【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 配來解決。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造（ CAD/CAM）技術(shù)是將計(jì)算機(jī)迅速、準(zhǔn)確地處理信息的特點(diǎn)與人類的創(chuàng)造性思維能力及推理判斷能力巧妙地結(jié)合起來，用計(jì)算機(jī)硬 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 件、軟件的新成就，特別是計(jì)算機(jī)繪圖、數(shù)據(jù) 庫、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（ CAM）。近來來這一技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)一起得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并在汽車車身設(shè)計(jì)制造中率先應(yīng)用，引起了汽車設(shè)計(jì)制造技術(shù)革命性的大變革。 車身開發(fā)中采用 CAD/CAM 技術(shù)將會(huì)帶來傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在： 提高了設(shè)計(jì)精度。造型一旦完成并建立了車身外表面的數(shù)學(xué)模型，并存人數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過計(jì)算機(jī)管理可以多方共享，為生產(chǎn)準(zhǔn)備、工裝模具設(shè)計(jì)制造提供方便、詳盡、準(zhǔn)確的 原始數(shù)據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)形式的多次轉(zhuǎn)換，使模具的加工精度大大提高。并可減少以至取消凸凹模之間的研配，使調(diào)試、修改的工作量大為減小。 縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)和制造周期。車身表面數(shù)學(xué)模型可以直接用來進(jìn)行沖模設(shè)計(jì)，以提高沖模設(shè)計(jì)的成功率。另外，模具的加工直接引用 CAD 的結(jié)果，大大提高了模具制造的效率。當(dāng)然由于取消了兩次油泥模型、主模型以及工藝模型的制作過程，也使人力、物力和時(shí)間大為節(jié)約。 減輕了設(shè)計(jì)開發(fā)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善于他們的工作環(huán)境和勞動(dòng)條件。 可以很方便地將造型設(shè)計(jì)結(jié)果用于強(qiáng)度、剛度有限元分析計(jì)算以及 碰撞安全性分析，也可以比較方便地對(duì)所設(shè)計(jì)車型進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)模擬。這樣使得初始設(shè)計(jì)的可信度大為提高。在此基礎(chǔ)上一般只要試制一輪樣車作為驗(yàn)證，產(chǎn)品即可定型投產(chǎn)。 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， CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，不僅僅在于它能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品的研制周期，更重要的是 CAD/CAM 技術(shù)是當(dāng)代最杰出的工程技術(shù)成就之一，它從根本上改變了過去用手工繪圖、依靠圖紙組織生產(chǎn)過程的模式。因此它對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展，對(duì)增強(qiáng)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力等 方面，都有著巨大的作用。正在受到極大的關(guān)注和飛速的發(fā)展。 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)外車廠進(jìn)行汽車造型設(shè)計(jì)的常規(guī)手段。但 1990年才開始使用三維設(shè)計(jì)軟件 , 1995 年后才真正大量使用三維 CAD 設(shè)計(jì)軟件 . 現(xiàn)在常見的過程始于模型制作階段，通過三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量，得到模型上離散的點(diǎn)集，將點(diǎn)集數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，運(yùn)用 CAD 將其連成光順的曲線，建立數(shù)字化模型，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和可行性分析，即相當(dāng)于膠帶圖效果；然后通過專門的 CAD 設(shè)計(jì)軟件，用曲線建立起整個(gè)車身 的表面數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)人員在電腦前可以進(jìn)行任意的修改， 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 再通過數(shù)控銑床制造 1:1 全尺寸模型，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改和定型；然后再通過測(cè)量機(jī)對(duì)全尺寸模型進(jìn)行測(cè)量，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)建立汽車外形數(shù)學(xué)模型，并用圖形顯示終端顯示出來，模型的三維曲面視圖可以旋轉(zhuǎn) ,在不同的角度觀察不同地方，十分直觀。