【正文】 ，曲線構(gòu)建的好壞直接影響車身造型設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平。由于均勻網(wǎng)格法只是均勻地選中其中的部分點(diǎn)，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(jì)（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計(jì) 22 件表面的快速處理。為解決這一問題，需對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡，即稀疏處理。點(diǎn)云除噪后，就應(yīng)對其進(jìn)行稀疏處理。 數(shù)據(jù)點(diǎn)的除噪和稀疏處理 在非接觸三維掃描測量過程中，受人為及干擾等多種因素的影響，不可避免地會產(chǎn)生一些誤差較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即噪聲點(diǎn)。由此可見，利用非接觸三維掃描技術(shù)進(jìn)行汽車車身造型設(shè)計(jì)常用且有效的方法是：先用Surfacer或 RapidForm等軟件將點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為曲面，再用 UG或 Pro／ E將其轉(zhuǎn)換成三維實(shí)體。為此就誕生了一些曲面再造軟件，如 Surfacer、ICEM、 CopyCAD、 RapidForm等。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。 UG在車身造型中的應(yīng)用 汽車車身造型設(shè)計(jì)的一般流程是：效果圖設(shè)計(jì) 制作 1／ 5實(shí)體模型 一上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計(jì) 21 對模型進(jìn)行修改審定 制作 1／ 1實(shí)體模型一對模型進(jìn)行精確測量 利用 CAD技術(shù)建立三維數(shù)字模型。 采用 WAVE技術(shù)，當(dāng)某個(gè)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(jì)準(zhǔn)則，自動(dòng)地更新產(chǎn)品系統(tǒng)中每一個(gè)需要改變的零件，并確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖和整體性。從 開始 ,應(yīng) GM 公司車身設(shè)計(jì)要求而開發(fā) WAVE (Whatif Alternative Value Engineering),以解決車身設(shè)計(jì)“牽一發(fā)而系全身”的難題 ,極大地減少了設(shè)計(jì)人員重復(fù)設(shè)計(jì)的浪費(fèi) ,并為縮短設(shè)計(jì)周期創(chuàng)造條件 ,使車身設(shè)計(jì)從原來的三年縮短到現(xiàn)在的十二個(gè)月。應(yīng)用 UG 的建模功能，設(shè)計(jì)師可快速進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，交互建立和編輯各種應(yīng)用復(fù)雜的零部件模型。 UG 在航空航天、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場上得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用 UG的建模功能，設(shè)計(jì)工程師可快速進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，交互建立和編輯各種復(fù)雜的零部件模型。 UG簡介 UG (Unigraphics)是 EDS 公司推出的一套集 CAD/CAM/CAE 的于一體的三維參數(shù)化軟件，具有強(qiáng)大的建模、分析和加工功能?，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。 軟件的選擇 在本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的研究過程中，車身造型的建模無疑是重中之重，也是最大的難點(diǎn)之一。據(jù)通用公司統(tǒng)計(jì)，該公司運(yùn)用了 WAVE技術(shù)后對整車進(jìn)行一次修改時(shí)間只需 40 分鐘左右，這在過去是不可想象的。更為重要的是， WAVE 能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品級的相關(guān)結(jié)構(gòu)自動(dòng)修改。 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(shí)現(xiàn)。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)。 (4)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所設(shè)計(jì)車型進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)模擬。當(dāng)然由于取消了兩次油泥模型、主上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計(jì) 19 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。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)成功率。并可減少以至取消凹凸模之間的研配，使調(diào)試、修改的工作量大為減小。 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(diǎn)，主要表現(xiàn)在： (1)提高了設(shè)計(jì)精度。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。 從七十年代起， CAD（ 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ） 已經(jīng)進(jìn)入了汽車 造型 設(shè) 計(jì)這一領(lǐng)域，今天更是普遍應(yīng)用，并已成為目前國內(nèi)外 汽 車廠進(jìn)行汽車造型設(shè)計(jì)的常規(guī)手段。 