【正文】 E” (自主 移動 )概念，這是人們對這種“新生兒”的最佳描述。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 8 1 汽車空氣動力學(xué)與車身造型 的 研究 概述 汽車車身研究任務(wù) 現(xiàn)代汽車凝聚近百年人類工業(yè)文明的全部成果，成為“改變世界的機器”。當(dāng)大量的外國汽車涌進國門時，才知道我們的造型設(shè)計已經(jīng)落后了人家很多。本課題就是使用 UG 進行車身造型設(shè)計的。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 6 繪制 1 : 5 車身布置圖 繪制縮小比例 彩色效果圖 雕塑 1 : 5 油泥模型 繪制 1 : 1 線型圖 雕塑 1 : 1 油泥模型 制作 1 : 1 內(nèi)部模型 繪制車身 主圖板 繪制車身 內(nèi)外覆蓋件圖 制作車身 主模型 取樣板 補充修改外形輪廓 交付生產(chǎn) 初 步 設(shè) 計 技 術(shù) 設(shè) 計 圖 傳統(tǒng)的車身外形設(shè)計過程 傳統(tǒng)的設(shè)計過程一般分為初步設(shè)計和技術(shù)設(shè)計兩個階段，需經(jīng)歷 1:5油泥模型、全尺寸油泥模型及樣車試制等階段 。由于直接的感官知覺對感覺產(chǎn)生強烈的影響，外形美往往早在評價產(chǎn)品技術(shù)特性之前就決定了人們對一個產(chǎn)品的取舍，其造型設(shè)計在汽車的開發(fā)中起著關(guān)鍵的作用。 車身造型設(shè)計既有其重要性的一面，又具有其獨特的復(fù)雜性及規(guī)律性。除產(chǎn)品的技術(shù)性能和質(zhì)量外，車身造型設(shè)計所產(chǎn)生的美觀外形會引發(fā)人們的購買欲望，這就是制造商開發(fā)產(chǎn)品的最終目的。所以對于尚待成長的中國汽 車工業(yè)，如何提高車身設(shè)計水平從而形成自主開發(fā)。在幾大車種中，乘用車的發(fā)展尤其引人關(guān)注，市場上新車的品種在不斷更新，家庭轎車的擁有量正快速增長，人們購車?yán)砟钍走x是外形款式，其次是性價比。 基于車身空氣動力學(xué)改進的設(shè)計， 空氣動力學(xué)特性是影響汽車性能的最重要因素，它針對汽車給環(huán)境、能源帶來的弊端，解決了汽車動力性、安全性方面的諸多 問題，而且與汽車造型技術(shù)相互依存。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 1 提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有 摘 要 和汽車發(fā)展一樣，汽車車身發(fā)展也歷經(jīng)了結(jié)構(gòu)、性能、外形、安全節(jié)能與環(huán)保四個發(fā)展階段?？諝鈩恿W(xué)性能越來越被重視，以低阻物體為出發(fā)點、減小正投影面積、追求楔型風(fēng)格和表面平滑化等，而且計算流體動力學(xué) (CFD)必將給汽車空氣動力學(xué)以新的面貌。所以現(xiàn)代汽車造型在汽車工業(yè)中已經(jīng)成為產(chǎn)品競爭的重要手段。本課題正是在這種背景下提出的。 車身造型是車身設(shè)計中最具創(chuàng)造性的工作，是工程設(shè)計與美工設(shè)計的完美結(jié)合的產(chǎn)物。作為大量生產(chǎn)和大眾化的汽車產(chǎn)品，其造型設(shè)計是一個高度發(fā)達的工業(yè)必須最大限度挖掘潛力的一個重要方面，通過車身的美學(xué)設(shè)計來提高產(chǎn)品的聲譽，以及市場的開拓。汽車設(shè)計工作中，與該產(chǎn)品個性有關(guān)的造型設(shè)計部分，必須經(jīng)過深思熟慮，并在汽車著手開發(fā)之前就應(yīng)清楚地確定出來，而在其后的設(shè)計中，為適應(yīng)所有其它技術(shù)領(lǐng)域的要求和解決方案所需的折衷，可以改變許多細(xì)節(jié)，但不應(yīng)改變設(shè)計構(gòu)思的 基本描述。