【文章內(nèi)容簡介】 創(chuàng)成式外形建模 (GSM) 創(chuàng)成式外形建模產(chǎn)品是曲面設計的一個工具，通過對設計方法和技術(shù)規(guī)范的捕捉和重新使用，可以加速設計過程，在曲面技術(shù)規(guī)范編輯器中對設計意圖進行捕捉，使用戶在設計周期中任何時候方便快速地實施重大設計更改。 本科生畢業(yè)設計（論文） 3 CATIA 軟件發(fā)展 作為世界領先的軟件 ， CATIA 是有法國著名飛機制造公司 Dassau1t 開發(fā)的并由 IBM 公司負責銷售的。由于 CATIA 為成功實施 DMA 提供了一個集成環(huán)境， 以用于取得設計目標和管理所有相關的數(shù)據(jù) ，所以 全球已有 1000 多個汽車制造公司陸續(xù)地把 CATIA 作為他們設計和制造流程的核心系統(tǒng)。 DaimlerChrysler, BMW, Ferrari, Fiat , Porsche, Renault, 和 Volkswagen 已經(jīng)體會到了 CATIA 給他們帶來的技術(shù)創(chuàng)新和競爭優(yōu)勢。 CATIA 為汽車設計師和工程師提供了豐富的功能，包括 3D 實體造型、曲面造型和線架造型。系統(tǒng)提供的創(chuàng)新技術(shù)可以自動進行 3D 設計的參數(shù)化。系統(tǒng)還具有靈活的混合建模、虛擬產(chǎn)品開發(fā)、以流程驅(qū)動設計和在設計階段進行有限元分析等能力。工程師首先在計算機上進行每個部件的檢查，并在計算機的模擬幫助下進行分析，然后才需要物理樣機。以這種方式， CATIA 和 ENOVIA 可以加快工程和制造的各個階段，從曲面和外形風格建模到底盤和電路系統(tǒng)等等。作為汽車制造商，只有通過持續(xù)的創(chuàng)新，快速推出新的產(chǎn)品，才能在市場上占領領導地位。這也許就是為什么世界上前 25 位的汽車制造商有 18 家選擇 CATIA 的原因。 CATIA 人機工程功能在產(chǎn)品設計中的應用 CATIA 還具有人機工程功能。為了在進行產(chǎn)品設計過程中就很好的解決“人 — 機 — 環(huán)境”之間的問題， CATIA 最早提出了人機設計與分析解決方案，在 CATIA V5 中集成為四個模塊：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)境中建立和管理標準的數(shù)字化“虛擬”人體模型，以在產(chǎn)品生命周期的早期進行人機工程的交互式分析。 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 工程學產(chǎn)品生成、人機工程學控制技術(shù)、動作生成以及高級視覺仿真等。一個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家進行研究。有效的將 HBR、 HAA、 HME 及 HPA 結(jié)合起來可以生成更高級的人體模型，得到更詳盡的分析結(jié)果，使設計更符合人機工程學對舒適性、功能性以及安全性的要求。這些產(chǎn)品的結(jié)合可以為設計人員提供人機工程設計詳細的解決方案。 HAA 作為 HBR 的輔助模塊，可以對處于虛擬環(huán)境中的人機互動進行特定的分析。其優(yōu)點在于能夠精確的預測人的 本科生畢業(yè)設計（論文） 4 行為。他提供了多種高效的人機工程學分析工具和方法，可以全面分析人機互動 過程中的全部因素。 HME 允許設計人員通過大量的先進人體測量學工具生成高級的用戶自定義的人體模型。該模型依靠它的指定目標人群，可以用于評價設計與其目標的吻合程度。 HME 能夠滿足專業(yè)人機工程分析師、技術(shù)支持維護工程師等不同設計人員的需要。 HPA 可以定性和定量地分析人的各種姿態(tài)。