3[1].1_汽车车身设计开发流程与方法

第三章汽车车身设计开发技术与方法

3.1汽车车身设计开发流程与方法学

3.1.1车身设计开发主要工作内容及流程(程序)

1）车身总布置设计及安全法规计算校核(或三维数字虚拟样机Archetype) 2）造型设计

3）三维曲面和造型面设计

4）1：5或1：4 模型及1：1外模型制作或数控加工(或三维数字模型) 5）1：1内模型(或三维数字模型)

6）发动机舱三维数字模型

7）地板三维数字模型

8）测量与曲面光顺

9）白车身结构详细设计(BIW)

(9.1)1：1外模型光顺后数据分块

(9.2) 车身设计断面的定义与尺寸确定

(9.3) 密封结构确定与密封件选择

(9.4) 确定分块线

(9.5) 与车身有关的设计硬点的确定

(9.6) 左右侧围设计(A, B, C, D柱设计, 前后翼子板设计)

(9.7) 顶盖设计(外板, 横梁与纵边梁设计)

(9.8) 发动机前围板设计

(9.9) A柱下段设计

(9.10) 发动机舱与前轮包设计

(9.11) 前后灯具设计

(9.12) 格栅设计

(9.13) 前围板设计

(9.14) 前保险杠设计

(9.15) 地板总成设计(前中后)

(9.16) 后门总成设计

(9.17) 前门总成设计

(9.18) 尾门总成设计

(9.19) 前发动机罩设计

(9.20)前风当总成设计

10）内饰、外饰设计

11）先行车, 螺钉车或概念车的(Prototype)试制，第二轮试验样车（定型车）试制12）碰撞与结构分析及结构优化设计

13）成型过程仿真

14) 模具与工艺工装设计

如图3.1.1为车身详细设计阶段面向对象的产品模型(OPM)并行设计流程图

2 2 2 2 2 2T21: CAD T22: DFA可装配设计

T23: CAE T24: 评审

T25: DFM 可制造设计T26: CS 碰撞仿真IM21: 输入产品模型，请求详细设计

OM21: 向下游预发布零部件信息

OM22: 输出DFA结果

OM23: 输出CAE结果

OM24: 输出同意或修改概要设计建议

OM25: 输出DFM结果输出

图3.1.2 汽车产品开发试制与加工过程设计OPM 模型

31 32 33

34 35

T 31: CAPP T 32: CAFD 机算机辅助工装卡具设计(CA FIT DESIGN)

T 33: CAM T 34: MPS(制造过程仿真) T 35: 评审 IM 31: 请求加工过程设计 OM 31: 输出CAPP 结果

OM 33: 输出 CAFD 结果 OM 33: 输出CAM 结果 OM 34

: 输出MPS 结果

OM 35: 输出同意或修改详细设计建议

图3.1.3 汽车车身并行开发过程OPM 模型

g 1: 请求详细设计(结构) g 2: 预发布零部件消息，请求试制或加工过程设计 g 3: 请求修改概念设计(造型设计) g 4: 请求修改详细设计(结构设计)

图3.1.4车型数字化设计过程3.1.2 车身结构设计方法学

1 1995年后的先进的车身设计技术与方法

1995年后车身设计技术发展与市场需求体现在如下几个方面:

图3.1.5 虚拟产品开发描述

图3.1.6 白车身设计过程描述

图3.1.7并行设计与开发周期降低?

图3.1.8全数字化设计方法

图3.1.11 基于参考原型数字化车参数化设计方法

?过去设计的方法学储存在CAD 部件中

?design methodology.

