局部驗(yàn)證模型在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究

楊琳

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局部驗(yàn)證模型在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究

楊琳

（上汽集團(tuán) 商用車技術(shù)中心，上海 201803）

文章闡述了局部驗(yàn)證模型在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究。強(qiáng)調(diào)了在現(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)在前期開發(fā)中，局部驗(yàn)證模型驗(yàn)證在造型開發(fā)中意義，模型設(shè)計(jì)加工和流程介紹。

汽車；造型設(shè)計(jì)；模型設(shè)計(jì)

引言

隨著中國汽車客戶越來越成熟，各大汽車廠商也在加大對整車研發(fā)的投入。當(dāng)汽車的客觀性指標(biāo)（汽車性能、配置、可靠性質(zhì)量）逐步變成業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)后，主觀性指標(biāo)（服務(wù)和感知質(zhì)量）將逐步成為競爭要點(diǎn)。感知質(zhì)量作為車輛主觀性指標(biāo)的一個(gè)重要指標(biāo)，越來越被各大汽車公司所關(guān)注。感知質(zhì)量一般指顧客通過“看，聽，摸，聞”等感知手段對汽車產(chǎn)品品質(zhì)及特性進(jìn)行主觀的評價(jià)。視覺感知質(zhì)量最主要表現(xiàn)之一就是零件間匹配關(guān)系好壞。零件之間匹配關(guān)系——特別是一些運(yùn)動(dòng)零件和周邊零件配合關(guān)系好壞會(huì)影響到前期造型走向，中期零件模具研發(fā)，后期制造裝配等各個(gè)環(huán)節(jié)。

1 局部驗(yàn)證模型作用和目的

1.1 局部驗(yàn)證模型作用

在整車研發(fā)中前期，計(jì)算機(jī)輔助發(fā)揮了巨大作用。雖然計(jì)算機(jī)在整車研發(fā)中起了很大作用，但是由于計(jì)算機(jī)虛擬評估局限性，計(jì)算機(jī)數(shù)模中表現(xiàn)各零件間的視覺感知匹配效果和實(shí)際視覺效果存在著差異。僅通過計(jì)算機(jī)CAD，設(shè)計(jì)階段數(shù)模無法客觀還原實(shí)際產(chǎn)品零件裝配視覺效果，很多零件配合視覺問題往往是在樣車下線以后才暴露出來，后期為了糾正，優(yōu)化零件間匹配關(guān)系而發(fā)生模具更改費(fèi)用不計(jì)其數(shù)，大大延長整車研發(fā)周期和增加整車研發(fā)成本。

汽車造型局部驗(yàn)證模型驗(yàn)證方法來補(bǔ)充計(jì)算機(jī)研發(fā)能力上不足之處。該方法已被證明能真實(shí)反映實(shí)車零件間配合關(guān)系，能有效還原設(shè)計(jì)意圖，模擬零件裝配，制造偏差導(dǎo)致不良結(jié)果，幫助研發(fā)人員在前期能夠充分識別和驗(yàn)證視覺感知類問題，開拓研發(fā)人員設(shè)計(jì)思路，給出解決方案，保證整車造型設(shè)計(jì)精準(zhǔn)和零件匹配良好視覺感知。

1.2 局部驗(yàn)證模型目的

在項(xiàng)目中前期，通過制作模型獲知汽車各關(guān)鍵配合區(qū)域的零部件間匹配關(guān)系理論視覺狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前設(shè)計(jì)中關(guān)于造型，間隙的問題以及工程潛在問題，同時(shí)加入調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過對配合位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，在工程零件結(jié)構(gòu)尚未設(shè)計(jì)完成的情況下，模擬各零件間的間隙視覺效果，通過對零件間隙效果實(shí)物化，可以在研發(fā)早中期設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)模中忽略或難以判定問題，判斷間隙，面差和零件背部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，發(fā)現(xiàn)工程斷面潛在問題等。

2 局部驗(yàn)證模型設(shè)計(jì)介紹

2.1 局部驗(yàn)證模型概念簡介

根據(jù)模型所處的開發(fā)階段不同，制作精度要求和模型零件結(jié)構(gòu)也不同，通常采用多種材質(zhì)和多種加工工藝相結(jié)合的模型制作方法。目前加工材質(zhì)多采用油泥，代木，ABS和鋁合金等，常用加工工藝有CNC 加工，SLA快速成型以及硅膠模等。具體采用何種材料和加工工藝，可以根據(jù)設(shè)計(jì)不同階段，模型不同功能以及模型零件不同結(jié)構(gòu)，靈活組合。

表1 中表示各種驗(yàn)證模型材料優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用階段說明

2.2 局部驗(yàn)證模型開發(fā)簡介

局部驗(yàn)證模型主要開發(fā)流程如下：

圖1 開發(fā)流程圖

2.2.1設(shè)計(jì)和工程輸入

設(shè)計(jì)和工程輸入對局部模型評審效果起著決定性作用，根據(jù)整車開發(fā)項(xiàng)目時(shí)間不同，不同階段不模型要求，輸入也不盡相同。設(shè)計(jì)最主要輸入是造型A面質(zhì)量，這里所說A面質(zhì)量，主要指面的完整性，如面上造型特征，圓角大小，翻邊角度和長度，面是否能縫合等。工程輸入主要是指零件間間隙，面差定義，零件背部結(jié)構(gòu)，滑塊線位置等，這些輸入直接影響了模型是否能真實(shí)模擬實(shí)車狀態(tài)。

2.2.2局部模型虛擬設(shè)計(jì)

