【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 創(chuàng)成式外形建模 (GSM) 創(chuàng)成式外形建模產(chǎn)品是曲面設(shè)計(jì)的一個(gè)工具，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方法和技術(shù)規(guī)范的捕捉和重新使用，可以加速設(shè)計(jì)過(guò)程，在曲面技術(shù)規(guī)范編輯器中對(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行捕捉，使用戶在設(shè)計(jì)周期中任何時(shí)候方便快速地實(shí)施重大設(shè)計(jì)更改。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 CATIA 軟件發(fā)展 作為世界領(lǐng)先的軟件 ， CATIA 是有法國(guó)著名飛機(jī)制造公司 Dassau1t 開(kāi)發(fā)的并由 IBM 公司負(fù)責(zé)銷(xiāo)售的。由于 CATIA 為成功實(shí)施 DMA 提供了一個(gè)集成環(huán)境， 以用于取得設(shè)計(jì)目標(biāo)和管理所有相關(guān)的數(shù)據(jù) ，所以 全球已有 1000 多個(gè)汽車(chē)制造公司陸續(xù)地把 CATIA 作為他們?cè)O(shè)計(jì)和制造流程的核心系統(tǒng)。 DaimlerChrysler, BMW, Ferrari, Fiat , Porsche, Renault, 和 Volkswagen 已經(jīng)體會(huì)到了 CATIA 給他們帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 CATIA 為汽車(chē)設(shè)計(jì)師和工程師提供了豐富的功能，包括 3D 實(shí)體造型、曲面造型和線架造型。系統(tǒng)提供的創(chuàng)新技術(shù)可以自動(dòng)進(jìn)行 3D 設(shè)計(jì)的參數(shù)化。系統(tǒng)還具有靈活的混合建模、虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、以流程驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行有限元分析等能力。工程師首先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行每個(gè)部件的檢查，并在計(jì)算機(jī)的模擬幫助下進(jìn)行分析，然后才需要物理樣機(jī)。以這種方式， CATIA 和 ENOVIA 可以加快工程和制造的各個(gè)階段，從曲面和外形風(fēng)格建模到底盤(pán)和電路系統(tǒng)等等。作為汽車(chē)制造商，只有通過(guò)持續(xù)的創(chuàng)新，快速推出新的產(chǎn)品，才能在市場(chǎng)上占領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)地位。這也許就是為什么世界上前 25 位的汽車(chē)制造商有 18 家選擇 CATIA 的原因。 CATIA 人機(jī)工程功能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 CATIA 還具有人機(jī)工程功能。為了在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中就很好的解決“人 — 機(jī) — 環(huán)境”之間的問(wèn)題， CATIA 最早提出了人機(jī)設(shè)計(jì)與分析解決方案，在 CATIA V5 中集成為四個(gè)模塊：人體模型構(gòu)造 HBR 模塊，人體行為分析HAA 模塊，人體模型測(cè)量編輯 HME 模塊，人體姿態(tài)分析 HPA 模塊。 HBR在虛擬環(huán)境中建立和管理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化“虛擬”人體模型，以在產(chǎn)品生命周期的早期進(jìn)行人機(jī)工程的交互式分析。 HBR 提供的工具包括：人體模型生成、性別和身高的百分比定義、人機(jī) 工程學(xué)產(chǎn)品生成、人機(jī)工程學(xué)控制技術(shù)、動(dòng)作生成以及高級(jí)視覺(jué)仿真等。一個(gè)友好的用戶接口確保了人體因素分析能夠由非人體分析專(zhuān)家進(jìn)行研究。有效的將 HBR、 HAA、 HME 及 HPA 結(jié)合起來(lái)可以生成更高級(jí)的人體模型，得到更詳盡的分析結(jié)果，使設(shè)計(jì)更符合人機(jī)工程學(xué)對(duì)舒適性、功能性以及安全性的要求。這些產(chǎn)品的結(jié)合可以為設(shè)計(jì)人員提供人機(jī)工程設(shè)計(jì)詳細(xì)的解決方案。 HAA 作為 HBR 的輔助模塊，可以對(duì)處于虛擬環(huán)境中的人機(jī)互動(dòng)進(jìn)行特定的分析。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠精確的預(yù)測(cè)人的 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 行為。