關(guān)于汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)

田瑞新++李巖++高波

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪幸豁?xiàng)重要的工具，汽車行業(yè)的競爭也日趨激烈，如何不斷創(chuàng)新汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造方式，生產(chǎn)出在安全性、舒適性、操作性等各個(gè)方面綜合性能都比較優(yōu)良的汽車至關(guān)重要，文章重點(diǎn)就汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)做了探討和分析。

關(guān)鍵詞：汽車產(chǎn)品；設(shè)計(jì)與開發(fā)；設(shè)計(jì)制造

隨著測試技術(shù)的發(fā)展與完善，在汽車設(shè)計(jì)過程中引進(jìn)新的測試技術(shù)，和各種專用的試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從各方面對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能和零部件的強(qiáng)度、壽命進(jìn)行測試。同時(shí)廣泛采用近代數(shù)學(xué)物理分析方法，對產(chǎn)品及其總成、零部件進(jìn)行全面的技術(shù)分析、研究，這樣就使汽車設(shè)計(jì)發(fā)展到以科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)分析為基礎(chǔ)的階段。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和在工程設(shè)計(jì)中的推廣應(yīng)用，使汽車設(shè)計(jì)技術(shù)飛躍發(fā)展，設(shè)計(jì)過程完全改觀。汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能參數(shù)等的優(yōu)化選擇與匹配，零部件的強(qiáng)度核算與壽命預(yù)測，產(chǎn)品有關(guān)方面的模擬計(jì)算或仿真分析，都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。這種利用計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法，統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）。

一、汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和要求

由于汽車出產(chǎn)量大，品種及型號(hào)多，設(shè)計(jì)中實(shí)行零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和產(chǎn)品系列化，可化生產(chǎn)，提高工效，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，減少配件品種，方便維修。汽車良好的使用性能是設(shè)計(jì)者要追求的目標(biāo)，不同的汽車使用性能也是不同的（例如：動(dòng)力性、汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性、平順性、舒適性、通過性以及可靠性、耐久性、維修性和對環(huán)境保護(hù)的影響性能等）；而且在某些性能之間有時(shí)是相互矛盾的。因此；要在給定的使用條件下協(xié)調(diào)各使用性能的要求，優(yōu)選各使用性能指標(biāo)，使汽車在該使用條件下的綜合使用性能達(dá)到最優(yōu)。特別要重視使用中的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保。汽車車身的外形、油漆及色彩是汽車給人們的第一個(gè)外觀印象，是人們評價(jià)汽車的最直接方面，也是轎車的重.要市場競爭因素，是汽車設(shè)計(jì)非常重要的內(nèi)容。車身造型既是工程設(shè)計(jì)，又是美工設(shè)計(jì)。從工程設(shè)計(jì)來看，它既要滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求、整車布置的匹配要求和沖壓分塊的工藝要求，又要適應(yīng)車身的空氣動(dòng)力學(xué)的要求而具有最小的，空氣阻力系數(shù)。從美工設(shè)計(jì)來看，它應(yīng)當(dāng)適應(yīng)時(shí)代的特點(diǎn)和人們的愛好，要像對待工藝品那樣進(jìn)行美工設(shè)計(jì)，給人以高度美感，起到美化環(huán)境的作用。

二、汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中新型技術(shù)的應(yīng)用

（一）汽車產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的重要環(huán)節(jié)，汽車產(chǎn)品詳細(xì)機(jī)構(gòu)尺寸的許多參數(shù)都是在概念設(shè)計(jì)中確定的，概念設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，單單依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)是無法確定這些參數(shù)和數(shù)據(jù)的。CAE技術(shù)的應(yīng)用能夠建立車輛產(chǎn)品的數(shù)字化仿真分析體系，這種詳細(xì)的分析體系能夠分析模擬仿真分析出車輛在不同路況下的運(yùn)行狀態(tài)，從而獲取大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這就為汽車復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)分析提供了荷載條件以及各種動(dòng)力參數(shù)數(shù)據(jù)。概念設(shè)計(jì)的主要過程如下：對汽車產(chǎn)品進(jìn)行目標(biāo)定位，確定車身、控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)燈性能參數(shù)；確定車輛總體布置和設(shè)計(jì)方案，確定各項(xiàng)參數(shù)的控制指標(biāo)；根據(jù)CAE技術(shù)建立初始仿真模型；對汽車產(chǎn)品仿真模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，確定汽車產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)和整體結(jié)構(gòu)性能。