局部模型虛擬設(shè)計(jì)主要是指在取得一定設(shè)計(jì)和工程輸入情況下，運(yùn)用UG等設(shè)計(jì)軟件，在計(jì)算機(jī)里結(jié)合兩種輸入，做出虛擬模型。在零件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)選擇加工工藝特性，設(shè)計(jì)好零件定位基準(zhǔn)和安裝結(jié)構(gòu)，避免零件過定位。在完成模型設(shè)計(jì)后，根據(jù)工程輸入尺寸公差范圍，在計(jì)算機(jī)里模擬零件尺寸偏差，避免零件在裝配和模擬安裝偏差中發(fā)生干涉和行程不夠。

圖2 設(shè)計(jì)和工程輸入

圖3 虛擬設(shè)計(jì)模型

2.2.3實(shí)物加工

在虛擬環(huán)境中完成設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)模擬后，可以交付給加工中心加工，通常經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：

（1）材料工藝選擇

根據(jù)各方面要求，主要考慮加工精度，時(shí)間和成本，來選取適合材料和工藝。目前常用模型加工材料有：代木，ABS，鋁合金和亞克力。加工精度來說（這里是指僅考慮材料本身特性所能達(dá)到精度）；鋁合金和代木本身加工精度最高，ABS其次，亞克力稍差。工藝選擇主要是指常用工藝CNC 加工，SLA快速成型以及硅膠模，其中CNC 加工精度最高，但時(shí)間和成本比較高。

（2）零件搭料

這里搭料主要是指對于大零件，加工原料無法滿足要求，需要通過拼接來實(shí)現(xiàn)搭尺寸，影響搭料主要因素就是模型背部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，（如調(diào)節(jié)要求，減重要求等）另外對于搭料所產(chǎn)生拼接縫大小也有要求；通常要求縫大小控制在0.75mm，有特殊要求的話要求控制在0.5mm。

（3）編程加工

在完成以上步驟時(shí)，可以運(yùn)用一些常規(guī)軟件編程加工，如UG 、 CATIA、CAD等，這里主要說一下注意點(diǎn)，編程時(shí)注意走刀路徑一致，方向相同。加工時(shí)，換刀時(shí)，加工面盡量選擇在背面，避免接到痕落在A面上。加工A面時(shí)考慮到噴漆影響，可以適當(dāng)對設(shè)計(jì)A面輪廓進(jìn)行偏置，一般推薦值為0.05mm。

（4）零件裝配

在完成各部件加工以后，根據(jù)造型顏色輸入對加工零件A面進(jìn)行碰漆，孔銷，定位面和基準(zhǔn)面嚴(yán)禁噴漆。裝配時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)安裝定位關(guān)系進(jìn)行裝配，注意薄壁零件安裝（如前后蓋包邊），如果安裝不小心，很容易薄壁件造成斷裂，導(dǎo)致模型報(bào)廢。裝配完成后，根據(jù)零件設(shè)計(jì)尺寸偏差進(jìn)行模型調(diào)整，保證驗(yàn)證實(shí)物驗(yàn)證模型能滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）模型測量

在完成零件裝配以后，通過逆向掃描技術(shù)，將實(shí)物模型空間坐標(biāo)點(diǎn)和虛擬模型坐標(biāo)點(diǎn)位置，通過基準(zhǔn)面進(jìn)行擬合，校核實(shí)物表面和數(shù)模設(shè)計(jì)A面差異。

2.2.4模型驗(yàn)收

模型驗(yàn)收主要看比對虛擬和實(shí)際差異。主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）加工零件表面質(zhì)量，如零件表面接縫大小，接刀痕和換刀痕位置是否落在表面上。

（2）零件進(jìn)行安裝時(shí)結(jié)構(gòu)是否可靠，拆裝和緊固是否有干涉。

（3）零件調(diào)整量，是否滿足設(shè)定調(diào)節(jié)要求，移動(dòng)是否方便并且移動(dòng)時(shí)無干涉。

（4）查看測量報(bào)告，確認(rèn)加工誤差處于要求范圍之內(nèi)。

3 結(jié)束語

局部驗(yàn)證模型在精度和真實(shí)性方面的發(fā)展還在不斷繼續(xù)，在保證精度的前提下，如何增加零件模型設(shè)計(jì)位置調(diào)整功能以體現(xiàn)工程誤差對外觀造型的影響；如何實(shí)現(xiàn)真車的使用功能，比如四門兩蓋的開閉合以評審零件不同狀態(tài)對造型的影響；實(shí)物模型材料是否能在材質(zhì)表現(xiàn)上更接近真車，這些都是局部驗(yàn)證模型正在研究的課題。

[1] 侯紅玲.代木材料的切削性能試驗(yàn)研究.工具技術(shù),2009,43(4):P21 -22.

[2] 高建遠(yuǎn).汽車造型設(shè)計(jì)實(shí)物驗(yàn)證模型材料選用應(yīng)用研究,應(yīng)用技術(shù),2011(10): P53.

Application Research of Local Verification Model in Automobile Design

Yang Lin

( SAIC MOTOR Commercial Vehicle Technical Center, Shanghai 201803 )

In this paper, we expatiates the purpose and attention of table top model using in vehicle design and emphasize the important of using this process control in design styling verification and assembling deviation and choosing direction.

Vehicle;styling verification;model design

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.030

U462

A

1671-7988(2019)10-84-03

U462

A

1671-7988(2019)10-84-03

楊琳，男，感知質(zhì)量開發(fā)主管，就職于上汽商用車技術(shù)中心前期整車集成部。