他提供了多種高效的人機(jī)工程學(xué)分析工具和方法，可以全面分析人機(jī)互動(dòng) 過(guò)程中的全部因素。 HME 允許設(shè)計(jì)人員通過(guò)大量的先進(jìn)人體測(cè)量學(xué)工具生成高級(jí)的用戶自定義的人體模型。該模型依靠它的指定目標(biāo)人群，可以用于評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)與其目標(biāo)的吻合程度。 HME 能夠滿足專(zhuān)業(yè)人機(jī)工程分析師、技術(shù)支持維護(hù)工程師等不同設(shè)計(jì)人員的需要。 HPA 可以定性和定量地分析人的各種姿態(tài)。人的整個(gè)身體及各種姿態(tài)可以從各方面被全面系統(tǒng)地反復(fù)檢查和分析并可以與已公布的舒適性數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定相關(guān)人體的舒適度與可操作性?？煽焖侔l(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的區(qū)域，重新作出分析，并進(jìn)行姿態(tài)優(yōu)化。 HPA 允許設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用，建立起自己 的實(shí)際應(yīng)用，建立起自己的舒適度和強(qiáng)度數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，來(lái)滿足不同的需要。 在各種不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，人機(jī)工程學(xué)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義，最終體現(xiàn)在人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，人和機(jī)時(shí)構(gòu)成人機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分，在掌握人體主要尺寸的基礎(chǔ)上，根據(jù)各種作業(yè)的不同特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品最大程度的滿足操作的舒適性、方便性、安全性。同時(shí)也不能忽略對(duì)操作環(huán)境的考慮，如照明環(huán)境、溫度氣候小環(huán)境、噪聲環(huán)境、振動(dòng)。如此才能創(chuàng)造出人 — 機(jī) — 環(huán)境互相協(xié)調(diào)而舒適高效的工作環(huán)境，從而提高工作效率。另外，通過(guò)人們已經(jīng)熟悉的形狀、顏色、材料、位置的 組合來(lái)表示操作過(guò)程符合人的行動(dòng)特點(diǎn)，減少操作人員的學(xué)習(xí)過(guò)程，使機(jī)器符合操作人員的經(jīng)驗(yàn)、行為特征和操作想象，從而也能夠減少操作出錯(cuò)。 作為成熟的 CAD/CAM 軟件， CATIA 把人體測(cè)量學(xué)中的各種知識(shí)和理論直接嵌入程序內(nèi)部，使的在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，只需報(bào)人體模型直接放入所考慮的機(jī)械設(shè)備或工程設(shè)計(jì)之中，省去了做人體模型的繁復(fù)工作。 CATIA 的人體模型可根據(jù)選取的百分位數(shù)或具體的人體數(shù)據(jù)做實(shí)時(shí)調(diào)整。 CATIA 還可以快速、便捷的調(diào)整虛擬人不同的作業(yè)姿態(tài)，以滿足不同作業(yè)姿態(tài)下的空間尺寸測(cè)定。在人機(jī)工程學(xué)中以人為本的設(shè)計(jì)理 念思想指導(dǎo)下，滿足人體一般作業(yè)空間概略設(shè)計(jì)需要。但對(duì)于受作業(yè)空間限制的設(shè)計(jì)，則需要滿足各種姿勢(shì)下人體功能尺寸。 在蘇州奧杰汽車(chē)技術(shù)有限公司的這段日子中，公司對(duì)我們進(jìn)行了 CATIA 培訓(xùn)，是我們對(duì) CATIA 的知識(shí)有了初步的了解，尤其是對(duì)逆向的部分，有了深刻的了解，了解了何為逆向，逆向的基本步驟，逆向的意義等等知識(shí)。逆向就是在根據(jù)已有的東西和結(jié)果，通過(guò)分析來(lái)推導(dǎo)出具體的實(shí)現(xiàn)方法。 CATIA 不僅能夠還原實(shí)物原型，而且還能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，制造出新的產(chǎn)品。 本次畢設(shè)設(shè)計(jì)的是 A00級(jí)轎車(chē)，但到底何為 A00級(jí)轎車(chē) ，是按什么劃分 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 等級(jí)的呢。