其中還必須經(jīng)過多次的模型和實車的風(fēng)洞實驗，工作及其繁瑣，周期長達 5年甚至更長，同時存在開發(fā)成本高、產(chǎn)品通用系列化差等缺點?，F(xiàn)代車身設(shè)計程序如圖 所示。 為了縮短與汽車大國間的差距，長期以來，我國汽車工業(yè)采用模仿和技術(shù)引進方法，其戰(zhàn)略目標(biāo)就是形成自主開發(fā)。和汽車發(fā)展一樣，汽車車身發(fā)展也歷經(jīng)了結(jié)構(gòu)、性能、外形、安全節(jié)能與環(huán)保四個發(fā)展階段。汽車在本質(zhì)上是一種交通工具，是在一定的時問內(nèi)使主體 (人或物 )完成相應(yīng)的空間位移。 (3)美學(xué)準(zhǔn)則 汽車造型的目的是以其外形的美去吸引和打動觀者，使其產(chǎn)生擁有這種車的欲望汽車造型涉及科學(xué)和藝 術(shù)兩大方面。我們雖無法預(yù)測現(xiàn)代科技的走勢，卻完全可以預(yù)見一定時期內(nèi)人的需求。車身也在其中，諸 如表面清潔技術(shù)、表面采光技術(shù)、車身材料減阻技術(shù)等。 幾十年來，汽車造型的種種變化，都可以找到其空氣動力學(xué)的依據(jù) 。 (2)箱型汽車。因此，人們開始降低車的高度和迎風(fēng)面積用于克服空氣阻力。當(dāng)時流線型車身的代 表是德國大眾公司的“甲殼蟲”汽車。船型汽車尾部向后伸出，在高速時會產(chǎn)生較強的空氣渦流．對此，人們把船型車的后窗玻璃逐漸傾斜，成為斜背式，很像魚的脊背，稱之為“魚型汽車”。在魚型汽車的基礎(chǔ)上，將車身整體向前下方傾斜，將車身尾部截短并如刀切一樣平直，這種造型能有效地克服升力，改善汽車行駛穩(wěn)定性。 車身造型設(shè)計的內(nèi)涵 現(xiàn)代車身造型 設(shè)計的顯著特點就是把空氣動力學(xué)和車身造型這兩個上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 11 本來就密不可分的問題結(jié)合起來進行 研究，把技術(shù)問題和美學(xué)問題雜糅在一起，使車身造型設(shè)計科學(xué)、先進、具有前瞻性、 符合汽車造型國際流行標(biāo)準(zhǔn)，還要體現(xiàn)汽車空氣動力學(xué)的最新研究成果，并滿足國際、國家法規(guī)。 (2)細(xì)部造型 現(xiàn)代轎車的外形一般用圓滑流暢的曲線去消隱車身上的轉(zhuǎn)折線。在轎車行李箱蓋上后端做成像鴨尾似的突出物，將 從車頂沖下來的氣流阻滯而形成向下的作用力，這種突出物稱為擾流板。一般的美學(xué)法則包括：比例與尺寸、對稱與均衡、穩(wěn)定與輕巧、節(jié)奏與韻律、統(tǒng)一與變化、調(diào)和與對比、主從與重點、比擬與聯(lián)想、單純與風(fēng)格等。美國人 W． Elay于1934年用風(fēng)洞測量了各種車身模型的空氣阻力系數(shù)。到 7O年代，汽車空氣動力學(xué)才真正成為一門獨立學(xué)科。 (2)升力 眾所周知，由于汽車車身上部和下部氣流流速不同，使車身上部和下部形成壓力差，從而產(chǎn)生升力并產(chǎn)生縱傾力矩，直接影響汽車操縱穩(wěn)定性和弱化汽車動力的發(fā)揮。 2O世紀(jì) 5O年代至 7O年代，空氣阻力系數(shù)維持在 ． 6之間。 研究方法 (1)基礎(chǔ)理論研究 空氣運動規(guī)律的基礎(chǔ)是質(zhì)量守衡、動量守衡和能量守衡定律，可由Euler、 NS等數(shù)學(xué)方程組來描述。 國內(nèi)外大型汽車制造公司不惜耗費巨資建造汽車試驗風(fēng)洞，見表 1所示 美國通用汽車公司研制出 4500kW、葉片直徑 裝置。而在風(fēng)洞中空氣相對于模型或原型支承面有運動，從而形成了邊界層，使值的測試有誤差。 ④通過肥皂泡法、絲帶法和煙流法，對發(fā)動機室和駕駛室內(nèi)的氣流流態(tài)進行試驗印證。 