?输入参数的变化允许自动重新执行下面的变化

?过去设计的方法学储存在CAD 部件中?design methodology.?输入参数的变化允许自动重新执行下面的变化

图3.1.12 参数化结构断面设计

“设计意图”和工工艺捕捉

;垂直操作实现并行操作, 因为基本目标的变化导致下游操作的自动产生

..“设计意图”和工工艺捕捉;垂直操作实现并行操作, 因为基本目标的变化导致下游操作的自动产生..图纸

模具

成型

图3.1.13 全相关参数化的车身开发全过程

2 数字化车身结构设计方法学

(1)设计硬点设计区的设计方法

复杂的结构实际上是众多简单的设计的叠加组合(复杂设计简单化)

任何复杂的车身结构设计与设计结果都是由如下两个方面决定: (a) 满足诸多设计硬点的特征结构设计(HARDPOINT DESIGN AREA), 例如, 造型面硬点, 与车身有关的零部件装配孔面及结构等设计硬点, 选定的设计断面结构, 造型分界线硬点, 造型形状形成的设计断面引导线硬点, 车身零件间的焊接装配面, 零件的分块线硬点. (b) 自由设计区设计(FREE DESIGN AREA), 即在满足设计硬点基础上, 进行的自由设计区, 一般非设计硬点的设计区域都属于自由设计区, 自由设计区不同的设计人员会得到不同的设计结果, 这也是自由设计区自由的特点, 但这不等于自由设计区可以胡乱设计, 应遵循如下一些设计原则, 以便才能使设计结构更合理, 水平更高.

因此车身设计过程与方法应满足如下公式:

车身结构设计特征(BSDF)=自由设计区自由设计特征(FDF)+断面设计硬点决定的设

计特征(SDHF)+造型设计硬点决定的特征(IDHF)+造型决定的断面引导主轴线(一个零件多个断面几何中心连线)特征(ISSF)+其他附件或COPY 件等确定的设计硬点特征(CDHF)+零件分块线与焊接边界线等的设计硬点特征(BDHF)

即为:

BSDF=FDF+SDHF+IDHF+ISSF+CDHF+BDHF

车身零件结构的设计过程或设计建模(BSDP or BSDM)=用三维CAD 软件完成车身结

构设计特征的过程或结果(BSDFP or BSDFM) 即为:BSDP=BSDFP

BSDM=BSDFM

车身设计建模(BDM)=完成所有车身零件的设计建模与装配设计建模的总称

(TOL_BSDM)

即为:BDM=TOL_BSDM

全数字化车身设计开发(BDD)=采用三维CAD软件完成全部车身设计建模, 并采用CAD/CAE/CAM一体化技术完成车身设计,结构优化及制造(或制造模具)的全过程(3D_CAD/CAE/CAM_BDM).

即为:BDD=3D_CAD/CAE/CAM_BDM

(2) 自由设计区的设计方法与设计原则

a 自由设计区的设计方法

(a) 先用三维CAD软件将设计硬点确定的结构与特征连接成一体, 成为一个粗的异型大面, 中间可以用一些平面与设计硬点面的相交获得连接线或倒角线.

(b) 对设计硬点之间形成的设计区域-自由设计区每一个进行分析, 强度和刚度一般性要求的部位一般小于50*50mm的面积区域, 可以不加特征结构(加强筋, 加强沉孔(如果没有密封要求), 折边, 卷边等特征结构建模), 但要在边界上导角. 大于50*50的区域一般要加特征以便加强结构并导角,较大的区域不留任何空地, 以便使刚度最大, 材料最省.

a 自由设计区的设计准则

(a) 最大刚度原则- 自由设计区必须尽力获得最大刚度的设计原则, 因此, 要加加强筋和加强沉孔, 以便获得高水平的设计结构.

(b) 最轻量化原则- 设计结构要确保满足刚度要求的基础上使材料最省的原则, 尽可能使结构设计可以使料厚簿一些, 没有密封要求的结构可以用沉孔以便轻量化与刚度最大化的双嬴, 等要充分考虑结构形式和结构方案.

(d) 特征结构最大斜度原则- 筋槽设计的立面尽可能采用较大的斜度. 以便获得较好的制造工艺性, 防止冲压裂纹和褶皱.

(e) 最符合工艺性原则-从设计结构上和面的光顺程度上尽可能获得好的制造工艺性, 如材料流动均匀性与制造可能性.

(f) 创新与多样化设计原则-自由自由就意味着允许多样化, 也就是创新原则.

(g) 最复杂化原则, 因为模具加工不会增加制造成本, 只会降低成本(如材料轻, 成本低了).

(h) 满足CAE/OPTIMIZATION结构优化分析设计要求.