浅谈现代汽车车身设计技术

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   摘    要:现如今汽车工业具有非常强的产业链,从而被看做是一个国家经济发展的重要标志。如今车身板块在汽车这个庞大的系统中具有重要的地位。人们对汽车的安全性、舒适性、耐久性及可靠性的要求越来越高,因此只有提高车身设计技术才能更好的发展汽车工业产业的发展。
   关键词:车辆工程;车身技术;设计技术
   中图分类号:U463.82            文献标识码:A               文章编号:1004-7344(2019)03-0288-01
  1  车身在汽车上的应用及分类
  1.1  车身的应用
   总所周知汽车由车身、电气设备、发动机、底盘四大件构成。车身成了其中必不可少的一部分,车身技术展现了一个国家汽车工业的水平,同时已决定了汽车的美观即乘客的舒适性、安全性等多方面的性能,同时车身也是汽车各个部件的承载体。在满足乘客各种需求的同时还应具备一定刚度和抗扭转性能以及其受载荷的能力,可以明显的看出车身在汽车上的重要性。
  1.2  车身的分类
   车身又根据其受力情况不同分为承载式车身和非承载式车身。承载式车身是指车身没有车架,车架作为发动机和底盘各部件的安装基本承载体,充当车架的作用并承受各种载荷。承载式车身将发动机、悬架等部件直接安装在车身上的结构常用薄板为主并为了缓和底盘件安装部位的应力冲击和确保车身刚度、强度的需要,部分车架还安装有副车架。承载式车身具有如下优点:①车身总体质量低、整体弯曲和扭转刚度好且车身重心低,能有效的提高操纵性和燃油经济性。②车内室地板低、车身高度尺寸小,空间利用率高。③车身结构因以薄板加工为主且可用焊接连接即较容易批量生产。承载式车身缺点:①路面和发动机等零部件的运动噪声及构件间运动产生的振动传入车内室,容易影响驾驶员对汽车的行驶导致驾驶员做出错误的判断从而引发安全事故。②承载式车身用整个车身来确保刚度需求且难于改造。③承载能力弱。承载式车身常用于家用轿车。
   非承载式车身指通过弹性元件或橡胶软垫与车架作柔性连接。车身相对于车架是独立的,车身只需要承受人员和货物的重力,加、减速度时的惯性力,而车架则需要承受所装各种总成的载荷并起骨架作用。优点如下:①因车身和车架之间使用弹性元件或挠性橡胶垫,即除了轮胎和悬架系统对整车的载荷有缓和吸收载荷的能力外还可以起到辅助吸收载荷的作用,并且还能适当吸收扭转变形和降低各种噪音的作用。为此不仅提高了乘客的舒适性还延长了车身的使用寿命。常广泛用于高级轿车和部分中级轿车上。②在装配时车身和底盘可以分开装配,有效的简化了装配工艺便于组织协调专业化操作。③非承载式车身有车架作为基础,有利于汽车上各个总成和零部件的安装,同时容易改装成特殊用途的车辆。缺点:①因车身相对于车架较为独立所以在参数分析计算时不需要考虑车身承载,为此必须保证车架有足够的刚度和强度,从而导致整车自重增加。②由于底盘和车身间安装有车架所以整车的高度有所增加。
  2  车身现代设计技术的应用及分类
  2.1  车身设计技术的应用
   汽车的车身诞生至今一直在发展,不同的阶段经历了不同的车身外表,如:马车型、箱型、甲壳虫型、船型等。后来人们考虑到人体工程学、内部空间、乘坐舒适性、空气动力学等多种性能分析才将以往有棱有角的外部造型慢慢的趋向圆滑。风阻系数也能得到良好的改善。风阻系数的大小取决于汽车的外形,风阻系数愈大,则空气阻力愈大。现代汽车的风阻系数一般在0.2~0.5之间。现在随处可见多样化的汽车车身展现了新时代的发展、社会的进步、科学技术的不断创新,从以前的老式开发技术到如今的计算机与科学技术的结合,从以往的手绘图纸到如今的计算机辅助系统绘图和电脑软件模拟测试。
  2.2  车身设计技术的分类
   如今汽车车身设计技术可谓种类繁多,典型的现代车身设计技术大致可分为数字化设计、CAE优化分析技术、逆向工程和并行工程。数字化设计又可称为CAD技术、CAS技术、CAE技术、计算机辅助制造技术等多种计算机辅助开发技术的统称。①CAD技术在设计初级阶段起到至关重要的作用,可以使用该技术利用计算机辅助绘图并进行运动仿真,比起以往的手绘图。CAD技术的开发和使用有效的缩短了设计初期的图纸绘制时间和减少了工程人員的工作量,目前CAD被人们广泛运用于各种图纸绘制和三维建模等工程中。②CAE技术在设计中期使用计算机辅助求解复杂的工程和车身结构强度、刚度、动力响应、弹性塑性等力学性能的分析与计算。以及车身结构性能的优化设计等问题的数值分析。CAE技术可利用在大大小小的各类工程,大到车身的结构分析计算,小到密封条的结构与材料的优化,涉及到整个车身和各个部件测静态、动态、安全性、疲劳分析,空间管路的分析,钣金件的冲压成形可靠性分析,塑料件注塑过程的模拟分析等多方面。
   CAE优化分析技术是指从车身产品的概念设计开始,贯穿于整个车身设计阶段,直到后续的车身产品实验验证及性能设计中的目标性能。对于车身而言需要控制的是主要产品的性能包括结构刚度/强度、车身碰撞安全性、人机交互工程学特性、空气动力学、车身结构轻量化、可靠性、耐久性。优化分析设计的前提条件和基准依据包括车身设计前期的对标工作、精准的对标分析、科学的项目规划和详细的车身描述。
   逆向工程也称反向工程。是设计下一工程向设计上一工程反馈信息的回路。是根据各零件生成图样后再制造产品,是一种应用现代计算机辅助设计方法学、生产工程学、材料学和相关专业知识进行系统化的分析和研究、探索掌握其的关键技术。是开发出更为先进产品的技术,是针对车身设计技术创新和发展先进技术采取的一系列分析方法和应用技术。是根据实物数字化的设备进行数据处理后利用模型重建等软件进行样件生产,再根据各种参数进行模拟仿真,模型和模具的制造最后进行车身产品的成型制造等设计步骤的先进技术。
   并行工程也称为也称同步工程。是一种系统化的工程方法,可以实现动态、静态优化地处理问题。可以有效的缩短在车身产品设计制造的时间同时提高车身产品的质量,降低成本需求。以达到预期要求的最高水准。是并行设计产品及相关过程的系统方法,是现代各类产品(包括车身产品设计)设计制造常用的方法。
  收稿日期:2018-12-8
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