汽車設計全過程概述

07-04

汽車設計全過程概述（一）制訂產品開發規劃　在汽車產品開始技術設計之前，必須制訂產品開發規劃。首先，必須確定具體的車型，就是打算生產什麼樣的汽車。其次是進行可行性分析，根據用戶需求、市場情況、技術條件、工藝分析、成本核算等，預測產品是否符合需求，是否符合生產廠家的技術和工藝能力，是否對國民經濟和企業有利。第三步是擬定汽車的初步方案，通過繪製方案圖和性能計算，選定汽車的技術規格和性能參數o-最後一步是制定出設計任務書，其中寫明對汽車的形式、各個主要尺寸、主要質量指標、主要性能指標以及各個總成的形式和性能等具體要求。　產品開發的前期工作，是分析各方面的影口向因素，明確產品開發的目的和工作方向。否則，不經過周密調查研究與論證，盲目草率上馬，輕則會造成產品先天不足，投產後問題成堆；重則造成產品不符合需求，在市場上滯銷，帶來重大損失。在產品開發的前期，企業為了進行各種研究與探討，概念設計和概念車在近年來逐漸興起。概念設計，是對下一代車型或未來汽車的總概念進行概括描述，確定汽車的基本參數、基本結構和基本性能的設計。概念設計同樣需要研究產品的開發目的、技術水平、企業條件、目標成本、競爭能力等。概念設計可能只停留在圖紙上和文件上的描述，稱為「虛擬的」概念車；也可能製造出實體的樣車供試驗和研究。概念設計可能只是一種參考方案或技術儲備，也有可能納入正式的產品開發規劃。所以概念設計只供產品開發參考，但也有可能成為正式產品開發規劃的重成部分，—成為新一代車型的初步設計。　2.初步設計汽車初步設計的主要任務是構造汽車的形狀設計，主要包括如下內容：　(1)汽車總布置設計總布置設計(又稱初步造型)，是將汽車各個總成及其所裝載的人員或貨物安排在恰當的位置，以保證各總成運轉相互協調、乘坐舒適和裝卸方便。為了保證汽車各部分合理的相互關係，需要定出許多重要的控制尺寸。在這個階段，需要繪製汽車的總布置圖，繪出發動機、底盤各總成、駕駛操作場所、乘員和貨物的具體位置以及邊界形狀；也包括零部件的運動(如前輪轉向與跳動)範圍校核。經過汽車總布置設計，就可確定汽車的主要尺寸和基本形狀。　(2)效果圖是表現汽車造型效果的圖畫。造型設計師根據總布置設計所定出的汽車尺寸和基本形狀，就可勾畫出汽車的具體形象。效果圖又分為構思草圖和彩色效果圖兩種。構思草圖是記錄造型設計師靈感的速寫畫。彩色效果圖是在構思草圖的基礎上繪製的較正規的繪畫，需要正確的比例、透視關係和表達質感。彩色效果圖包括外形效果圖、室內效果圖和局部效果圖，其作用是供選型討論和審查.效果圖的表現技法多種多樣：可採用鉛筆、鋼筆，也可採用毛筆(水彩畫或水粉畫)等，而月前較流行的是混合技法——用麥克筆描畫、噴筆噴染以及塗抹、遮擋等同時表現技法。只要效果良好，表現技法可不拘一格。　(3)製作縮小比例模型　縮小比例模型是在構架上塗敷造型泥雕塑而成。轎車縮小模型常用1：5的。比例，亦即是真車尺寸的1／5。英、美等國採用英制尺寸，模型的比例是3／80造型泥是一種油性混合物，又稱油泥，在常溫下有一定硬度(比肥皂硬些)，塗敷前須經烘烤。縮小比例模型是在彩色效果圖的基礎上更進一步表達造型構思，具有立體形象，比效果圖更有真實感，要求比例嚴格、曲線流暢、曲面光順。雕塑一個縮小比例汽車模型，需要從各個角度審視，反覆推敲，精工細雕，因而很難在兩三天內完成。　(4)召開選型討論會　　經過初步設計，繪製出一批彩色效果圖和塑制出幾個縮小比例模型，就可以召開選型討論會。會議的目的是從若干個造型方案中選擇出一個合適的車型方案，以便作為技術設計的依據。選型討論會主要討論審美問題，但也涉及結構、工藝等方面，故通常由負責人召集造型設計師、結構設計師和工藝師等參加會議。選型討論會結束，說明選定車型的造型構思基本成熟，汽車的初步設計亦結束。　3.技術設計　技術設計包括確定汽車造型和確定汽車結構兩個方面。　(1)確定汽車造型　1)繪製膠帶圖。膠帶圖是用細窄的彩色不幹膠紙帶粘貼成的1:1(全尺寸)汽車整車圖樣，可表達零部件形狀及外形曲線。膠帶圖的外形曲線數據取自選定的縮小比例模型，可用來審查整車外形曲線的全貌。如發現某條曲線不美觀或不符合要求，可將膠帶揭起重新粘貼，直到滿意為止。膠帶圖完成後，縮小比例模型放大的曲線又經過進一步修訂。　2)繪製1：1整車外形效果圖。單純由縮小比例的繪畫表達汽車的外形效果尚嫌不夠，還需要繪製等大尺度(全尺寸)的彩色效果圖。現代造型設計非常重視等大的尺度感。縮習、比例圖樣和全尺寸圖樣的真實感是截然不同的。打個比方，雛雞看上去很小巧可愛，若放大5倍就顯得太胖太臃腫。汽車也是一樣，縮小比例模型上某些圓角或曲線看上去很小巧雅緻，放大5倍後就顯得笨拙臃腫。因此，汽車形狀的最後確定，不能從縮小比例的圖樣或模型直接放大，而應經過1：1效果圖和1：1模型的修正，以符合等大的尺度感和審美要求。