人的整個身體及各種姿態(tài)可以從各方面被全面系統(tǒng)地反復檢查和分析并可以與已公布的舒適性數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行比較，確定相關人體的舒適度與可操作性。可快速發(fā)現(xiàn)有問題的區(qū)域，重新作出分析，并進行姿態(tài)優(yōu)化。 HPA 允許設計人員根據(jù)自己的實際應用，建立起自己 的實際應用，建立起自己的舒適度和強度數(shù)據(jù)庫設計，來滿足不同的需要。 在各種不同的產(chǎn)品設計過程中，人機工程學對產(chǎn)品設計的指導意義，最終體現(xiàn)在人機系統(tǒng)的設計，人和機時構(gòu)成人機系統(tǒng)的兩個組成部分，在掌握人體主要尺寸的基礎上，根據(jù)各種作業(yè)的不同特點，對產(chǎn)品進行人性化設計，使產(chǎn)品最大程度的滿足操作的舒適性、方便性、安全性。同時也不能忽略對操作環(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。如此才能創(chuàng)造出人 — 機 — 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，通過人們已經(jīng)熟悉的形狀、顏色、材料、位置的 組合來表示操作過程符合人的行動特點，減少操作人員的學習過程，使機器符合操作人員的經(jīng)驗、行為特征和操作想象，從而也能夠減少操作出錯。 作為成熟的 CAD/CAM 軟件， CATIA 把人體測量學中的各種知識和理論直接嵌入程序內(nèi)部，使的在實際設計過程中，只需報人體模型直接放入所考慮的機械設備或工程設計之中，省去了做人體模型的繁復工作。 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)做實時調(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)下的空間尺寸測定。在人機工程學中以人為本的設計理 念思想指導下，滿足人體一般作業(yè)空間概略設計需要。但對于受作業(yè)空間限制的設計，則需要滿足各種姿勢下人體功能尺寸。 在蘇州奧杰汽車技術(shù)有限公司的這段日子中，公司對我們進行了 CATIA 培訓，是我們對 CATIA 的知識有了初步的了解，尤其是對逆向的部分，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。逆向就是在根據(jù)已有的東西和結(jié)果，通過分析來推導出具體的實現(xiàn)方法。 CATIA 不僅能夠還原實物原型，而且還能夠在此基礎上進行設計修改，制造出新的產(chǎn)品。 本次畢設設計的是 A00級轎車，但到底何為 A00級轎車 ，是按什么劃分 本科生畢業(yè)設計（論文） 5 等級的呢。目前，國內(nèi)的汽車分級方法多以價格為主、技術(shù)規(guī)格為輔。我們也常聽到諸如 A 級、 B 級車之例的說法，這是參考德國轎車的分級標準。按德國汽車分級標準，等級劃分主要依據(jù)軸距、排量、重量、性能等參數(shù)，字母順序越靠后，該級別的車軸距越長、排量和重量越大，轎車的豪華程度也隨之提高。本次畢業(yè)設計的 A00級轎車是小型轎車，參照本公司給東風汽車新研發(fā)的電動車 2022設計的，該款電動車與今年全球規(guī)模最大的上海車展亮相。此款電動車最高時速 80公里，百公里能耗 100kwh（度），按生活用電計算約為 6元。其動力能源 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 1500次，單車按照最低續(xù)航里程 110公里，按每天平均行駛 50公里計算，電池可用八年。 隨著城市純電動汽車設施配備逐步完善， EJ02還具備電池快換系統(tǒng)續(xù)電功能。 