面包车车身造型的改进设计(编辑修改稿)

面包车车身造型的改进设计(编辑修改稿)内容摘要：

以数据库形式，实现可供计算机提取的知识平台。 (2)开展新的风洞或者道路空气动力学特性测试，给出气动力、气动力矩、汽车内外三维流场、泥垢附着、雨水灰尘流动等动力学研究成果。 (3)通过逆向工程 或实车电子数据，建立汽车局部车身或整个车身的外形，进而为用数值分析方法仿真出汽车气动力和内外三维流场构建基础。 (4)针对汽车车身分布结构，构造多个智能体，开展分布式并行研究。 如汽车流场数据库模块将包括：发动机罩和前风窗之问的局部气流分离；汽车后部的气流分离和尾涡流；汽车底部与地面之间的气流；车轮转动对三维流场的影响；内部气流的影响；细小表面突起的影响等部分。 (5)软件嵌入：操作系统软件 (如 WinXP)；三维造型软件 (如 UG)；集成平台 (如 VC)；流场分析软件 (如 STARCD、 ABAQUS)等。 (6)软件包的多模块、多功能、跨平台的耦合集成研究。 实施软件质量控制、程序验证、需求输入；完成功能输出、设计更改、扩充、软件评价等。 空气动力学研究工作 仿真主要应做以下几方面工作 ： (1)研究先进的几何建模和网格生成技术以及网格特征对解题精度、收敛性及稳定性的影响。 (2)旋涡分离流动是汽车绕流场中不可避免的流动现象，应寻求更准确的物理描述模型。 (3)非定常流动是汽车流场的本质属性，非定常流动研究的发展，将对汽车旋涡分离流动进行有效的控制，并改善汽车的行驶稳定性 和经济性。 (4)湍流流动计算方法研究应集中在湍流模型、大涡模拟和直接数值模拟三方面。 而在不远的将来就有可能对汽车粘性流动进行数值模拟。 上海工程技术大学毕业设计（论文） 面包车车身 造型的改进设计 17 (5)发展数值算法，促进使用大尺度涡流模拟、小尺度湍流模型方法求解全 NS方程组。 (6)对已有的程序和计算方法进行验证，找出存在的问题，从而推动数值仿真的进一步发展。 未来车型的展望 面对日趋激烈的市场竞争，在满足空气动力性要求的前提下，车身造型更注重视觉效果，显现出艺术化、多样化和个性化的发展趋势。 可以预见，未来汽车的造型将更 为平滑、流畅、富有个性，甚至个人提出外形，如模仿宠物、凭空虚幻等。 从空气动力学出发外形设计也不会千篇一律，正如鸟和鱼都是流线型的，但我们并不会搞混金丝雀和秃鹰、金鱼和鲨鱼一样，只要不违反国家标准，不影响市容市貌，什么外形的汽车都有可能出现。 结语 汽车车身研究呈现把汽车空气动力学和车身造型更加紧密结合起来进行研究的特点；未来汽车车身的造型将更为平滑、流畅、富有个性； CFD技术将进一步完善和发展，并将在 CAF技术平台下增加其实用性；减小空气阻力系数依然是新一代汽车致力的主要目标之一。 2 计算机辅助车身 造型设计 计算机辅助车身造型设计 介绍 传统的车身设计 车身曲线需要依靠人力经过绘画－模型－图板等多次反复测量 ， 反复修改才能确定，耗费大量的劳动和时间，而且设计精度也难以保证， 导致设计和生产周期加长、影响产品的更新换代。 随着计算机技术的发展，为了克服传统设计方法带来的缺点，人们利用 CAD软件提供的强大的复合建模功能，探索出来一种车身设计新方法，为缩短开发周期，降低开发成本作了一些努力，也为我们进行车身 CAD新方法、新手段上海工程技术大学毕业设计（论文） 面包车车身 造型的改进设计 18 的探索，提供基础性的借鉴。 从七十年代起， CAD（ 计算机辅助设计 ） 已经进入了汽车 造型 设 计这一领域，今天更是普遍应用，并已成为目前国内外 汽 车厂进行汽车造型设计的常规手段。 现在常见的过程始于模型制作阶段，通过三坐标测量 仪 测量，得到模型上离散的点集，将点集数据输入计算机，运用 CAD 将其连成光顺的曲线，建立数字化模型，进行初步设计和可行性分析，即相当于胶带图效果；然后通过专门的 CAD设计软件，用曲线建立起整个车身的表面数学模型，设计人员在电脑前可以进行任意的修改，再通过数控铣床制造1:1全尺寸模型，供设计人员进行修改和定型；然后再通过测量 仪 对全尺寸模型进行测量，将数据输入计算机建立汽车外形 的 数学模型 ，并用图形显示终端显示出来，模型的三维曲面视图可以旋转 ,在不同的角度观察不同地方，十分直观。 在这里， CAD 的运用不但使人从繁重的劳动解脱出来，缩短了设计周期，而且能够保证设计精度，降低了设计开发的成本。 计算机辅助车身设计开发从初始的概念设计、几何造型设计、车身结构设计及分析直到生产准备阶段的冲模设计都在计算机中利用专门的或通用的软件进行。 