　3)製作1：1外部模型。1：1外部模型是汽車外形定型的首要依據。根據縮小比例模型的放大數據，結合膠帶圖和1：1效果圖的的修訂情況，就可以製造1：1外部模型。這個模型是在一個帶有車輪的構架上塗敷造型泥而雕塑成的。由於要用數以噸計的造型泥，並雕塑得細緻、平整、光順，所以製造一個1：1外部模型的時間很長，通常需要幾個星期。　4)製作1：1內部模型。1：1內部模型用以審視汽車內部造型效果和檢驗汽車內部尺寸o 1：1內部模型與1：1外部模型同時製作，其設計和尺寸相互配合。1：1內部模型的形狀、色彩、覆蓋飾物的質感和紋理都應製造得十分逼真，使人具有置身於真車室內的感覺。　5)造型的審批。1：1外部模型、內部模型、效果圖完成後，需要交付企業最高領導審批，使汽車最終定型。汽車造型設計是促進汽車銷路的重要競爭手段，大公司為了擊敗對手會採用頻繁更換車型的手段，對汽車造型設計的需求就十分迫切，並在整個汽車設計過程中佔有愈來愈重要的地位。　6)確定汽車結構　汽車造型審定後，就可以著手進行汽車結構設計。汽車的結構設計，是確定汽車整車、部件(總成)和零件的結構。也就是說，設計師需要考慮由哪些部件組合成整車，又由哪些零件組合成部件。零件是構成產品的最基本的、不可再分解的單元。毫無疑問，零件設計是產品設計的根基。零件設計時，首先要考慮這個零件在整個部件中的作用和要求；其次，為了滿足這個要求，零件應選用什麼材料和設計成什麼形狀；最後，零件如何與部件中其他零件相互配合和安裝。按照零件所使用的材料，可分為金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料又可分為鋼鐵(黑色金屬)材料和有色金屬材料兩大類。汽車所採用的非金屬材料種類繁多。鋼鐵是汽車上所使用的最重要的材料，佔全車重量的大部分。鋼鐵的主要優點是強度、剛度和硬度高，耐衝擊和耐高溫，因而用於汽車上載荷大、高溫、高速的重要零件。所謂強度高，就是這種材料可承受較大的力而不被破壞；所謂剛度高，就是這種材料可承受較大的力而變形很小。汽車的零件在工作時，有的零件承受拉力而有伸長的趨勢；有的零件承受壓力而有縮短的趨勢；有的零件承受彎曲力矩而趨於彎曲變形；有的零件承受扭轉力矩。事實上，許多汽車零件的受力比上述例子複雜得多。如汽車變速器的軸就同時承受了拉、壓、彎、扭多種力。汽車零件不僅是承受靜載荷，而且，由於汽車的行駛隨路況變化，還要承受十分複雜的動載荷。作為設計師，必須充分考慮零件的受力情況，經過周密的計算，確保零件的強度和剛度的數值在允許的範圍內。　確定汽車零件的形狀，也要花費設計師許多心血。例如，發動機氣缸體的形狀就非常複雜，需要設計氣缸和水套，考慮與氣缸蓋、油底殼的接合，安裝曲軸、進氣管、排氣管和各種各樣的附屬設備，乃至氣缸體內部細長的潤滑油通道……，所有這些因素都應考慮周全，每個細節均不能遺漏。汽車車身零件的形狀就更特別，既不是常見的平面或圓柱體，也不是簡單的雙曲面或拋物面，而是造型師根據審美要求而塑造的。在確定零件的形狀時，還需要考慮零件的製造方法，例如零件在機床上怎樣裝夾定位，刀具怎樣加工，半成品怎樣傳送、堆疊等。　設計師必須把所設計的汽車結構用圖紙表達出來。圖紙是設計師與企業中的工藝師、技工和其他人員交流的「工程語言」。我國頒布了10多項機械製圖的國家標準，規定了繪製機械產品圖紙的方法。在工科院校還設置專門的課程，訓練學生掌握這種標準的工程語言。圖紙繪製的方法，是按照投影原理並藉助於幾個視圖、剖面或局部放大等，把產品的立體形狀和內部結構詳細而清晰地表達出來。圖紙應按指定的比例繪製並且寫出對產品的技術要求。零件圖需要詳細地標註出各部分的尺寸。總成圖應清楚地表達零件相互裝配的關係並標註出相關的裝配尺寸。設計一輛汽車，需要繪製數以千計的圖紙。一些複雜的圖紙，圖面的長度竟達3-5m。　在設計時，設計師必須無條件地執行國家制定的有關法規和標準。對於出口的產品，還必須執行外國的標準，如ISO(國際標準化組織)、SAE(美國汽車工程師協會)、JIS(日本工業標準)、EEC(歐洲經濟共同體)、ECE(歐洲經濟委員會)等標準。圖紙繪製成後，需要將部件和零件按照它們所屬的裝配關係編成「組」及其下屬的「分組」號碼。每個部件、每個零件及其圖紙都給定一個編號，以便於對全部圖紙進行管理。

