汽車車身設(shè)計(jì)方法研究和展望

田立超

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，國(guó)民生活素質(zhì)不斷提升，國(guó)內(nèi)對(duì)汽車的需求不斷增加，同時(shí)對(duì)汽車的各項(xiàng)性能提出更高的要求，因此如何設(shè)計(jì)出符合社會(huì)大眾的汽車呢？這是每個(gè)汽車設(shè)計(jì)員必修課，現(xiàn)代汽車車身要求具有很高的防撞抗沖擊能力，以及高度的清潔性、舒適性和智能性，為了提升我國(guó)汽車車身的設(shè)計(jì)水平，本文談?wù)劕F(xiàn)代汽車車身設(shè)計(jì)方法的研究和展望。

關(guān)鍵詞：汽車；車身；設(shè)計(jì)；展望

一、車身的作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

車身的主要作用是載運(yùn)乘客或貨物，相當(dāng)于臨時(shí)住所或流動(dòng)倉(cāng)庫(kù)，是一個(gè)受到質(zhì)量和空間限制的活動(dòng)建筑物，其詳細(xì)作用因車而異。就轎車車身而言其作用概括起來(lái)有以下5點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)整車功能；為乘客提供舒適的乘坐環(huán)境；為乘客提供安全保護(hù)；減少空氣阻力；增強(qiáng)轎車的美觀性。

車身的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在車身的涉及面廣、車身材料種類多、車身造型發(fā)展迅速等幾個(gè)方面。車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要在于組成車身外形的各個(gè)零部件（即所謂的車身覆蓋件）的材料薄、尺寸大、形狀復(fù)雜且多為自由曲面。

二、對(duì)車身設(shè)計(jì)的要求與特點(diǎn)分析

車身設(shè)計(jì)包括對(duì)車身各項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，其總體要求是在實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的前提下力求造型美觀，性能良好、具有良好的空氣動(dòng)力特性制造容易、維護(hù)裝拆方便。在外形和結(jié)構(gòu)上，車身殼體（特別是轎車車身殼體）是由許多具有空間曲面外形的大型覆蓋件組成。對(duì)整車外形來(lái)說(shuō)，既要求其整體協(xié)調(diào)給人以美感，又必須保證必要的流線型。在設(shè)計(jì)這些大型覆蓋件時(shí)，對(duì)互換性和裝配準(zhǔn)確度也有較嚴(yán)格的要求，必須保證其工藝性要求。因此，要求車身表面上的各點(diǎn)（空間坐標(biāo)）連成的曲線必須在縱向和橫向2個(gè)截面上反復(fù)協(xié)調(diào)以使之光順。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法就不得不規(guī)定車身圖樣必須采用坐標(biāo)網(wǎng)格來(lái)表示，但即使如此，也無(wú)法單純依靠圖紙準(zhǔn)確完整地將其表達(dá)出來(lái)，而必須輔以實(shí)體模型。也就是說(shuō)，對(duì)車身這樣復(fù)雜的空間曲面外形需采取一整套特殊的實(shí)物（如外形樣板和主模型等）模擬和“移形”（模擬量傳遞）的辦法來(lái)表達(dá)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和投產(chǎn)等階段中，實(shí)物可以補(bǔ)充圖樣的不足，保證成套工藝裝備（模具和裝焊夾具等）之間乃至零部件之間的協(xié)調(diào)驗(yàn)證。以上這些特點(diǎn)決定了車身設(shè)計(jì)有別于汽車上的其他總成而自成一套體系的工作方法，這種方法及其思想也成為逆向工程的起源，迄今為止，車身設(shè)計(jì)也是逆向工程應(yīng)用最多、最成熟的領(lǐng)域之一。

三、基于C AX的現(xiàn)代汽車車身設(shè)計(jì)方法

通常來(lái)說(shuō)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的車身設(shè)計(jì)方法一般分為概念設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，在此，僅對(duì)工程設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論。運(yùn)用CAX的車身設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)方式來(lái)進(jìn)行車身幾何造型的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，也就是在計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)模型，能夠從其表面任意處得到有關(guān)車身的所有曲線和曲面信息來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，并以此模型來(lái)替代傳統(tǒng)車身設(shè)計(jì)中的立體模型，還保留了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的某些優(yōu)點(diǎn)與長(zhǎng)處，使車身設(shè)計(jì)集多處優(yōu)點(diǎn)于一身。