车身开发中采用 CAD/CAM 技术将会带来传统方法无可比拟的优点，主要表现在： (1)提高了设计精度。 造型一旦完成并建立了车身外表面的数学模型，存入数据库，经过计算机管理 可以多方共享，为生产准备、工装模具设计制造提供方便、详尽、准确的原始数据，消除了中间数据形式的多次转换，使模具的加工精度大大提高。 并可减少以至取消凹凸模之间的研配，使调试、修改的工作量大为减小。 (2)缩短了设计开发和制造周期。 车身表面数学模型可以直接用来进行冲模设计，以提高冲模设计成功率。 另外，模具的加工直接引用 CAD的结果，大大提高了模具制造的效率。 当然由于取消了两次油泥模型、主上海工程技术大学毕业设计（论文） 面包车车身 造型的改进设计 19 模型以及工艺模型的制作过程，也使人力、物力和时间大为节约。 (3)减轻了设计人员的劳动强度，改善了工作环境和劳动条件。 (4)可以很方便地将造型设计结果用于强度、刚度有限元分析计算以及碰撞安全性分析，也可以比较方便地对所设计车型进行空气动力学模拟。 这样使得初始设计的可信度大为提高。 在此基础上一般只要试制一轮样车作为验证，产品即可定型投产。 (5)设计修改以及在原设计基础上的改型和更换型号比较简便。 随着 WAVE 技术的出现，使并行工程（ concurrent engineering, CE）和自顶向下的工程 (TopDown Design)得以实现。 通过 WAVE 技术不仅使同一工作层的联系更加紧密，同时它还能约束上下层关系，确保下层零件 的修改不会影响上层的总体结构。 更为重要的是， WAVE 能够实现产品级的相关结构自动修改。 这样，你在对产品中某一零件进行修改时就无需考虑对其他零件所造成的影响了，从而大大地提高了设计的效率，缩短了设计时间。 据通用公司统计，该公司运用了 WAVE技术后对整车进行一次修改时间只需 40 分钟左右，这在过去是不可想象的。 同时，还避免了过去由于人为原因所产生的错误。 软件的选择 在本毕业设计课题的研究过程中，车身造型的建模无疑是重中之重，也是最大的难点之一。 因此在开始建模之前，充分的准备是必须的。 现有的主流三维建模软 件大致有 UG、 CATIA和 Pro/E 等，软件的选择自然成为了第一步需要完成的工作。 基于本人对于 UG有所了解，本论文在建模过程中选择了 UG软件。 UG简介 UG (Unigraphics)是 EDS 公司推出的一套集 CAD/CAM/CAE 的于一体的三维参数化软件，具有强大的建模、分析和加工功能。 其建模技术结合了传统建模和参数化建模的优点，采用尺寸驱动技术，具有全相关的参数上海工程技术大学毕业设计（论文） 面包车车身 造型的改进设计 20 化功能，是一种“复合建模”工具。 应用 UG的建模功能，设计工程师可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑各种复杂的零部件模型。 根据 已建立的三维零件模型， UG 的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图；也可对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析，进行设计评估和优化；同时，还可根据模型设计工装夹具，进行加工处理，直接生成数控程序，用于产品的加工。 UG 在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。 例如在辅助实体造型方面， UG 软件具有除同类软件所具备的通用功能外、还具有灵活的复合建模、细腻的动画渲染和快速的原型工具等卓越的功能，使设计者能根据工程设计 的实际情况确定最佳的建模方式，从而得到最佳的设计效果。 应用 UG 的建模功能，设计师可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑各种应用复杂的零部件模型。 根据已建立的三维零件模型， UG 的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图；也可以对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析，进行设计评估和优化；同时也可以根据模型设计工装夹具、进行加工处理，直接生成数控程序，用于产品的加工。 