汽車車身的參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用研究

1 引言

隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展， 汽車設(shè)計技術(shù)及手段的不斷發(fā)展， 特別是以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代工程技術(shù)方法的飛速進步， 日益成熟的 CAD/CAE/CAM 一體化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)在轎車車身設(shè)計領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)

隨著計算機輔助幾何設(shè)計和計算機圖形學(xué)的迅速發(fā)展，車身設(shè)計過程中部分或全程引入計算機輔助系統(tǒng) (CAD/CAM 軟件 ) ，在計算機中構(gòu)建車身三維數(shù)字化模型，以“所見即所得的”交互方式完善設(shè)計方案，是現(xiàn)代車身設(shè)計方法的主要特點。

參數(shù)化設(shè)計技術(shù)是當(dāng)前 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究熱點之一，是實現(xiàn)工程設(shè)計智能化、自動化的重要手段。 參數(shù)化設(shè)計主要是通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸， 自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。 參數(shù)化設(shè)計可以提高產(chǎn)品的設(shè)計效率， 有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計的柔性，并在概念設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、實體造型、裝配、機構(gòu)仿真等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

參數(shù)化設(shè)計的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。 它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)。

3 參數(shù)化車身設(shè)計方法

隨著汽車車身造型的設(shè)計與修改要求日趨增高， 傳統(tǒng)的車身設(shè)計方法設(shè)計周期長，費時費力，修改困難，而參數(shù)化設(shè)計更符合和貼近現(xiàn)代 CAD 中的概念設(shè)計和并行設(shè)計思想，并可提高設(shè)計與分析的柔性，因此車身模型的參數(shù)化設(shè)計已經(jīng)成為車輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

傳統(tǒng)的手工造型方法已被建立在各種先進的造型建模軟件基礎(chǔ)上的計算機輔助造型方法所取代， 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)能夠快速吸收國外汽車車身設(shè)計的先進技術(shù)， 快速響應(yīng)市場， 提高我國自主設(shè)計開發(fā)汽車的能力和汽車產(chǎn)品競爭能力。

現(xiàn)代車身設(shè)計方法的基本流程是，經(jīng)過市場調(diào)研，形成車型的整體要求 ． 也可利用計算機輔助軟件繪制；制作縮比例及主模型； 以三坐標(biāo)掃描或激光掃描的方式在計算機中構(gòu)建車身數(shù)字模型；進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，構(gòu)建 A 級模型；生成 NC代碼，生產(chǎn)樣車。 這實際上就是一個逆向設(shè)計的過程。 逆向工程就是指將已有的產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化為計算機中的數(shù)字化工程設(shè)計模型的過程，相當(dāng)于是一種仿制，具有開發(fā)周期短、設(shè)計精度較高、便于進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 / 分析等優(yōu)點，在車身設(shè)計過程中應(yīng)用很廣泛。 著名的 CATIA 、 IMAGEWARE 、 UG 等軟件都提供了強大的逆向設(shè)計功能。 車身數(shù)字模型建立后可共享， 有利于各部門實現(xiàn)并行工作， 從而大大縮短設(shè)計周期，而且用于車身設(shè)計的各種 CAD/CAM 系統(tǒng)都能夠根據(jù)三維實體模型自動生成二維的車身圖紙和用于數(shù)控加工的代碼，同時當(dāng)三維模型發(fā)生任意微小的改變時 , 系統(tǒng)都會自動地修改與之相關(guān)的圖紙和數(shù)控代碼。

在計算機中不但可以對車身外觀及內(nèi)飾建立數(shù)字模型，而且可以對發(fā)動機、底盤等其它零部件建立模型，并直接進行有限元分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計 / 分析、甚至虛擬裝配、虛擬風(fēng)
洞試驗等， 使得設(shè)計人員可以在計算機中構(gòu)建虛擬的電子樣車并進行試驗， 能在實際生產(chǎn)前預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，提高了效率，降低了成本。 通常各零件模型分類存放在大型數(shù)據(jù)庫中， 對車型做改進時可直接到數(shù)據(jù)庫中匹配類似的零部件，修改其相關(guān)參數(shù)即可滿足要求，無需重新設(shè)計，非常有利于車型的系列化，并能應(yīng)對迅速變化的市場。

4 車身設(shè)計方法展望

目前車身的參數(shù)化設(shè)計的研究還處于初級階段， 根據(jù)汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展的趨勢， 以及對新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下的汽車車身造型的參數(shù)化設(shè)計與修改方法進行研究， 加強我國汽車標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)研究和數(shù)據(jù)分析， 以實現(xiàn)車身造型的參數(shù)化設(shè)計及修改，以及各零件之間的關(guān)聯(lián)更新。 構(gòu)建參數(shù)化、模塊化的汽車車身設(shè)計的框架， 并研究該設(shè)計的基本方法和設(shè)計步驟，可更大程度地提高設(shè)計效率，并將最終提高車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率和可靠性，推動汽車生產(chǎn)的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。