（二）汽車產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)制造

汽車車身機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造對車身的性能有著重要的影響，薄板沖壓覆蓋件、加強(qiáng)筋以及承載骨架共同組成了車輛的車身結(jié)構(gòu)，在利用CAE技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的過程中，我們可以將車身的機(jī)構(gòu)分成許多個(gè)小的單元，每一個(gè)單元都有著自己的作用，例如承載作用、傳遞作用等，只有每一個(gè)單元的設(shè)計(jì)得以保證，才能保證整個(gè)汽車的正常工作，這種車輛車身結(jié)構(gòu)的分析方法被稱為有限元分析，利用有限元分析能夠針對車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)將車身結(jié)構(gòu)分成各個(gè)單元，有效解決了車身結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的力學(xué)問題。汽車的噪音一直是人們關(guān)心的問題，NVH性能是衡量車輛質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，這種分析能夠使車輛產(chǎn)品與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的各個(gè)子系統(tǒng)的振動(dòng)頻率特性相普配，通過對不同振動(dòng)頻率和振型的子系統(tǒng)進(jìn)行合理的分布有效的實(shí)現(xiàn)了汽車降噪，對提升車輛的舒適性有著積極的意義。NVH性能分析主要包括汽車各子系統(tǒng)的剛度頻率匹配、點(diǎn)的傳遞函數(shù)、BIW動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等方面的分析。實(shí)現(xiàn)了汽車的正面、側(cè)面以及翻滾狀態(tài)下的安全性能的模擬分析，這種動(dòng)態(tài)的模擬分析能夠在汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽車產(chǎn)品的碰撞安全性能方面的問題和缺陷，并提出針對性的優(yōu)化改進(jìn)方案，避免安全性能存在問題的汽車產(chǎn)品投入市場。要想保證汽車產(chǎn)品的安全性，其碰撞性能的提升至關(guān)重要，在提升碰撞性能的前提下還要盡量使用質(zhì)量較輕的材料，就目前來看，當(dāng)今世界汽車設(shè)計(jì)制造中主流的車身材料為超高強(qiáng)度鋼板及輕質(zhì)的合金材料。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車產(chǎn)品的重要組成部分，是汽車產(chǎn)品行使的動(dòng)力來源，隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)品對發(fā)動(dòng)機(jī)的要求越來越高，當(dāng)前質(zhì)量較好的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都具備效率高、體積小、低能耗、低排放等特點(diǎn)。組成發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，工作荷載的測定難度較大，在設(shè)計(jì)制造的過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣難以解決的問題，基于CAE技術(shù)的有限元法能夠有效解決這些問題，有限元法能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)中的零部件進(jìn)行實(shí)體建模，從而實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動(dòng)機(jī)的分析設(shè)計(jì)和制造。

三、結(jié)束語

綜上所述，利用CAE技術(shù)進(jìn)行汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造是當(dāng)前汽車制造業(yè)的主要發(fā)展趨勢，其對汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的作用十分巨大，其仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠大大降低汽車產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間和研發(fā)成本，對提升汽車企業(yè)汽車產(chǎn)品的核心競爭力有著重要的作用，CAE技術(shù)有效推動(dòng)了汽車制造業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中CAE技術(shù)的應(yīng)用也帶動(dòng)了CAE技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善。文章簡要研究了基于CAE技術(shù)的汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造，旨在為推進(jìn)CAE技術(shù)全面深入的應(yīng)用到汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張志強(qiáng).CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2015.