目前，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)分級(jí)方法多以價(jià)格為主、技術(shù)規(guī)格為輔。我們也常聽(tīng)到諸如 A 級(jí)、 B 級(jí)車(chē)之例的說(shuō)法，這是參考德國(guó)轎車(chē)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。按德國(guó)汽車(chē)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，等級(jí)劃分主要依據(jù)軸距、排量、重量、性能等參數(shù)，字母順序越靠后，該級(jí)別的車(chē)軸距越長(zhǎng)、排量和重量越大，轎車(chē)的豪華程度也隨之提高。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的 A00級(jí)轎車(chē)是小型轎車(chē)，參照本公司給東風(fēng)汽車(chē)新研發(fā)的電動(dòng)車(chē) 2022設(shè)計(jì)的，該款電動(dòng)車(chē)與今年全球規(guī)模最大的上海車(chē)展亮相。此款電動(dòng)車(chē)最高時(shí)速 80公里，百公里能耗 100kwh（度），按生活用電計(jì)算約為 6元。其動(dòng)力能源 由磷酸鐵鋰電池提供，續(xù)航里程 110公里至 180公里，循環(huán)壽命可達(dá) 1500次，單車(chē)按照最低續(xù)航里程 110公里，按每天平均行駛 50公里計(jì)算，電池可用八年。 隨著城市純電動(dòng)汽車(chē)設(shè)施配備逐步完善， EJ02還具備電池快換系統(tǒng)續(xù)電功能。 業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在目前汽柴油價(jià)格逼近 8元 /升的現(xiàn)狀下，對(duì)于每天上班距離在 50公里以內(nèi)的上班族來(lái)說(shuō)， EJ02是他們應(yīng)對(duì)高油價(jià)時(shí)代的最安全經(jīng)濟(jì)的代步利器。 同時(shí)， EJ02采用滿足碰撞安全技術(shù)要求的鋁合金骨架，整車(chē)重量 770850千克，在保證行駛安全的前提下，可最大限度的降低整車(chē)自重，有效節(jié)省 動(dòng)力源，延長(zhǎng)單次充電的續(xù)航里程。同時(shí)，后置后驅(qū)設(shè)計(jì)更加優(yōu)化了車(chē)輛坡道性能，長(zhǎng) 2695mm，寬 1520mm，其最小轉(zhuǎn)彎達(dá)直徑 。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以緩解城市交通擁堵的現(xiàn)狀，還能讓用戶行動(dòng)自如。 東風(fēng)股份是東風(fēng)公司新能源汽車(chē)事業(yè)的主要擔(dān)當(dāng)者，早在 2022年就著手新能源汽車(chē)的自主研發(fā)，相繼推出 “東風(fēng)天翼 ”純電動(dòng)客車(chē)、物流車(chē)，以及 “帥客 MPV”、 “奧丁 SUV”、微型客車(chē)、物流車(chē)、環(huán)衛(wèi)車(chē)等 12款純電動(dòng)車(chē)型， EJ02的正式亮相，不僅豐富了東風(fēng)股份純電動(dòng)家族的產(chǎn)品線，還填補(bǔ)了東風(fēng)公司純電動(dòng)微轎的空白。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 11 東風(fēng)電動(dòng)車(chē) 研究本課題的意義 汽車(chē)誕生一百多年來(lái)，其技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷地發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)成為集傳統(tǒng)工業(yè)和高新科技為一身的典型的機(jī)電產(chǎn)品，而圍繞汽車(chē)工業(yè)的龐大工業(yè)體系也發(fā)展成為世界上屈指可數(shù)的企業(yè)群體。盡管在各個(gè)國(guó)家都有許多傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)陷入困境，甚至面臨巨大的危機(jī)，但汽車(chē)工業(yè)卻一直保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭，其發(fā)展水平也被公認(rèn)為衡量一個(gè)國(guó)家總體科學(xué)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。 汽車(chē)車(chē)身總布置是在整車(chē)總布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其指導(dǎo)思想是“以人為本”。在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，車(chē)身內(nèi)部布置應(yīng)當(dāng)能夠滿足駕駛員和乘員的乘坐舒適性、 操縱性、行車(chē)安全性、視野性等要求。為了達(dá)到以上性能。 