現(xiàn)代汽車車身設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：以計(jì)算機(jī)中的三維實(shí)物模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的主模型，因此，將大量的人力從繪圖、取樣、制表面、做模型中解放出來(lái)；提升了汽車產(chǎn)品規(guī)劃時(shí)的信譽(yù)度，使設(shè)計(jì)、工藝、模具設(shè)計(jì)和制造人員更好地協(xié)同、協(xié)調(diào)工作；將計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度快和精確度高的特點(diǎn)充分、完全地發(fā)揮出來(lái)，以此來(lái)極大地提高汽車車身設(shè)計(jì)的效率，并以此來(lái)縮短開(kāi)發(fā)周期。目前來(lái)說(shuō)，用于車身設(shè)計(jì)的各種CAD系統(tǒng)都能夠根據(jù)三維實(shí)物模型自動(dòng)生成二維車身圖紙及用于數(shù)控加工的代碼。由此可看出，對(duì)整個(gè)車身設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)說(shuō)，任何模塊之間都是相互影響與聯(lián)系的；現(xiàn)代的汽車車身設(shè)計(jì)方法可對(duì)車身造型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，工作人員可從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖案中挑選出一套集多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)于一身的設(shè)計(jì)方案，對(duì)汽車進(jìn)行專業(yè)的設(shè)計(jì)[3]。

四、車身設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)代轎車車身已由傳統(tǒng)的車駕式結(jié)構(gòu)向整體無(wú)架結(jié)構(gòu)式轉(zhuǎn)化，這是一種緣于飛機(jī)的應(yīng)力薄殼結(jié)構(gòu)，質(zhì)輕而強(qiáng)度非常高。與車架式車身相比，重量減輕了400KG以上，而車身內(nèi)部空間切絲毫未減少，甚至還有擴(kuò)大。

（一）氣流造型依然是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

從汽車行駛速度造成的空氣阻力來(lái)看，汽車的百年發(fā)展史，其實(shí)質(zhì)就是汽車如何克服氣動(dòng)阻力的發(fā)展過(guò)程，車身的造型進(jìn)步則生動(dòng)地演繹著這個(gè)變化經(jīng)歷。可以毫不夸張地說(shuō)，在與氣動(dòng)阻力做斗爭(zhēng)過(guò)程中推動(dòng)了汽車車身的進(jìn)步和開(kāi)發(fā)。

氣流造型的開(kāi)發(fā)研究重點(diǎn)是最優(yōu)化設(shè)計(jì)，大體上可分為兩方面的技術(shù)工作：一是氣動(dòng)造型的局部最優(yōu)化設(shè)計(jì)，另一方面是氣動(dòng)造形的整體最優(yōu)化設(shè)計(jì)。前者任務(wù)是確定車身的基本造型，必須達(dá)到車身的制造工藝學(xué)、人體工程學(xué)、美學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科的各方面要求，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行車身的局部修改，增加空氣動(dòng)力附加裝置，實(shí)現(xiàn)減少氣動(dòng)阻力和提高行駛穩(wěn)定性的目的。而整體最優(yōu)化工作的任務(wù)則是根據(jù)高氣動(dòng)穩(wěn)定性和低氣動(dòng)阻力的流線型要求，最終完成實(shí)用化車型的整體布置。由于兼顧局部和整體的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使車身美感和科學(xué)性達(dá)到和諧統(tǒng)一，從而追求車身造型的完美性和最優(yōu)化。

（二） 定制車身是發(fā)展趨勢(shì)

絢麗多姿和個(gè)性鮮明的車身，是二十一世紀(jì)車身發(fā)展的趨勢(shì)，這既符號(hào)人類對(duì)美學(xué)、對(duì)個(gè)性的追求。這才真正標(biāo)志著百年的汽車技術(shù)趨于成熟，體現(xiàn)了汽車產(chǎn)品的最終目的。展望未來(lái)，定制汽車車身是時(shí)代的特征和潮流，顧客不但可以自己選擇車身的圖案和造型，并以此進(jìn)行定制生產(chǎn)，體現(xiàn)鮮明的個(gè)性和多樣性[5]。

五、結(jié)束語(yǔ)

上文中，我們對(duì)汽車車身設(shè)計(jì)方法的研究和展望做出了初步地分析。鑒于自身能力、工作經(jīng)驗(yàn)的限制，本文可能對(duì)現(xiàn)代汽車車身設(shè)計(jì)方法的研究和展望論述的還不夠徹底、全面。整個(gè)論述過(guò)程中，甚至可能出現(xiàn)某些不恰當(dāng)?shù)挠^點(diǎn)或問(wèn)題。而要避免這些，必然需要各個(gè)同行們的批評(píng)和建議。希望廣大的相關(guān)從業(yè)者們，能夠立足于自身實(shí)踐，從思想、行動(dòng)上對(duì)現(xiàn)代汽車車身設(shè)計(jì)方法做出創(chuàng)新，從而推動(dòng)我國(guó)汽車行業(yè)的健康發(fā)展。