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产品设计工程阶段

 

油泥模型冻结后，就全面进入到了产品设计阶段。产品设计工程是汽车自主创新开发中最为重要的一步。

 

它贯穿整个汽车开发的全过程，包括整车总体布置、 汽车工程分析、 产品结构分析、 具体总成与零部件的详细设计以及它们之间的相关协调工作。这一阶段耗时最长，如果撇开后期的设计改进时间不算，一般需 要 1 年左右的时间。

 

在产品设计阶段，有必要让供应商提前介入，使产品的设计做得更经济、合理。 要充分利用现代产品设计的手段，加快产品设计进程，缩短产品开发周期。

 

利用三维软件对产品零部件进行装配，做各种断面与干涉检查， 使产品结构尺寸准确无误；利用有限元分析软件对产品结构进行有限元模拟分析，产品性能模拟  分析要达到合格水平。

 

1. 整车总布置设计

 

在前面总布置草图的基础上， 细化总布置设计， 精确地描述各部件的尺寸和位置， 为各总成和部件分配准确的布置空间，确定各个部件的详细结构形式、 特征参数、质量要求等条件。主要的工作包括：发动机舱详细布置图、底盘详细布置图，内饰布置图、外饰布置图以及电器布置图（如图7）。

 

 

 

图 7 整车总布置图

 

2. 车身造型三维数据生成

 

油泥模型完成后，使用专门的三维测量仪器（ATOS）对油泥模型进行测量，生成点云数据（如图8），工程师根据点云使用汽车A面制作软件来构建外表面（如图9）。车身造型数据完成后，通常要用这些数据来重新铣削一个树脂模型，目的是验证车身数据。

 

 

 

 图 8 汽车点云

 

 

 

 图 9 车身造型三维数据

 

3. 主断面设计

 主断面设计作为车身设计中的一项重要工作，被越来越多的车身设计团队认可，   通过主断面设计可以前瞻性的将车身结构的设计方案呈现出来，最大限度地指导详细设计（如图10）。

 

 

图 10 主断面图

 

 

4. 白车身设计

 

汽车车身工程是目前世界汽车工业中研究最活跃、发展最迅速的一个领域。 汽车白车身是汽车其他零部件的载体，是以“钢结构”为主的支撑部件，它是一个复杂的体系，其零部件数量众多、结构复杂，制造成本约占整车的40%～ 60%，通常有 300～ 500 多个形状复杂的薄板冲压零件（如图11），在 55～75 个工位上大批量、快节奏地焊接而成。

 

 

 

图 11 某轿车白车身结构设计

 

轿车车身结构设计是以车身造型设计为基础进行车身强度设计和功能设计，以期最终找到合理的车身结构型式的设计过程的统称，其设计质量的优劣关系到车身内外造型能否顺利实现和车身各种功能是否能正常发挥。所以，它是完成整个车身开发设计的关键环节。

 

结构设计必须兼顾造型设计的要求，同时应充分考虑诸如结构强度、防尘隔噪性能以及制造工艺等多种设计要求。优良的结构设计可以充分保证汽车整车质量的 减小，进而达到改善整车性能、降低制造成本的目的。

 

完成车身结构设计首先需要明确车身整体的承载形式，并对其做出载荷分析， 以便能使载荷在整个车身上分配合理。在此基础上，进一步做出局部载荷分析，确定各梁的结构形式和联接方式。

 

因通常轿车存在使用目的和级别上的不同，故常常会产生具体结构上的差异，最终导致它们在功能和价格上的差别。总之，  车身结构设计是一个涉及到多方面因素的综合工程设计问题，常成为车身设计开发中的难点。

 

5. 内外饰工程设计

 

（1）内饰件设计

 

轿车的内饰件设计包括：轿车车厢的隔板、门内装饰板、仪表板总成、扶手、地毯等零部件 和材料。相对于车上其他部件而言，虽然它们对车辆的运行性能没有什么影响，但其面目一览无遗，代表了整部车子的形象，孰优孰劣，决定着轿车的声誉、档次以 及人们的选择意向。另外，对于轿车来讲，虽然内饰件只是一些辅助性的零配件，但它们要承担起减振、隔热、吸音和遮音等功能，对轿车的舒适性起到十分重要的 作用。

 

（2）外饰件设计

 

汽车外饰件设计包括：前后保险杠、散热器罩、前后外挡泥板、扰流板、玻璃、车门防撞装饰条、行李架、天窗、后视镜、车门机构及附件以及密封条。

 

6. 工程分析阶段

 

在国外，很多大汽车设计公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业   CAE队伍与产品开发同步地广泛开展CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。

 

CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析，以实现轻量化   设计）、 NVH分析（各种振动、噪声，包括摩擦噪声、风噪声等）、机构运动分析等； 

 

而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，并已投入实际使用，完全可以用于定性分析和  改进设计， 大大减少了这些费用高、周期长的试验次数；

 

 虚拟试车场整车分析正在着手研究。此外，还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。在我国， CAE技术在汽车设计上的应用也很广泛，提高了设计的效果和效率。

 

未完待续，敬请期待。
 

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