SAE、 ISO、 GB等定義了汽車(chē)駕駛員的眼睛、頭部、肢體上一些與車(chē)身布置有關(guān)的人體特征點(diǎn)。當(dāng)駕駛員以正常駕駛姿勢(shì)入座后，測(cè)取人體特征點(diǎn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后，便可得到各種百分位身材男女駕駛員的人體特征點(diǎn)分布圖形。這些圖形稱(chēng)為車(chē)身內(nèi)部布置設(shè)計(jì)工具。它們包括人體模型、眼橢圓、頭廓包絡(luò)線、手伸及界面等 (如圖 )。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 目前，國(guó)內(nèi)外汽車(chē)生產(chǎn)實(shí)踐證明：整車(chē)生產(chǎn)能力的發(fā)展取決于車(chē)身的生產(chǎn)能力；汽車(chē)的更新?lián)Q代在很大程度上也取決于車(chē)身；在基本車(chē)型達(dá)到飽和的情況下，只有依賴 車(chē)身改型才能打開(kāi)銷(xiāo)路。所以車(chē)身設(shè)計(jì)在整車(chē)設(shè)計(jì)中占有重要地位。因此在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我選擇了 A00級(jí)轎車(chē)駕駛員的設(shè)計(jì)及優(yōu)化（車(chē)身總布置）這個(gè)課題。 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容 本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為 A00 級(jí)轎車(chē)駕駛員布置設(shè)計(jì)及優(yōu)化，目的是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決 A00 級(jí)轎車(chē)駕駛員布置設(shè)計(jì)及優(yōu)化問(wèn)題。具體內(nèi)容： 1．了解人體舒適坐姿要求及舒適操縱力要求； 2．了解駕駛員相關(guān)車(chē)輛尺寸定義； 3．了解駕駛員布置的空間尺寸要求； 4．學(xué)習(xí) CATIA 軟件繪制駕駛員布置圖； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 2章 車(chē)身設(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)的車(chē)身設(shè)計(jì)方法 汽車(chē)自 誕生至今已有 112 年的歷史 , 在這漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，車(chē)身設(shè)計(jì)方法不斷改進(jìn)和完善，已形成了一套成熟的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)在于：在設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段都要反復(fù)進(jìn)行平面圖形和立體模型的制作過(guò)程。例如，在初步設(shè)計(jì)階段，要繪制彩色效果圖和 1： 5油泥模型；在技術(shù)設(shè)計(jì)階段要制作 1：1 油泥外模型和 1： 1 車(chē)身內(nèi)部模型；在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段要繪制 1： 1 的主圖板和制作 1： 1 的車(chē)身主模型 [8]。傳統(tǒng)的車(chē)身設(shè)計(jì)方法的主要問(wèn)題在于：（ 1）車(chē)身開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)準(zhǔn)備的周期長(zhǎng)，大約需要 4年左右的時(shí)間。而且對(duì)于汽車(chē)這類(lèi)復(fù)雜的幾何形體初始設(shè)計(jì)的 可信度低，為了產(chǎn)品定型，只有依靠樣車(chē)逐步修改設(shè)計(jì)，直到滿足各種要求為止，有時(shí)修改設(shè)計(jì)會(huì)持續(xù)到生產(chǎn)準(zhǔn)備后期，迫使生產(chǎn)準(zhǔn)備大量返工，造成浪費(fèi)。（ 2）費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作強(qiáng)度大。傳統(tǒng)的車(chē)身設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)要求美工人員、工程技術(shù)人員及工人通力合作。無(wú)論是繪制車(chē)身圖樣還是制作立體模型，都要付出大量艱苦的勞動(dòng)。另外，生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程中工藝設(shè)計(jì)、沖模制造、研配以及調(diào)試都將耗費(fèi)大量的手工勞動(dòng)和時(shí)間。（ 3）設(shè)計(jì)精度低。