業(yè)內(nèi)人士認為，在目前汽柴油價格逼近 8元 /升的現(xiàn)狀下，對于每天上班距離在 50公里以內(nèi)的上班族來說， EJ02是他們應對高油價時代的最安全經(jīng)濟的代步利器。 同時， EJ02采用滿足碰撞安全技術(shù)要求的鋁合金骨架，整車重量 770850千克，在保證行駛安全的前提下，可最大限度的降低整車自重，有效節(jié)省 動力源，延長單次充電的續(xù)航里程。同時，后置后驅(qū)設計更加優(yōu)化了車輛坡道性能，長 2695mm，寬 1520mm，其最小轉(zhuǎn)彎達直徑 。這樣的設計不僅可以緩解城市交通擁堵的現(xiàn)狀，還能讓用戶行動自如。 東風股份是東風公司新能源汽車事業(yè)的主要擔當者，早在 2022年就著手新能源汽車的自主研發(fā)，相繼推出 “東風天翼 ”純電動客車、物流車，以及 “帥客 MPV”、 “奧丁 SUV”、微型客車、物流車、環(huán)衛(wèi)車等 12款純電動車型， EJ02的正式亮相，不僅豐富了東風股份純電動家族的產(chǎn)品線，還填補了東風公司純電動微轎的空白。 本科生畢業(yè)設計（論文） 6 圖 11 東風電動車 研究本課題的意義 汽車誕生一百多年來，其技術(shù)經(jīng)過不斷地發(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電產(chǎn)品，而圍繞汽車工業(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。盡管在各個國家都有許多傳統(tǒng)的機械工業(yè)陷入困境，甚至面臨巨大的危機，但汽車工業(yè)卻一直保持著良好的發(fā)展勢頭，其發(fā)展水平也被公認為衡量一個國家總體科學技術(shù)水平的標志之一。 汽車車身總布置是在整車總布置的基礎上進行的，其指導思想是“以人為本”。在汽車設計中，車身內(nèi)部布置應當能夠滿足駕駛員和乘員的乘坐舒適性、 操縱性、行車安全性、視野性等要求。為了達到以上性能。 SAE、 ISO、 GB等定義了汽車駕駛員的眼睛、頭部、肢體上一些與車身布置有關的人體特征點。當駕駛員以正常駕駛姿勢入座后，測取人體特征點，經(jīng)統(tǒng)計處理后，便可得到各種百分位身材男女駕駛員的人體特征點分布圖形。這些圖形稱為車身內(nèi)部布置設計工具。它們包括人體模型、眼橢圓、頭廓包絡線、手伸及界面等 (如圖 )。 本科生畢業(yè)設計（論文） 7 目前，國內(nèi)外汽車生產(chǎn)實踐證明：整車生產(chǎn)能力的發(fā)展取決于車身的生產(chǎn)能力；汽車的更新?lián)Q代在很大程度上也取決于車身；在基本車型達到飽和的情況下，只有依賴 車身改型才能打開銷路。所以車身設計在整車設計中占有重要地位。因此在本次畢業(yè)設計中我選擇了 A00級轎車駕駛員的設計及優(yōu)化（車身總布置）這個課題。 畢業(yè)設計內(nèi)容 本畢業(yè)設計題目為 A00 級轎車駕駛員布置設計及優(yōu)化，目的是培養(yǎng)我們綜合運用所學知識解決 A00 級轎車駕駛員布置設計及優(yōu)化問題。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．了解駕駛員相關車輛尺寸定義； 3．了解駕駛員布置的空間尺寸要求； 4．學習 CATIA 軟件繪制駕駛員布置圖； 本科生畢業(yè)設計（論文） 8 第 2章 車身設計方法 傳統(tǒng)的車身設計方法 汽車自 誕生至今已有 112 年的歷史 , 在這漫長的發(fā)展過程中，車身設計方法不斷改進和完善，已形成了一套成熟的傳統(tǒng)設計方法。傳統(tǒng)車身設計方法的特點在于：在設計的每一個階段都要反復進行平面圖形和立體模型的制作過程。例如，在初步設計階段，要繪制彩色效果圖和 1： 5油泥模型；在技術(shù)設計階段要制作 1：1 油泥外模型和 1： 1 車身內(nèi)部模型；在生產(chǎn)準備階段要繪制 1： 1 的主圖板和制作 1： 1 的車身主模型 [8]。