【正文】 1 第 1章 緒 論 汽車車門設計行業(yè)形勢 車門是轎車車身設計中十分重要而又相對獨立的一個部件，其質量直接關系到整車的舒適性和安全性 ，其性能直接影響著 車身結構 性能的好壞。 它 是車身中工藝最復雜的部件，涉及到零件沖壓、零件焊接、零部件裝配、總成組裝等工序，尺寸配合和工藝技術 等 要求都 非常 嚴格。 因此，車門要求密封性好、防塵、防水、隔音，如果車門的質量差，時間久了容易產(chǎn)生車門卡死、關閉不嚴等現(xiàn)象，隨之帶來的噪聲和振動不但降低乘坐舒適性，而且容易造成汽車零部件的損壞。 全套圖紙，加 153893706 過去的車型主要以整體式車門為主， 如 桑塔納、富康、賽歐、派力奧等等 ， 只有在部分高端車型上才使用分體式車門 ； 從不同車系來看，日韓車系更多的采用分體式車門，而一些歐美車型依然沿用整體式車門的結構 ；從車門內部構件 來看，防撞梁由鈑金件代替過去的管梁結構，限位器由 凸輪機構式 替代了傳統(tǒng)形式的 拉桿式 ，玻璃升降器由 雙導軌繩輪式結構 取代了傳統(tǒng)的 齒輪式 結構等等。 由于分體式車門顯而易見的優(yōu)勢，而其缺點也可以通過一些工藝手段輕易的解決，越來越多的車型上開始采用分體式車門，目前幾乎所有檔次的車型都開始采用。而一些老車型在進行換代開發(fā)時也開始用分體式取代原來的整體式車門，如 ： 老款的蒙迪歐和新款蒙迪歐、老款的馬自達 323和新款的馬自達 3等。 21世紀以來，“安全、環(huán)保、節(jié)能”的造車理念已基本確立。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車的優(yōu)化設計包括車 門的輕量化設計都成為研究的重點，其中逆向設計技術也得到 2 了廣泛應用。然而， 從每年交通事故比例看，側撞要占 1/3左右，其致死率僅次于正面碰撞，而致傷率則居第一位。 2021年 7月 1日起正式實施 的 側撞法規(guī)主要要求的是車輛側門結構的安全性 。因此，在概念設計階段完成好車門的布置設計是轎車前車門結構概念設計中相當關鍵的一環(huán) , 可以為以后的詳細設計打好基礎。 本設計將依據(jù)轎車前車門的結構現(xiàn)狀做進一步改進，充分考慮影響車門開度的各種因素（ H點、人體模型尺寸、頭部間隙、高寬度、 A柱視野障礙角等） ， 采用 Y型防撞梁 、三道密封條等設 計，優(yōu)化 門鉸鏈、門鎖及門窗附件 等的布置，將傳統(tǒng)設計與逆向造型設計在汽車車門設計中的應用技術相結合，進行及車門各附件的功能、結構等的分析、計算和校核，總成及零部件的布置，車門密封、通風設計等，最后應用 Auto CAD等軟件進行繪圖。 在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，車身作為汽車的三大總成之一和新車型的象征，其研制與生產(chǎn)技術的水平是汽車工業(yè)水平的重要標志。車身工程已經(jīng)為汽車工業(yè)中發(fā)展最迅速而最具活力的分支之一。一個總成設計優(yōu)良的汽車品牌在市場競爭中的成敗主要取決于其外形能否吸引顧客 和能否不斷更新。一部汽車的地盤生存周期一般在 10 年左右，而車身的生命周期只有 3~5 年。一個國家沒有高水平的車身研制與生產(chǎn)技術，就沒有自主發(fā)展的汽車工業(yè)，就難以在競爭中獲勝。因此，如何利用現(xiàn)代設計方法，加快車身設計總體和外形的設計，實現(xiàn)產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，是一個汽車品牌在市場競爭中立于不敗之地的重要法寶。 