稱為計算機輔助設計（CAD）。

一、汽車產品設計的特點和要求

由于汽車出產量大，品種及型號多，設計中實行零件標準化、部件通用化和產品系列化，可化生產，提高工效，保證產品質量，降低生產成本，減少配件品種，方便維修。汽車良好的使用性能是設計者要追求的目標，不同的汽車使用性能也是不同的（例如：動力性、汽車燃油經濟性、制動性、操縱穩定性、平順性、舒適性、通過性以及可靠性、耐久性、維修性和對環境保護的影響性能等）；而且在某些性能之間有時是相互矛盾的。因此；要在給定的使用條件下協調各使用性能的要求，優選各使用性能指標，使汽車在該使用條件下的綜合使用性能達到最優。特別要重視使用中的安全、可靠、經濟與環保。汽車車身的外形、油漆及色彩是汽車給人們的第一個外觀印象，是人們評價汽車的最直接方面，也是轎車的重.要市場競爭因素，是汽車設計非常重要的內容。車身造型既是工程設計，又是美工設計。從工程設計來看，它既要滿足結構的強度要求、整車布置的匹配要求和沖壓分塊的工藝要求，又要適應車身的空氣動力學的要求而具有最小的，空氣阻力系數。從美工設計來看，它應當適應時代的特點和人們的愛好，要像對待工藝品那樣進行美工設計，給人以高度美感，起到美化環境的作用。

二、汽車產品設計中新型技術的應用

（一）汽車產品概念設計

概念設計是汽車產品設計制造中的重要環節，汽車產品詳細機構尺寸的許多參數都是在概念設計中確定的，概念設計比較復雜，單單依靠設計者的經驗是無法確定這些參數和數據的。CAE技術的應用能夠建立車輛產品的數字化仿真分析體系，這種詳細的分析體系能夠分析模擬仿真分析出車輛在不同路況下的運行狀態，從而獲取大量的實驗數據，這就為汽車復雜的非線性動力學分析提供了荷載條件以及各種動力參數數據。概念設計的主要過程如下：對汽車產品進行目標定位，確定車身、控制系統、發動機燈性能參數；確定車輛總體布置和設計方案，確定各項參數的控制指標；根據CAE技術建立初始仿真模型；對汽車產品仿真模型進行動態分析，確定汽車產品的各項參數指標和整體結構性能。

（二）汽車產品詳細設計制造

汽車車身機構的設計制造對車身的性能有著重要的影響，薄板沖壓覆蓋件、加強筋以及承載骨架共同組成了車輛的車身結構，在利用CAE技術進行設計制造的過程中，我們可以將車身的機構分成許多個小的單元，每一個單元都有著自己的作用，例如承載作用、傳遞作用等，只有每一個單元的設計得以保證，才能保證整個汽車的正常工作，這種車輛車身結構的分析方法被稱為有限元分析，利用有限元分析能夠針對車身結構復雜的特點將車身結構分成各個單元，有效解決了車身結構中復雜的力學問題。汽車的噪音一直是人們關心的問題，NVH性能是衡量車輛質量的一個重要指標，這種分析能夠使車輛產品與產品結構中的各個子系統的振動頻率特性相普配，通過對不同振動頻率和振型的子系統進行合理的分布有效的實現了汽車降噪，對提升車輛的舒適性有著積極的意義。NVH性能分析主要包括汽車各子系統的剛度頻率匹配、點的傳遞函數、BIW動態穩定性等方面的分析。實現了汽車的正面、側面以及翻滾狀態下的安全性能的模擬分析，這種動態的模擬分析能夠在汽車產品的設計階段及時發現汽車產品的碰撞安全性能方面的問題和缺陷，并提出針對性的優化改進方案，避免安全性能存在問題的汽車產品投入市場。要想保證汽車產品的安全性，其碰撞性能的提升至關重要，在提升碰撞性能的前提下還要盡量使用質量較輕的材料，就目前來看，當今世界汽車設計制造中主流的車身材料為超高強度鋼板及輕質的合金材料。發動機是汽車產品的重要組成部分，是汽車產品行使的動力來源，隨著汽車行業的不斷發展，汽車產品對發動機的要求越來越高，當前質量較好的發動機一般都具備效率高、體積小、低能耗、低排放等特點。組成發動機的零部件結構十分復雜，工作荷載的測定難度較大，在設計制造的過程中會出現各種各樣難以解決的問題，基于CAE技術的有限元法能夠有效解決這些問題，有限元法能夠將發動機中的零部件進行實體建模，從而實現了對發動機的分析設計和制造。

三、結束語

綜上所述，利用CAE技術進行汽車產品的設計制造是當前汽車制造業的主要發展趨勢，其對汽車產品設計制造的作用十分巨大，其仿真技術的應用能夠大大降低汽車產品的研發時間和研發成本，對提升汽車企業汽車產品的核心競爭力有著重要的作用，CAE技術有效推動了汽車制造業的發展，汽車產品設計制造中CAE技術的應用也帶動了CAE技術的不斷創新和完善。文章簡要研究了基于CAE技術的汽車產品設計制造，旨在為推進CAE技術全面深入的應用到汽車產品設計制造中做出貢獻。

參考文獻：

[1]于凡清.汽車產品設計開發流程與管理培訓[J].企業文化，2015.

[2]張志強.CAE技術在汽車產品設計制造中的應用[J].農業裝備與車輛工程，2015.