汽車設計全過程概述（二）

汽車設計理論是指導汽車設計實踐的；而汽車設計實踐經驗的長期積累和汽車生產技術的發展與進步，又使汽車設計理論得到不斷的發展與提高。汽車設計技術是汽車產船設計的方法和手段，是汽車設計實踐的軟體與硬體。由於汽車是一種包羅了各種典型機械元件、零部件、各種金屬與非金屬；材料及各種機械加工工藝的典型的機械產品，因此其設計理論顯然要以機械設計理論為基礎，並考慮到其結構特點、使用條件的複雜多變以及大批量生產等

情況。它涉及許多基礎理論、專業基礎理論及專業知識，例如：工程數學、工程力學、熱力學與傳熱學、流體力學、空氣動力學、振動理論、機械製圖、機械原理、機械零件、工程材料、機械強度、電工學、工業電子學、電控與微機控制技術、液壓技術，液力傳動汽車理論、發動機原理、汽車構造、車身美工與造型、汽車製造工藝、汽車維修等。在近百年中，汽車設計技術也經歷了由經驗設計發展到以科學實，驗和技術分析為基礎的設計階段。20世紀60年代中期，在設計中引入電子計算機後又形成了計算機輔助設計(CAD，Computer Aided Design)等新方法，使設計逐步實現半自動化和自動化。經驗設計是以已有產品的經驗數據為依據，運用一些帶有經驗常數或安全係數的經驗公式進行設計計算的一種傳統的設計方法。這種設計由於缺乏精確的設計數據和科學的計算方法，使所設計的產品不是過於笨重就是可靠性差。一種新車型的開發，往往要經過設計-試製-試驗-改進設計—試製—試驗等二次或多次循環。反覆修改圖紙，完善設計後才能定型，設計周期長，質量差，消耗大。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。同時廣泛採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1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模擬分析，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)。隨著計算機在汽車設計中的推廣應用，一些近代的數學物理方法和基礎理論方面的新成就，在汽車設計中也日益得到廣泛應用。現代汽車設計，除傳統的方法和計算機輔助設計方法外，還引進了最優化設計、可靠性設計、有限元分析、計算機模擬計算或模擬分析、模態分析等現代設計<方法與分析手段，甚至還引進了雷達防撞、衛星導航、智能化電子儀錶及顯示系統等商新技術。在產品開發的整個過程中，產品韻先天質量、決定於設計，產品在包括原材料、鍛造、使用、維<修等各方面的花費，即廣義成本的70%是由設計階段決定的。因此設計方案的修改儘可能地在產品開發的前期進行，使產品設計一次成功，避免在產品開發後期因改變設計而造成的巨大浪費。　　汽車設計的內容與特點　　汽車的設計開發工作，是由根據市場調查及使用要求而制定的設計任務書開始的。　　1.汽車設計的內容　　汽車設計的內容包括整車總體設計、總成設計和零件設計。整車總體設計又稱為汽車的總布置設計，其任務是使所設計的產品達到設計任務書所規定的整車參數和性能指標的要求，並將這些整車參數和性能指標分解為有關總成的參數和功能。2.汽車設計的特點和要求零件標準化、部件通用化和產品系列化(1)由於汽車出產量大，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。;(2)考慮使用條件的複雜多變　為了使所設計的汽車產品；具有競爭力，設計中就要充分考慮。其對複雜多變的使用條件出適應性。特別應注意熱帶、寒帶等不同的氣候條件和高原、山區、丘陵、沼澤、沿海等不同的地理條件，以及燃料供應，維修能力等不同的使用條件對汽車結構、性能、材料、附件等的特殊要求。(3)重視汽車使用中的安全、可靠、經濟與環保　汽車良好的使用性能是設計者要追求的目標，不同的汽車出使用性能也是不同的(例如：動力性、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。(4)車身設計既重視工程要求，更注重外觀造型　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衝壓分塊的工藝要求，又要適應車身的空氣動力學的要求而具有最小的，空氣阻力係數。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。(5)在保證可靠性的前提下盡量減小汽車的自身質量　和固定的機械設備不同，作為運輸用的汽車，其自身質量直接影響其燃油經濟性。和單件生產＼小批量生產的產品不同。作為大批量生產的汽車，減小其自身質量可節約大量的製造材料，降低生產成本。合理地減小汽車的自身質量，會對汽車工業和汽車運輸業帶來巨大的經濟效益。最優化設計方法可滿足這方面的設計要求。(6)設計要在有關標準和法規的指導下進行