探討汽車車身設計的理論和實際意義主要體現(xiàn)在有助于促進汽車車身制造業(yè)的進一步發(fā)展，有助于縮短車身產(chǎn)品的在設計周期，有助于制造和完善各種外形美觀的車身產(chǎn)品，有助于提高車身產(chǎn)品的制造精度和經(jīng)濟效益。 傳統(tǒng) 車身外形設計方法 汽車車身外形是汽車結構中與底盤和發(fā)動機并列的三大部分之一，其開發(fā)和生產(chǎn)準備周期最長，圖紙及工藝準備的工作量最人，并且還經(jīng)常要改型，不像底盤和發(fā)動機那樣容易做到系列化、通用化。 車身結構的特點在于組成車身外形的各個零部件多為尺寸大而形狀復雜的空間曲面 (即所謂人型覆蓋件 )，這些空間曲面無法用一般的機械制圖方法將其完整地表現(xiàn)出來，因而不得不建立立體模型作為依據(jù)。為了使這些圖紙和換型能夠確切地表現(xiàn)出車身的形狀和結構，需要通過一套復雜的設計程序來完成。 在傳統(tǒng)車身設計方法中，車身的設計信息和數(shù)據(jù)的傳 遞主要是靠二維圖紙和主模 3 型，人的手工設計部分較多。傳統(tǒng)設計方法無法克服的缺點土要體現(xiàn)在以下幾個方面： 人力物力消耗大。傳統(tǒng)的車身設計開發(fā)需要美工人員、工程技術人員及其工人通力合作，如二維工程圖 (車身曲線圖的繪制 )、土模型的制作和保存、模具設計、制造、研配和調試、生產(chǎn)準備中的工藝設計等都將耗費人量的人力和物力。 設計精度低、周期長。精度低的主要原因在于設計和生成準備的各個環(huán)節(jié)之間信息傳遞是一種“移形”，例如由主圖板制作主模刑，由主模型進行加工工藝補充，制造工藝模型，由凸的工藝模型翻成凹的工藝模型，再由 工藝模型反靠加工沖模，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過這些環(huán)節(jié)的轉換，各種人為的誤差就在所難免，導致加工出的模具精度無法保證，只有靠下一步的手工研配來解決。 車身定型過早且不能進行并行設計。傳統(tǒng)車身設計基本上是一種單向不可逆設計狀態(tài)，產(chǎn)品一旦定型，修改或改型非常困難，通用化、系列化程度低。 此外，現(xiàn)代汽車的車身零部件由于結構和美觀的需要，空間曲面日趨復雜化，傳統(tǒng)的設計方法己很難滿足設計要求。 傳統(tǒng)的車身設計方法的流程可用圖 來表示。 繪制 1:5 的車身總布置圖 繪制縮小比例的色彩效果圖 制作縮小比例的油泥模 型 繪制 1:1 油泥模型并繪制 1:1 黑板圖 繪制 1:1 的內板模型圖 繪制車身主圖版 繪制車身工作圖 繪制主模型 4 模具設計和制造 樣式試制、生產(chǎn)準備 圖 1. 1 傳統(tǒng)車身設計方法流程圖 現(xiàn)代車身外形設計方法 近幾年來，由于計算機技術 (CAD/CAM/CAE/CIMS 等 )的迅猛發(fā)展，車身外形設計方法己經(jīng)發(fā)生了質的突破。在具體的設計過程中，按照產(chǎn)品設計信息來源的不同采用計算機輔助設計的流程上要分為以下幾大類： 產(chǎn)品的逆向設計 (仿形設計 )，如圖 所示，產(chǎn)品信息來源土要是實物 (樣車 )、二維圖紙等。 產(chǎn)品的正向設計 (概念設計 )，如圖 所示，產(chǎn)品信息來源土要是圖片、模型及造型人員的設計思維等。 基于上述兩者之間的交互式設計 (改型設計 )。 汽車造型設計 總布置圖 設計思維 設計思維 1:5 油泥模型 平面效果圖設計 1:1 油泥模型 CAD 面表模型建構 制定曲面分塊方案 油泥數(shù)控銑削造型確定 模擬表面數(shù)據(jù)采集 CAD 結構模型建構 點云數(shù)據(jù)分析處理 CAE 分析 曲面拼接、精修 快速原始制造 曲面數(shù)據(jù)質量評估 模型設計及制造 最終造型審查 樣車試制生產(chǎn)準備工作 5 圖 1. 