而且可以數(shù)控加工 . 在這里， CAD 的運(yùn)用不但使人從繁重的勞動(dòng)解脫出來，縮短了設(shè)計(jì)周期，而且能夠保證設(shè)計(jì)精度，降低了設(shè)計(jì)開發(fā)的成本。提高了開發(fā)質(zhì)量 , 縮短了開發(fā)周期 。 最新的設(shè)計(jì) , 將是高速 ,高質(zhì)量和低成本的開發(fā)設(shè)計(jì)方法 , 可能是在采用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的情況下應(yīng)用所有的省錢有效的方法和工具 . 采用不同方法可以獲得不同的結(jié)果 , 但必須考慮條件和成本 . 采用聲、光、電和 CAD 三維實(shí)體建模、虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的方法，稱為虛擬設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)：可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作性能和外觀的檢查和評(píng)估，減少開發(fā)周期，提高開發(fā)質(zhì)量 。 汽車造型的基本知識(shí) ： 汽車主要尺寸 汽車設(shè)計(jì)中由總體設(shè)計(jì)師確定的外形尺寸包括：長(zhǎng)、寬、高、軸距、輪距、前后懸長(zhǎng)和離地距等。汽車尺寸所要考慮的因素主要是主要零部件的布置和使用性能要求。使 用性能要求則主要由汽車所針對(duì)的目標(biāo)市場(chǎng)級(jí)別而定。通常，美國(guó)車的尺寸比歐、日的標(biāo)準(zhǔn)大很多，這主要是因?yàn)槊绹?guó)地大車少，油價(jià)低廉，對(duì)于汽車空間的要求遠(yuǎn)大于對(duì)省油性能的要求。日本則正好相反，為了改善道路擁擠情況，日本政府對(duì)汽車的稅收等級(jí)是以外形尺寸（主要是占地面積長(zhǎng) *寬）來劃分的，車身越大使用費(fèi)用越高。因此日本汽車造型設(shè)計(jì)所追求的是 “ 空間利用率 ” ，即在有限的車身尺寸下爭(zhēng)取最大的內(nèi)廂空間。可以說日本車緊湊的目的是為了符合法規(guī)；歐洲人也熱衷于小型車，但他們?cè)煨≤嚨闹饕康氖鞘∮秃褪褂梅奖悖欢绹?guó)人的生活環(huán)境決定了他們用 不著把汽車造得太緊湊。 汽車的長(zhǎng)、寬、高、軸距是影響乘坐空間的四要素，但這只是基礎(chǔ)，要在尺寸不大的車身上設(shè)計(jì)出空間充裕的座艙，還必須精心設(shè)計(jì)車廂輪廓。這就是所謂的 “ 利用率 ” 問題，而它又與全車的整體布局息息相關(guān) ， 并且要保證設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)要求 。 汽車車架 車架的作用是承受載荷，包括汽車自身零部件的重量和行駛時(shí)所受的沖擊、扭曲、慣性力等?，F(xiàn)有的車架種類有大梁式、承載式、鋼管式及特殊材料一體成型式等。 大梁式車架的優(yōu)點(diǎn)是鋼梁提供很強(qiáng)的承載能力和抗扭剛度，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開發(fā)容易，生產(chǎn)工藝的要求也較低。適用于要求 有大載重量的貨車、中大型客車，以及對(duì)車架剛度要求很高的車輛，如越野車；承載式車架的意念是用金屬 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 制成堅(jiān)固的車身，再將發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等機(jī)械零件直接安裝在車身上。承載式車車架是目前轎車的主流，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)將車架和車身二合為一，重量輕，可利用空間大，重心低，而且沖壓成型的制造方式十分適合現(xiàn)代化的大批量生產(chǎn)；有一些高級(jí)客車也有這樣的結(jié)構(gòu) . 但承載式車身結(jié)構(gòu) , 一般都設(shè)計(jì)有副車架 , 用于定位左右懸架和發(fā)動(dòng)機(jī)按裝 . 鋼管式車架就是用很多鋼管焊接成一個(gè)框架，再將零部件裝在這個(gè)框架上。它的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，很適合小規(guī)模的工作坊作業(yè) ；鋁合金車架將鋁合金條梁焊接、鉚接或貼合在一起組成一個(gè)框架，其最大優(yōu)點(diǎn)是輕（相同剛度的情況下）。但是成本高，不宜大量生產(chǎn)； 碳纖維車架是用碳纖維澆鑄成一體化的底板、坐艙和引擎艙結(jié)構(gòu)，再裝上機(jī)械零件和車身復(fù)蓋件。碳纖維車架的剛度極高，重量比其它任何車架都要輕，重心也可以造得很低。將來大梁式和承載式車架是占絕大多數(shù)的主流車架形式，并在承載式車架的底部加焊類似大型橫梁的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其剛度。 汽車造型與總布置的關(guān)系 汽車布置是指如何安排一部汽車的各個(gè)組成部分在整車中所處的相對(duì)位置，即全車的總體布置。布置方案一 般是由總工程師決定的，但對(duì)于車身造型設(shè)計(jì)師，很好地理解甚至具備確定總體布置的能力也十分重要，這是因?yàn)榕c其他工業(yè)產(chǎn)品相比，汽車構(gòu)造的復(fù)雜多變性要大得多。汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用功能的要求很嚴(yán)格（如乘員 /載貨的空間、人體工程學(xué)的要求等），這些構(gòu)成了很多在造型設(shè)計(jì)過程中必須遵循的條件。因此，汽車造型設(shè)計(jì)師必須具備很清晰明確的布置觀念，才能設(shè)計(jì)出具有優(yōu)秀功能性的汽車外型。事實(shí)上很多突破性的布置方案都是由造型設(shè)計(jì)師在概念設(shè)計(jì)的階段構(gòu)想出來的。一般，汽車的布置元素包括發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、座艙、行李艙、排氣系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、 油箱、備胎等，其中前三者：發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和座艙是決定布局的三要素，按這 “ 三要素 ” 可將布局方式分為前置引擎前驅(qū)（ FF）、前置引擎后驅(qū)（ FR）、中置引擎（ MR）及后置引擎（ RR）四大類型，確定布置類型后，其它部件可采用見縫插針的原則。同時(shí)也要考慮人體模型和人機(jī)工程學(xué)布置 , 一個(gè)優(yōu)秀的布置方案應(yīng)該在使各部件工作良好的基礎(chǔ)上滿足應(yīng)有的使用功能（如載人、運(yùn)貨等）。 本設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)方法 概念設(shè)計(jì) 概念研究：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求及預(yù)計(jì)達(dá)到的設(shè)計(jì)目的 確定了本次設(shè)計(jì)的大方向 ； 市場(chǎng)分析：針對(duì)近幾年的國(guó)內(nèi)外 市內(nèi)公交 車 進(jìn)行對(duì)比性分析，得出了具有 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 參考價(jià)值的結(jié)論，明確了設(shè)計(jì)思路 ； 繪制草圖：初步構(gòu)思幾種方案，并繪制下來 ； 確定方案：通過科學(xué)的論證確定最終方案 。 工程設(shè)計(jì) 確定尺寸參數(shù)：通過查閱資料確定尺寸參數(shù) 。 車身總布置：根據(jù)車身總布置設(shè)計(jì)方法及原則完成 車身總布置設(shè)計(jì) ； 合理布置車身座椅 等 ， 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)：利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)完成車身總布置圖 。 車身總布置內(nèi)容及原則 汽車 車身 總布置設(shè)計(jì)總布置設(shè)計(jì) (又稱初步造型 )，是將汽車各個(gè)總成及其所裝載的人員或貨物安排在恰當(dāng)?shù)奈恢?，以保證各總成運(yùn)轉(zhuǎn)相互協(xié)調(diào)、乘 坐舒適和裝卸方便。為了保證汽車各部分合理的相互關(guān)系，需要定出許多重要的控制尺寸。在這個(gè)階段，需要繪制車 身 的總布置圖，繪出駕駛操作場(chǎng)所、乘員以及邊界形狀 。 經(jīng)過汽車 車身 總布置設(shè)計(jì)，就可確定汽車的主要尺寸和基本形狀。 汽車總布置應(yīng)完成車身內(nèi)外尺寸、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車身的懸置形式、 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、車架和汽車車身的總布置以及一些附件如電瓶、油箱、備胎的置。汽車車身總布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮整車型式、車身與整車總布置的關(guān)系，然后根據(jù)各總成型式和整車性能的要求基礎(chǔ)上，確定車身內(nèi)、外尺寸，駕駛員與乘客的操縱與乘坐空間，以及對(duì)車室 各種部件和附件的位置參數(shù)的確定，以滿足相關(guān)的各項(xiàng)性能及法規(guī)要求，并協(xié)調(diào)各種性能指標(biāo)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)總體優(yōu)化的布置過程；，空間關(guān)系和制約因素復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)具有模糊性、多解性、經(jīng)驗(yàn)性等特點(diǎn)。 汽車車身總布置是其它設(shè)計(jì)階段的前提和基礎(chǔ)，是汽車設(shè)計(jì)的最初始的步 驟，車身總布置的好壞，在很大程度上決定著車身設(shè)計(jì)的成敗 。 汽車車身總布置應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)原則 （ 1）外部尺寸盡量小內(nèi)部空間盡量大 。 （ 2）滿足各項(xiàng)功能要求 。 （ 3）滿足人機(jī)工程學(xué)要求 。 （ 4）滿足法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件要求 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 人機(jī)工程 學(xué) 概況 人機(jī) 工程 學(xué) 是從 20世紀(jì) 50 年代開始迅速發(fā)展起來的新興邊緣學(xué)科 ， 它是從人的生理和心理特點(diǎn)出發(fā) ， 研究人、機(jī)、環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律 ， 以優(yōu)化人 — 機(jī) — 環(huán)境系統(tǒng)的一門學(xué)科 ， 其目標(biāo)是讓人在使用機(jī)械的過程中感到“安全、健康、舒適、高效”。在汽車的開發(fā)設(shè)計(jì)中 ， 人機(jī)工程設(shè)計(jì)與車內(nèi)空間的確定占有重要地位 ， 必須根據(jù)新產(chǎn)品的實(shí)際情況 ， 進(jìn)行合理的布置設(shè)計(jì)。這不僅關(guān)系到有效利用車內(nèi)空間及提高乘用舒適性 ， 而且會(huì)影響整車、內(nèi)外造型和尺寸參數(shù) ， 進(jìn)而會(huì)影響整車性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。而要獲得人性化并貼近用戶的最優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果 ，就必須運(yùn)用人機(jī)工程的設(shè) 計(jì)方法程序。 人機(jī)工程學(xué)在汽車車身總布置上的應(yīng)用 人機(jī)工程學(xué)最大的特點(diǎn)是：把人看成系統(tǒng)中的一個(gè)元素，以人為主體詳細(xì)分析人與機(jī)械之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，使整個(gè)系統(tǒng)工作達(dá)到最優(yōu)。合理的人機(jī)工程布置設(shè)計(jì)，不僅關(guān)系到有效的利用車內(nèi)空間及提高乘坐舒適性，而且會(huì)影響車內(nèi)、外部造型和整車尺寸參數(shù)，進(jìn)一步會(huì)影響整車性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 人機(jī)工程設(shè)計(jì)主要借助于 SAE 的方法和工具。汽車車身總布置考慮的人機(jī) 工程問題大致歸納為以下五個(gè)主要方面： 汽車駕駛操縱系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配； 汽車駕駛操縱系統(tǒng)是一種有駕駛員參與反饋控制系統(tǒng)。這 類人機(jī)界面 的優(yōu)化匹配問題，在人機(jī)工程學(xué)科領(lǐng)域最有代表性，因?yàn)轳{駛操縱是駕駛 員最基本、最頻繁、最重要的操作。 汽車行車安全性及車內(nèi)乘員的人體保護(hù)技術(shù)； 汽車車輛的撞車、翻車事故嚴(yán)重的威脅乘員的安全性。在進(jìn)行汽車車 身總布置時(shí)，一定要考慮到安全技術(shù)性能，利用有效的車內(nèi)乘員人體保護(hù) 技術(shù)來避免或減輕乘員可能遭受到嚴(yán)重的傷害。 汽車乘員的乘坐舒適性 汽車駕駛員和乘員的乘坐舒適性，主要取決于座椅與人體的人機(jī)界面 能否為人提供舒適穩(wěn)定的坐姿、駕駛員（或乘員） —— 座椅 —— 汽車系統(tǒng) 能否有效地隔離或衰減來自路面 不平度的激勵(lì)而產(chǎn)生的振動(dòng)、駕駛員（或 乘員） —— 座椅 —— 駕駛室系統(tǒng)的幾何位置關(guān)系能否為駕駛員提供良好的 視野和相對(duì)于各種操縱機(jī)構(gòu)與顯示裝置的舒適位置。 汽車的道路交通適應(yīng)性 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 我們認(rèn)為，應(yīng)該把人 —— 車 —— 路作為一個(gè)系統(tǒng)來研究，設(shè)計(jì)汽車性 能時(shí)既要充分考慮到人的因素，如人體尺寸、人的生理和心理特征、人的 習(xí)慣等人 —— 車的關(guān)系，又要考慮到道路交通特性。進(jìn)行車身總布置時(shí)， 考慮到人 —— 車 —— 路系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。 汽車是一種典型的高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步和汽車應(yīng)用的普及，人們對(duì)汽車的安全性、舒適性和操縱方 便性提出了更高的要求。將人機(jī)工程學(xué)中的原理應(yīng)用于汽車車身的設(shè)計(jì)中，以解決上述問題，成為汽車設(shè)計(jì)中的重要方面。現(xiàn)在已經(jīng)形成了“人一車一環(huán)境”專門學(xué)科。研究解決在車身設(shè)計(jì)中如何適應(yīng)人體特點(diǎn)，提高人機(jī)系統(tǒng)工作效率，有效發(fā)揮人的作用，并為司機(jī)和乘客提供舒適和安全的環(huán)境。 人與機(jī)器共同工作，人有人的特性，機(jī)器有機(jī)器的特性，要設(shè)計(jì)出能最大限度與人協(xié)調(diào)工作的機(jī)器，就要充分研究?jī)烧叩奶匦裕拍茉O(shè)計(jì)出良好的人機(jī)界面。人機(jī)工程學(xué)在對(duì)人的特性進(jìn)行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上設(shè)定了一系列的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，用來指導(dǎo)機(jī)器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，主要是人和機(jī)器之間的 界面設(shè)計(jì)。其中與汽車設(shè)計(jì)相關(guān)的主要有 ： （ 1）基于人體感官的界面