　　除設計圖紙的繪製與標註應按有關國家標準進行外，汽車設計還應遵守與汽車有關的一些標準與法規。中國汽車工業標準包括與國際基本通用的汽車標準和為宏觀控制汽車產品性能和質量的標準，它包括國家標準、行業標準和企業標準。汽車標準又分為強制性標準和推薦性標準。強制性標準主要有：整車尺寸限制標準、汽車安全性標準、油耗限制標準、汽車排放物限制標準及雜訊標準。為使我國汽車產品進入世界市場設計時也應考慮到國際標準化組織汽車專業委員會(ISO/TC22)制訂的一些標準和美國標準協會標準(ANSl)、美國汽車工程師學會(SAE)標準、日本工業標準(JIS)、日本汽車標準組織(JASO)標準、日本汽車車身工業協會標準(JABIA)、日本汽車輪胎標準(JATMA)、日本汽車用品工業協會標準(JARP)、日本蓄電池工業協會標準(SBA)以及歐洲經濟委員會(ECE)、歐洲經濟共同體(EEC)所制訂的汽車法規。(7)汽車設計是考慮人機工程、交通工程、製造工程、運營工程、管理工程的系統工程　　汽車是由人來駕駛和乘坐的，因此其設計必須考慮這種人車關係，即操縱要方便、乘坐要舒適。汽車是一種交通工具，其設計必須符合交通工程的要求。　　汽車設計的設計過程其任務是選定設計目標，並制定產品設計工作方針及設計原則。　　2.總體方案設計　　其任務是根據領導決策所選定的目標，及對開發目標制定的工作方針、設計原則等主導思想提出整車設想，因此又被稱力概念設計或構思設計。　　3.繪製總布置草圖　其任務是確定整車主要尺寸、質量參數與性能指標以及各總成的基本型式。　　4.車身造型設計及繪製車身布置　　其任務是繪製不同外形、方向、色彩的車身外形圖；製作相應造型的l：5整車模型；從中選優後再製作1：5或1：1的精確模型。　　5.編寫設計任務書　　其內容包括：任務來源、設計原則和設計依據；產品的用途及使用條件；汽車型號、承載容量、布置形式及主要技術指標和參數，包括空車及滿載下的整車尺寸、軸荷及性能參數，有關的可靠性指標及環保指標等；各總成及部件的結構形式和特性參數；標準化、通用化、系列化水平及變型方案，擬採用的新技術、新結構、新裝備、新材料和新工藝，維修、及其方便性的要求，續駛里程；生產規劃、設備條件及預期製造成本和技術經濟預測等。有時也加入與國內外同類型汽車技術性能的分析和對比等。有的還附有汽車總布置方案草圖及車身外形方案圖。　　6.汽車的總布置設計　　其任務是根據汽車總體布置及整車性能，提出對各總成及部件的布置要求和特性參數等設計要求；協調整車與總成間、相關總成間、總成與有關部件間的布置關係和參數匹配關係，使之組成一個在給定使用條件下的使用性能達到最優並滿足設計任務書所要求出整車參數和性能指：(1)繪製汽車總布置圖；(2)根據總布置設計確定的整車參數和性能指標，提出對各總成和部件的設計要求；(3)繪製轉向車輪跳動等有關部分的運動圖；(4)確定有關總成和部件支承的型式、結構參數與特性等；(5)確定各總成的質心位置，核算汽車空載和滿載時韻軸荷分配及整車質心高度；(6)耕作模型進行布置空間的校核，通常製作1：1的車身內、外模型來檢查駕駛操作及上下車的方便性、視野範圍、乘坐空間及舒適性等；(7)汽車總成、部件及零件韻選型與設計；(8)設計圖紙的工藝審查及必要的修改；(9)繪製汽車總裝配圖；(10)試製、試驗、修改與定型。