其主要原因是在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備的各個(gè)環(huán)節(jié)之間信息的傳遞是一種“移形”，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多次移形傳遞，由于各種人為及設(shè)備造成的誤差在 所難免，導(dǎo)致加工出的沖模精度無(wú)法保證，只有依靠最后的手工研配來(lái)解決 [9]。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 從七十年代起，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入了汽車(chē)外形設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域，今天更是普遍應(yīng)用，并已成為目前國(guó)內(nèi)外車(chē)廠進(jìn)行汽車(chē)造型設(shè)計(jì)的常規(guī)手段。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造技術(shù)是將計(jì)算機(jī)迅速、準(zhǔn)確處理信息的特點(diǎn)與人類(lèi)創(chuàng)造性思維能力及推理判斷能力巧妙結(jié)合起來(lái)，用計(jì)算機(jī)繪圖、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能模擬技術(shù)，為現(xiàn)代設(shè)計(jì)提供了理想的手段。計(jì)算機(jī)和數(shù)控加工技術(shù)的配合，可用來(lái)精確制造機(jī)械零件和對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自行檢驗(yàn)和裝配，這就是計(jì)算機(jī)輔助制造。近年來(lái)這一技術(shù)與 計(jì)算機(jī)技術(shù)一起得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并在汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)制造中率先應(yīng)用，引起了汽車(chē)設(shè)計(jì)制造技術(shù)革命性的大變革 [10]。 車(chē)身開(kāi)發(fā)中采用 CAD或 CATIA技術(shù)將會(huì)帶來(lái)傳統(tǒng)方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 提高了設(shè)計(jì)精度。造型一旦完成并建立數(shù)學(xué)模型存人數(shù)據(jù)庫(kù)，就可以實(shí)現(xiàn)多方共享，為生產(chǎn)準(zhǔn)備、模具設(shè)計(jì)制造提供便捷、詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，使模具加工精度大為提高。 縮短了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和制造的周期。車(chē)身數(shù)?？芍苯佑脕?lái)沖模設(shè)計(jì)，以提高沖模設(shè)計(jì)的精度和成功率。取消了兩次油泥模型、主模型以及工藝模型的制作，使人力、物力和時(shí)間大為 減少。 可將造型設(shè)計(jì)直接用于強(qiáng)度、剛度有限元分析以及碰撞安全性分析，也可以對(duì)車(chē)型進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)模擬。這樣使初始設(shè)計(jì)可信度大為提高。 設(shè)計(jì)修改以及在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的改型和換型均比較容易。 總之，基于 CAD 和 CATIA它能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品的研制周期等諸多優(yōu)點(diǎn) ，其正在受到極大的關(guān)注和飛速的發(fā)展。它從根本上改變了過(guò)去用手工繪圖、依靠圖紙組織生產(chǎn)的模式。它對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展，以及增強(qiáng)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面，都起著巨大的作用。 整車(chē)布置的基準(zhǔn)線 —— 零線的確定 確定 整車(chē)的零線 (三維坐標(biāo)面的交線 )、正負(fù)方向及標(biāo)注方式 ，均應(yīng)在汽車(chē)滿載 狀態(tài) 下進(jìn)行 、 繪制時(shí)應(yīng)將汽車(chē) 車(chē)頭向左 側(cè)（如圖 31） 。 汽車(chē)中心線 ：通過(guò)左右前輪中心， 并垂直于車(chē)架平面線的平面， 在側(cè)視和俯視圖上的投影線即為 X坐標(biāo)線，前為 “ ” 、后為 “+” ，該線標(biāo)記為 0X 。 汽車(chē)中心線 ：通過(guò)汽車(chē)縱向中心線的鉛垂面，在前視和俯視圖上的投影線，前視圖中右側(cè)為 “+” 、右側(cè)為 “ ” ，標(biāo)記為 0Y 。 車(chē)架上平面線 ：車(chē)架縱梁上翼面上較長(zhǎng)的一段平面 或 承載式車(chē)身中