數(shù)值仿真方法在國外發(fā)展較快，方法很多，可概括為有限差分法、有限元法和邊界元法三大類，德國大眾汽車公司、意大利菲亞特 Richerche技術(shù)中心、瑞典沃爾沃汽車公司、德 國戴姆勒 奔馳公司、日本三菱公司等都卓有成效地進行了數(shù)值分析。計算出的車身前部、車底、地面和中心對稱面上壓力分布均與試驗結(jié)果吻合較好；橫截面的速度矢量分布、縱向渦量、總壓損失等也與風(fēng)洞試驗結(jié)果基本一致。 現(xiàn)代汽車研究方法 隨著計算機技術(shù)、數(shù)學(xué)分析方法的發(fā)展，在 CFD方法仿真汽車空氣動力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，研發(fā)出汽車空氣動力學(xué)設(shè)計 CAE平臺。 (2)開展新的風(fēng)洞或者道路空氣動力學(xué)特性測試，給出氣動力、氣動力矩、汽車內(nèi)外三維流場、泥垢附著、雨水灰塵流動等動力學(xué)研究成果。 (5)軟件嵌入：操作系統(tǒng)軟件 (如 WinXP)；三維造型軟件 (如 UG)；集成平臺 (如 VC)；流場分析軟件 (如 STARCD、 ABAQUS)等。 (2)旋渦分離流動是汽車?yán)@流場中不可避免的流動現(xiàn)象，應(yīng)尋求更準(zhǔn)確的物理描述模型。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 17 (5)發(fā)展數(shù)值算法，促進使用大尺度渦流模擬、小尺度湍流模型方法求解全 NS方程組。從空氣動力學(xué)出發(fā)外形設(shè)計也不會千篇一律，正如鳥和魚都是流線型的，但我們并不會搞混金絲雀和禿鷹、金魚和鯊魚一樣，只要不違反國家標(biāo)準(zhǔn)，不影響市容市貌，什么外形的汽車都有可能出現(xiàn)。 從七十年代起， CAD（ 計算機輔助設(shè)計 ） 已經(jīng)進入了汽車 造型 設(shè) 計這一領(lǐng)域，今天更是普遍應(yīng)用，并已成為目前國內(nèi)外 汽 車廠進行汽車造型設(shè)計的常規(guī)手段。 車身開發(fā)中采用 CAD/CAM 技術(shù)將會帶來傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在： (1)提高了設(shè)計精度。車身表面數(shù)學(xué)模型可以直接用來進行沖模設(shè)計，以提高沖模設(shè)計成功率。 (4)可以很方便地將造型設(shè)計結(jié)果用于強度、剛度有限元分析計算以及碰撞安全性分析，也可以比較方便地對所設(shè)計車型進行空氣動力學(xué)模擬。 隨著 WAVE 技術(shù)的出現(xiàn)，使并行工程（ concurrent engineering, CE）和自頂向下的工程 (TopDown Design)得以實現(xiàn)。據(jù)通用公司統(tǒng)計，該公司運用了 WAVE技術(shù)后對整車進行一次修改時間只需 40 分鐘左右，這在過去是不可想象的?，F(xiàn)有的主流三維建模軟 件大致有 UG、 CATIA和 Pro/E 等，軟件的選擇自然成為了第一步需要完成的工作。應(yīng)用 UG的建模功能，設(shè)計工程師可快速進行概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，交互建立和編輯各種復(fù)雜的零部件模型。應(yīng)用 UG 的建模功能，設(shè)計師可快速進行概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，交互建立和編輯各種應(yīng)用復(fù)雜的零部件模型。 采用 WAVE技術(shù)，當(dāng)某個總體參數(shù)改變后，產(chǎn)品會按照原來設(shè)定的控制結(jié)構(gòu)、幾何關(guān)聯(lián)性和設(shè)計準(zhǔn)則，自動地更新產(chǎn)品系統(tǒng)中每一個需要改變的零件，并確保產(chǎn)品的設(shè)計意圖和整體性。近些年，非接觸三維掃描測試技術(shù)的發(fā)展很好地解決了復(fù)雜表面 (如汽車車身表面 )的測試問題。