傳統(tǒng)的車身設計方法的主要問題在于：（ 1）車身開發(fā)及生產(chǎn)準備的周期長，大約需要 4年左右的時間。而且對于汽車這類復雜的幾何形體初始設計的 可信度低，為了產(chǎn)品定型，只有依靠樣車逐步修改設計，直到滿足各種要求為止，有時修改設計會持續(xù)到生產(chǎn)準備后期，迫使生產(chǎn)準備大量返工，造成浪費。（ 2）費時費力，工作強度大。傳統(tǒng)的車身設計及開發(fā)要求美工人員、工程技術(shù)人員及工人通力合作。無論是繪制車身圖樣還是制作立體模型，都要付出大量艱苦的勞動。另外，生產(chǎn)準備過程中工藝設計、沖模制造、研配以及調(diào)試都將耗費大量的手工勞動和時間。（ 3）設計精度低。其主要原因是在設計和生產(chǎn)準備的各個環(huán)節(jié)之間信息的傳遞是一種“移形”，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過多次移形傳遞，由于各種人為及設備造成的誤差在 所難免，導致加工出的沖模精度無法保證，只有依靠最后的手工研配來解決 [9]。 現(xiàn)代設計方法 從七十年代起，計算機輔助設計已經(jīng)進入了汽車外形設計這一領域，今天更是普遍應用，并已成為目前國內(nèi)外車廠進行汽車造型設計的常規(guī)手段。 計算機輔助設計及制造技術(shù)是將計算機迅速、準確處理信息的特點與人類創(chuàng)造性思維能力及推理判斷能力巧妙結(jié)合起來，用計算機繪圖、數(shù)據(jù)庫、智能模擬技術(shù)，為現(xiàn)代設計提供了理想的手段。計算機和數(shù)控加工技術(shù)的配合，可用來精確制造機械零件和對產(chǎn)品進行自行檢驗和裝配，這就是計算機輔助制造。近年來這一技術(shù)與 計算機技術(shù)一起得到了突飛猛進的發(fā)展，并在汽車車身設計制造中率先應用，引起了汽車設計制造技術(shù)革命性的大變革 [10]。 車身開發(fā)中采用 CAD或 CATIA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： 本科生畢業(yè)設計（論文） 9 提高了設計精度。造型一旦完成并建立數(shù)學模型存人數(shù)據(jù)庫，就可以實現(xiàn)多方共享，為生產(chǎn)準備、模具設計制造提供便捷、詳細、準確的數(shù)據(jù)，使模具加工精度大為提高。 縮短了開發(fā)設計和制造的周期。車身數(shù)?？芍苯佑脕頉_模設計，以提高沖模設計的精度和成功率。取消了兩次油泥模型、主模型以及工藝模型的制作，使人力、物力和時間大為 減少。 可將造型設計直接用于強度、剛度有限元分析以及碰撞安全性分析，也可以對車型進行空氣動力學模擬。這樣使初始設計可信度大為提高。 設計修改以及在原設計基礎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 ，其正在受到極大的關注和飛速的發(fā)展。它從根本上改變了過去用手工繪圖、依靠圖紙組織生產(chǎn)的模式。它對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展，以及增強企業(yè)在國際市場的競爭力等方面，都起著巨大的作用。 整車布置的基準線 —— 零線的確定 確定 整車的零線 (三維坐標面的交線 )、正負方向及標注方式 ，均應在汽車滿載 狀態(tài) 下進行 、 繪制時應將汽車 車頭向左 側(cè)（如圖 31） 。 汽車中心線 ：通過左右前輪中心， 并垂直于車架平面線的平面， 在側(cè)視和俯視圖上的投影線即為 X坐標線，前為 “ ” 、后為 “+” ，該線標記為 0X 。 汽車中心線 ：通過汽車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 “ ” ，標記為 0Y 。 車架上平面線 ：車架縱梁上翼面上較長的一段平面 或 承載式車身中