2 產(chǎn)品的逆向設計 (仿形設計 ) 圖 1. 3 產(chǎn)品的正向設計 (概念設計 ) 現(xiàn)代車身設計中大量采用 CAD/CAM 技術，這會帶來傳統(tǒng)設計方法無法比擬的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在： 提高了設計精度：造型一旦完成建立了車身外表面的數(shù)學模型并存入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)計算機管理便可以多方共享，為生產(chǎn)準備、工裝設 計制造提供方便、詳細、準確的原始依據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)的轉換，使模具加工的精度大大提高，并可消除凸凹模之間的研配，使調試、修改的工作量大為減少。 提高了設計和加工效率，縮短了設計和制造周期：一方面表面數(shù)學模型可直接用來進行沖模設計，提高沖模設計的成功率，另一方面模具的制造可以通過直接引用CAD 模烈進行數(shù)控加工，從而大大提高了模具制造的速度。 可以方便地將造刑結果的 CAD 數(shù)學模型用于車身設計中的各種分析；建立了車身的 CAD 數(shù)學模型后，即可用于車身的強度、剛度有限元分析、車身覆蓋件成烈模擬和空氣動力特性模 擬，獲得對招個車身設計的車身剛度，車身安全性，整車空氣動力特性的初始評定，使得設計的可信度大為提高。有了這樣一個基礎，一般只需要試制一輪樣車作為驗證，產(chǎn)品即可定型。 在原設計基礎上改型和換刑比較容易?？梢员苊獯舐柗辨i重復性的工作，縮短設計開發(fā)周期、提高效率。如轎車的二廂、三廂車的設計，卡車的單排、排半、雙排、寬車、窄車、高頂、平項系列車身的設計等，均可在一個車身平臺的基礎上衍生多個車身，使得產(chǎn)品的系列化、通用化程度大人提高，極人的滿足了客戶的需求。 車門的流程化設計 車門是汽車車身結構中重要的組成 部分，同時相對獨立，是供乘員或貨物進出的必要通道。車門設計的好壞直接影響到整車的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘坐空間等諸方面的優(yōu)劣。 車門主要由車門內外板、內飾板、加強梁、加強板、車門玻璃及升降器、門鎖、內外手柄、車門鉸鏈、限位器、車門密封條和車門開關機構組成。車門從布置到設計再到制造，每一個環(huán)節(jié)考慮的因素都比較多，既要保證車門與整車的協(xié)調一致，還要保證車門本身的技術要求。很多時候，各個環(huán)節(jié)是一個循環(huán)反復的過程，造成了傳統(tǒng)的車門設計難度與周期很長。 車門設計必須走流程化的道路，并且要利用先進 的計算機平臺做早期的判斷分析、循環(huán)優(yōu)化，是目前我們公司正在努力探索的一個方向。車門結構分析的早期介入，可以及早解決因結構設計不合理造成的機能件運動干涉、鈑金成型性差、總成的振動特性無法滿足整車 NVH 的需要，避免后期修改造成的資金與時間上的大量浪費。 6 隨著計算機技術快速發(fā)展，結合知識工程，各大汽車公司紛紛建立了自己的研發(fā)流程，確立了現(xiàn)代設計方法在汽車領域的主導地位。 長期以來，車門設計一直是一個難點，現(xiàn)代設計方法的應用，使得車門設計的后期分析可以提前到設計過程中進行，使設計的難度降低。車門設計兼顧的方面多、初期布置復雜、需要有豐富的知識與經(jīng)驗，基于流程與知識的車門布置很好的解決了這個問題。所以本課題以某款新車的開發(fā)為例，在該領域做一些研究是很有意義的。 