由此可見，利用非接觸三維掃描技術(shù)進行汽車車身造型設(shè)計常用且有效的方法是：先用Surfacer或 RapidForm等軟件將點云轉(zhuǎn)換為曲面，再用 UG或 Pro／ E將其轉(zhuǎn)換成三維實體。點云除噪后，就應(yīng)對其進行稀疏處理。由于均勻網(wǎng)格法只是均勻地選中其中的部分點，而不考慮被測物體的表面形狀特征，因此僅適合于簡單零上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 22 件表面的快速處理。在構(gòu)建曲線時，應(yīng)先連特征線點，后連剖面點，連線的誤差應(yīng)控制在 0． 4 mm以下。 模型表面不夠光 滑及測量誤差都會影響到最終的設(shè)計質(zhì)量，為此需對連成的樣條線進行調(diào)整。 構(gòu)建曲面 汽車車身是一種形體復(fù)雜、表面面積大、表面質(zhì)量要求高的多曲面組合形體，若 將所測得整個車身的點云數(shù)據(jù)一起拿來構(gòu)建車身表面，不僅操作起來困難、復(fù)雜，而且還可能會因為數(shù)據(jù)量太大使 UG無法正常運行。此外在構(gòu)面時還要根據(jù)具體情況選擇合適的構(gòu)面方法，使之滿足車身表面流暢和光順的基本要求。 在構(gòu)建曲面時，有時會遇到構(gòu)建三邊或者五邊曲面的情況。鏡像的結(jié)果可能會在左右對稱的中心面處出現(xiàn)曲面曲率不連續(xù)即不光順的現(xiàn)象。曲面要盡量做得大一些，張數(shù)不要太多，合理地進行曲面分割會提高建模的效率。階次越高，片體越“剛硬”，曲面偏離極點亦較遠，在極點編輯曲面時很不方便；階次低有利于后繼的增加圓角、斜度和增厚等的處理，以及下一步的編程加工，以提高后續(xù)生成數(shù)控加工刀軌的速度。當(dāng)然，補充一個車身底部曲面使之成為一個封閉的片體，是可以將其做成一個實體的。不能實現(xiàn)偏值的原因一般有以下幾種：曲面的曲率太大，基本曲面有法線突變的情況。有一些曲面看起來很好，但卻不能實現(xiàn)偏值，遇到這種情況用 Extract Geometry構(gòu)成 B曲面后再作偏值，多會成功?？p合公差上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 25 小于兩個被縫合曲面的相鄰邊之間的距離。邊緣上有難以察覺的微小畸形或其他幾何缺陷，對此應(yīng)進行局部放大，檢查并消除幾何缺陷后再作縫合。 (4)生成實體 把內(nèi)外表面和橫截面縫合起來構(gòu)成一個閉合的片體，則片體自動轉(zhuǎn)化為實體。 (2）使用 Through Curves 連接 3條樣條，生成車首曲面。 (2）使用 Through Curves 連接 5條樣條，生成 車頂面板 。（圖 所示 ） 圖 各個面倒圓角 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 30 橋接各個曲面 (1) 使用 Bridge 連接（如圖 ）。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 32 圖 車身對稱面上的外廓 3 Gambit網(wǎng)格劃分 Gambit簡介 Gambit 是 面向 CFD 分析的高質(zhì)量的前處理器，其主要功能包括幾何建模和網(wǎng)格生成。導(dǎo)入過程新增自動公差修補幾何功能，以保證 GAMBIT 與 CAD 軟件接口的穩(wěn)定性和保真性，使得幾何質(zhì)量高，并大大減輕工程師的工作量； 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 面包車車身 造型的改進設(shè)計 33 （ 4） 新增 PRO/E、 CATIA 等直接接口， 使得導(dǎo)入過程更加直接和方便； （ 5） 強大的幾何修正功能，在導(dǎo)入幾何時會自動合并重合的點、線、面；新增幾何修正工具條，在消除短邊、縫合缺口 、修補尖角、去除小面、去除單獨輔助線和修補倒角時更加快速、自動、靈活，而且準(zhǔn)