从 开始 ,应 GM 公司车身设计要求而开发 WAVE (Whatif Alternative Value Engineering),以解决车身设计“牵一发而系全身”的难题 ,极大地减少了设计人员重复设计的浪费 ,并为缩短设计周期创造条件 ,使车身设计从原来的三年缩短到现在的十二个月。 由于 UG 软件本身的这些优势使它普遍的运用于汽车的设计过程中。 采用 WAVE技术，当某个总体参数改变后，产品会按照原来设定的控制结构、几何关联性和设计准则，自动地更新产品系统中每一个需要改变的零件，并确保产品的设计意图和整体性。 这样的更新是快速而准确的。 UG在车身造型中的应用 汽车车身造型设计的一般流程是：效果图设计 制作 1／ 5实体模型 一上海工程技术大学毕业设计（论文） 面包车车身 造型的改进设计 21 对模型进行修改审定 制作 1／ 1实体模型一对模型进行精确测量 利用 CAD技术建立三维数字模型。 在过去，由于受测试技术和测试设备的限制，模型测试工作不仅复杂费时，而且要想测准却非常不容易。 近些年，非接触三维扫描测试技术的发展很好地解决了复杂表面 (如汽车车身表面 )的测试问题。 但由于点云密集，数据量十分庞大，用 CAD技术较难解决对点云的处理及曲面再造工作。 为此就诞生了一些曲面再造软件，如 Surfacer、ICEM、 CopyCAD、 RapidForm等。 这类软件的共同特点是：点、面转换功能十分强大，但实体设计功能却 远不如 UG、 Pro／ E等。 由此可见，利用非接触三维扫描技术进行汽车车身造型设计常用且有效的方法是：先用Surfacer或 RapidForm等软件将点云转换为曲面，再用 UG或 Pro／ E将其转换成三维实体。 然而，上述软件的价格均较贵，国内的中小型企业往往缺少购买两种软件的经济实力，他们希望仅用 UG或 Pro／ E就能解决点、面转换及三维实体设计工作。 数据点的除噪和稀疏处理 在非接触三维扫描测量过程中，受人为及干扰等多种因素的影响，不可避免地会产生一些误差较大的数据点，即噪声点。 为此需对点云数 据进行除噪处理，常用的除噪处理方法有直观检查法、曲线检查法和弦高差方法等，其中弦高差方法较适用于点云密集、曲面曲率变化大的场合。 点云除噪后，就应对其进行稀疏处理。 这是因为非接触三维扫描测量的数据点十分密集，在 1 m 1 m 的范围内有数十万个点，若将其直接导入 UG内进行处理不仅困难，而且对于普通微机有时甚至不可能。 为解决这一问题，需对点云数据进行精简，即稀疏处理。 不同类型的点云应采用不同的稀疏处理方式；对于散乱点云常采用随机采样方式；对于扫描线点云和多边形点云可采用等间距、倍率、等量及弦偏差等方式．此外均匀 网格法与非均匀网格法也常用于点云数据的稀疏处理。 由于均匀网格法只是均匀地选中其中的部分点，而不考虑被测物体的表面形状特征，因此仅适合于简单零上海工程技术大学毕业设计（论文） 面包车车身 造型的改进设计 22 件表面的快速处理。 与之相反，非均匀网格法可以根据被测工程部件外部形状特征的实际需要来确定网格的疏密，因此它可在保证后继曲面构建精度的前提下减少数据量，在处理尺寸变化大的复杂形体 (如汽车车身 )方面显得十分有效。 由点云构建曲线 构建曲线是利用 UG进行车身造型设计最关键的一步，曲线构建的好坏直接影响车身造型设计的质量和水平。 因此，在构建曲线前应对车身模型的总体风格及每一个细节进行认真分析，将所测得的点云进行分类和合理的规划，以确定哪些点该连，哪些点不该连。 在构建曲线时，应先连特征线点，后连剖面点，连线的误差应控制在 0． 4 mm以下。 曲线的类型有直线、圆弧线、样条线 (spline)等多种，最常用的是样条线。 一般选用“ through point”方式，阶次多为 3阶。 尽管阶次越高精度会越好，但当阶次超过 3次后，阶次的提高对精度的影响已很小，继续提高阶次不仅没有意义，而且随着阶次的提高柔软性会越来越差 (即变形困难 )，后续处理速度慢，数据交换困难。 模型表面不够光 滑及测量误差都会影响到最终的设计质量，为此需对连成的样条线进行调整。 调整样条线常用的方法是 Edit Spline． Edit pole选项中有移动、添加控制点和控制极点沿某个方向移动等多种功能，可方便地对样条进行编辑。 此外曲线的断开 (divide)、桥接 (bridge)和光顺(Smooth Spline)也是经常用到的工具。 总之，在构建曲面之前需要大量的调线工作，调线时可以用曲率梳对其分析以保证曲线的质量。 构建曲面 汽车车身是一种形体复杂、表面面积大、。