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 基于逆向的現(xiàn)代車身設計方法日前己在技術先進的國外汽車行業(yè)中得到廣泛應用。世界上比較大的汽車公司都已普遍采用 CAD 系統(tǒng)進行車身的二維設計，如車身的總布置 (人機工程 )、內外覆蓋件的曲面結構設計、零部件結構和裝配設計、模具設計，并自動生成相關的設計技術檔。 CAM/CAE 乃至 CIMS 技術應用也很普遍。各大汽車制造公司都擁有自己龐大的車身開發(fā)隊伍， 而且不惜投入巨額資金建立先進的實驗室，開發(fā)或引進專門的軟件進行車身設計。 在車身設計領域應用較多的可進行逆向工程設計的軟件包主要有美國 ALIAS 公司的 Autostudio, IBM 公司的子公司 Daussault 的 CATIA, EDS 公司的 UG、參數(shù)技術公司的 PRO/Engineer 等。這些軟件都屬于通用機械設計軟件，具有較強的曲面設計、參數(shù)化設計能力或混和設計功能，并能支持機械制造的全過程，即設計建?！こ谭治觥庸ぶ圃?，有些甚至能較好的支持車身設計的最初階段，即概念設計 (Concept Design)階段 (如 Autostudio)，并通過一定的手段將其與建模結合起來，將平面設計轉換為二維模型。 國內計算機用于汽車設計始于 70 年代。長春汽研所研制了曲面光順程序車身專用功能板，建立了其車身設計用的圖形庫，開發(fā)了基于逆向工程基礎上的汽車車身表面造型及結構設計程序系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪制車身土圖板和車身零件圖，提供加工主模型 NC 數(shù)據(jù)，制作土模型的能力。北京汽車摩托車制造公司研制了 BJABSM 車身 CAD系統(tǒng)，成功地應用于 BJ124, BJ125 等各種新車型的車型工作。上海通用汽車、上海同濟同捷科技有限公司等對基于逆向工 程基礎上車身設計開發(fā)流程進行了比較深入地研究，形成了一套比較完善的車身開發(fā)程序。但在逆向工程點數(shù)據(jù)處理、曲面表面光順、數(shù)學模型轉換過程等方面仍存在很多急需解決的問題。國內很多中小汽車企業(yè)由于資金、設備和人員的限制，使得對 UG 的應用水平不高，未能對基于逆向 I 程基礎上的車身設計方法進行比較系統(tǒng)的研究和應用，或者僅應用逆向工程的某一領域，應用得最多的也只是對產(chǎn)品做局部或少黃的改動?？偟膩碚f，國內逆向工程在汽車車身外形設計中應用的深度和廣度與國外先進水平相比還有很大差距，尤其在 CAD/CAM、 UG 7 集成應用等方面還處 于起步階段。 本設計的研究內容 本 設計 是以威馳汽車開發(fā)項目為依托 ，主要完成了 車門限位器設計、后視鏡設計、外板設計、內板設計、門鉸鏈設計、門鎖機構設計、玻璃升降器設計、防撞梁設計及門玻璃等設計。并對車門各個機能件選型，結構布置進行了深入的研究。 第 2 章 車門設計流程及主要硬點 在本章里，我們將以威馳車的開發(fā)為例，從車門外表面建立發(fā)布開始，到車門生產(chǎn)裝車為止，介紹車門鈑金、密封與機能件的前期布置方法、設計流程以及簡單介紹后期的技術處理。 車門設計流程 1)確定車門類型 一般情況下 ， 車 門類型根據(jù)設計任務書及使用調研分析結果來確定 ， 然后再結合汽車廠以前產(chǎn)品存在的問題 ， 以及保持結構的先進性 、 工藝的延續(xù)性等 ， 最后確定車門的類型和選擇車門上的附件 。 一般在確定車門類型時 ， 我們應考慮如下一些因素 ，車門的實用性 、 舒適性 、 安全性 、 密封性 、 工藝性和