2 計(jì)算機(jī)輔助車身 造型設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助車身造型設(shè)計(jì) 介紹 傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì) 車身曲線需要依靠人力經(jīng)過繪畫－模型－圖板等多次反復(fù)測量 ， 反復(fù)修改才能確定，耗費(fèi)大量的勞動(dòng)和時(shí)間，而且設(shè)計(jì)精度也難以保證， 導(dǎo)致設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期加長、影響產(chǎn)品的更新?lián)Q代。從空氣動(dòng)力學(xué)出發(fā)外形設(shè)計(jì)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)。 未來車型的展望 面對日趨激烈的市場競爭，在滿足空氣動(dòng)力性要求的前提下，車身造型更注重視覺效果，顯現(xiàn)出藝術(shù)化、多樣化和個(gè)性化的發(fā)展趨勢。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計(jì) 17 (5)發(fā)展數(shù)值算法，促進(jìn)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。 (4)湍流流動(dòng)計(jì)算方法研究應(yīng)集中在湍流模型、大渦模擬和直接數(shù)值模擬三方面。 (2)旋渦分離流動(dòng)是汽車?yán)@流場中不可避免的流動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)尋求更準(zhǔn)確的物理描述模型。實(shí)施軟件質(zhì)量控制、程序驗(yàn)證、需求輸入；完成功能輸出、設(shè)計(jì)更改、擴(kuò)充、軟件評價(jià)等。 (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。 (4)針對汽車車身分布結(jié)構(gòu)，構(gòu)造多個(gè)智能體，開展分布式并行研究。 (2)開展新的風(fēng)洞或者道路空氣動(dòng)力學(xué)特性測試，給出氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩、汽車內(nèi)外三維流場、泥垢附著、雨水灰塵流動(dòng)等動(dòng)力學(xué)研究成果。 CAE平臺的基本開發(fā)方法 基于把功能、美學(xué)、 CFD三大要素結(jié)合起來進(jìn)行汽車造型設(shè)計(jì)，從而形成了汽車造型設(shè)計(jì)方法。 現(xiàn)代汽車研究方法 隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，研發(fā)出汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) CAE平臺。阻力系數(shù)的計(jì)算值大于試驗(yàn)值。計(jì)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(yàn)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(yàn)結(jié)果基本一致。 并通過模型 CAD數(shù)據(jù)，利用 STAR— CD和 FIDAP軟件采用有限差分法 (FVM)、有限元法 (FEM)求解三維可壓和不可壓 RANS方程組對流場進(jìn)行了仿真。 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(jìn)行了數(shù)值分析。 (3)數(shù)值仿真 數(shù)值計(jì)算方法從計(jì)算分析角度上定義為計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (簡稱 CFD)。 ④通過肥皂泡法、絲帶法和煙流法，對發(fā)動(dòng)機(jī)室和駕駛室內(nèi)的氣流流態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)印證。 ②通過煙度發(fā)生器實(shí)施煙流法測試汽車車身周圍流態(tài)。而在風(fēng)洞中空氣相對于模型或原型支承面有運(yùn)動(dòng)，從而形成了邊界層，使值的測試有誤差。 h1） 140 180 270 200 144 180 400 240 200 200 風(fēng)機(jī)數(shù)量 /臺 4 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 年份 1960 1967 1976 1976 1981 1963 1980 1970 20xx 當(dāng)用風(fēng)洞測試時(shí)要注意的技術(shù)問題是 ： (1)用模型在風(fēng)洞中測試出的汽車空氣阻力系數(shù)值有 1O％～ 2O％誤差，因?yàn)樵囼?yàn)所用的模型很難與汽車原型做到幾何相似和空氣動(dòng)力學(xué)相似。 國內(nèi)外大型汽車制造公司不惜耗費(fèi)巨資建造汽車試驗(yàn)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。 (2)風(fēng)洞試驗(yàn) 風(fēng)洞是利用巨大的風(fēng)扇，把空氣吸入管孔中，再利用整流板及管孔漸小的設(shè)計(jì)，把吸進(jìn)的空氣加以整流和加速，使之達(dá) 到所需的風(fēng)速，然后再送入風(fēng)洞的試驗(yàn)段中。 研究方法 (1)基礎(chǔ)理論研究 空氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)是質(zhì)量守衡、動(dòng)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。一般測定汽車的空氣阻力系數(shù)值有風(fēng)洞測試法。 2O世紀(jì) 5O年代至 7O年代，空氣阻力系數(shù)維持在 ． 6之間。汽車在行駛中，圍繞著汽車重心產(chǎn)生縱向、側(cè)向和垂直三個(gè)方向的氣動(dòng)力。 (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(dòng)力的發(fā)揮。 理論基礎(chǔ) (1)理想空氣動(dòng)力學(xué)模型 空氣動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，圓頭在前、尖端在后的雨滴、淚珠狀的形體最易于通過氣流。到 7O年代，汽車空氣動(dòng)力學(xué)才真正成為一門獨(dú)立學(xué)科。 2O世紀(jì) 40年代，另一位法國人 L． Romani對誘導(dǎo)阻力進(jìn)行了研究。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)。后來德國人賈萊一般的美學(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(diǎn)、比擬與聯(lián)想、單純與風(fēng)格等。 車身造型設(shè)計(jì) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計(jì) 12 車身造型包括形態(tài)、質(zhì)地、色彩、人機(jī)關(guān)系等內(nèi)涵，應(yīng)盡量完滿體現(xiàn)汽車的物質(zhì)功能和精神功能，充分滿足人們在實(shí)用和審 美兩個(gè)方面的需求。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。 (3)導(dǎo)流板與擾流板技術(shù) 為減 小因車速增加所產(chǎn)生的升力，在前 保險(xiǎn)杠下方裝上向下傾斜的連接板。 (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?？梢哉f，外表呈楔型的汽車已經(jīng)是很理想 的車型了。 車身造型設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 現(xiàn)代車身造型 設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)就是把空氣動(dòng)力學(xué)和車身造型這兩個(gè)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 面包車車身 造型的改進(jìn)設(shè)計(jì) 11 本來就密不可分的問題結(jié)合起來進(jìn)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(jì)科學(xué)、先進(jìn)、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(dòng)力學(xué)的最新研究成果，并滿足國際、國家法規(guī)。 汽車車身造型設(shè)計(jì)方法 作為汽車，首先向人們展示的就是它的外形，外形關(guān)聯(lián)到汽車的命運(yùn)。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。不過在高速時(shí)會產(chǎn)生一種使車輪附著力減小的升力，影響側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性。船型汽車尾部向后伸出，在高速時(shí)會產(chǎn)生較強(qiáng)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”。為了克服“甲殼蟲”汽車對橫風(fēng)的不穩(wěn)定性， 1949年美國福特公司推出了福特 V8型汽車，這種汽車的前翼子板和發(fā)動(dòng)機(jī)罩、后翼子板和行李艙罩融于一體，大燈和散熱器罩也形成整體，車身兩側(cè)形成一個(gè)平滑的面，車室位于車的中部，整個(gè)車像一只小船，因此稱為“船型汽車”。當(dāng)時(shí)流線型車身的代 表是德國大眾公司的“甲殼蟲”汽車。 1930年后，人們越來越重視車身外形對減少空氣阻力的影響。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。福特公司生產(chǎn)了一種新形式的像一只大箱子的車身，稱作“箱型車身”。 (2)箱型汽車。汽車誕生前，馬車是陸地上最好的交通工具，可以說，汽車是從馬車 的機(jī)動(dòng)化開始的。 幾十年來，汽車造型的種種變化，都可以找到其空氣動(dòng)力學(xué)的依據(jù) 。生產(chǎn)綠色汽車已提到議事日程，綠色汽車將是環(huán)保汽車的代稱 。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。 (5)智能化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 信息技術(shù)革命正在推動(dòng)汽車設(shè)計(jì)翻開新的一頁。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(shí)期內(nèi)人的需求。同時(shí)，設(shè)計(jì)師更需要有高雅的藝術(shù)品位和豐富的藝術(shù)知識。 (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(dòng)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。 (2)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 空氣動(dòng)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(dòng)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。汽車在本質(zhì)上是一種交通工具，是在一定的時(shí)問內(nèi)使主體 (人或物 )完成相應(yīng)的空間位移。具體包括氣動(dòng)力、 氣動(dòng)力矩、汽車空氣動(dòng)力穩(wěn)定性、汽車表面三維流場和表面壓強(qiáng)以及汽車外形局部動(dòng)力學(xué)特征等，并通過汽車的外形變化 —— 車身造型予以體現(xiàn)。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(gè)發(fā)展階段。 本課題采用世界先進(jìn)的 CAD/CAM集成軟件 UG作為車身設(shè)計(jì)的輔助工具，又用 fluent作為空氣動(dòng)力學(xué)分析軟件，旨在探索車身設(shè)計(jì)的先進(jìn)方法和技術(shù)，為我國汽車的自主開發(fā)與設(shè)計(jì)提供實(shí)用的方法。 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(jìn)方法