汽车产品数字化设计绪论课件.ppt

1、汽车产品数字化设计参考书目参考书目 现代设计方法在汽车设计中的应用 张国忠主编.东北大学出版社，2002 数字化设计制造技术概论杨平 廖宁波 丁建宁等编著.国防工业出版社，2005.10 数字化设计王玉新主编.机械工业出版社，2003 现代汽车设计概论朱利安 哈皮安-史密斯 主编；张金柱译.化学工业出版社，2006.8 车辆现代设计方法 冯国胜 杨绍普 著.科学出版社，2006 汽车数字化开发技术 吴光强 张曙 编著.机械工业出版社，2009.9第一章 绪 论第一节 汽车产品开发流程第二节 现代汽车设计方法第三节 汽车设计发展趋势第一节 汽车产品开发流程 以下为汽车设计制造全过程图片，大致包括

2、以下几个步骤，手绘初步设计，效果图，制作油泥模型，制作样车，风洞实验，模拟碰撞实验，路试，实车碰撞实验等。汽车设计制作全过程汽车设计制作全过程第一节 汽车产品开发流程第一节 汽车产品开发流程制作样车 第一节 汽车产品开发流程风洞实验风洞实验第一节 汽车产品开发流程第一节 汽车产品开发流程第一节 汽车产品开发流程第一节 汽车产品开发流程1.产品开发 包括产品形成过程中的构思、计划、结构设计、性能分析和试验以及组织管理等过程，即产品在投入正式生产以前的个阶段活动的总和。产品规划 产品开发 产品设计 产品试验第一节 汽车产品开发流程第一节 汽车产品开发流程2.数字化开发技术 数字化设计 数字化开发

3、数字化仿真 数字化制造第一节 汽车产品开发流程 数字化仿真技术是以产品的数字化模型为基础，以力学、材料学、运动学、动力学、流体力学、声学、电磁学等相关理论为依据，利用计算机对产品的未来性能进行模拟、评估、预测和优化的技术第一节 汽车产品开发流程 数字化制造技术以产品制造过程的规划、管理、控制为对象，以计算机作为直接或间接工具，以控制生产设备，实现产品制造和生产的技术的有机集合 数字化设计、数字化仿真和数字化制造技术分别关注产品生命周期的不同阶段。它们互相交叉、融合、集成，从而形成数字化开发集成技术几个概念对比1.产品数字化产品数字化 以零件数字化为例，就是包含体元类别代码特征、体元集合方式特征

4、、体元物理特征、体元制造特征、零件描述特征、零件装配特征、零件图纸特征等，要将这些数字化信息（如尺寸参数）和非数字化信息（如物理特征-钢等材料信息）特征通过数字化模型转化为数字信息(含数字、数字运算符号、逻辑运算符号)的过程，这就是产品数字化。2.数字化产品数字化产品 是经过数字化处理的产品，具备特征数字化（即体元特征、工艺特征、制造特征、关联特征与代码特征）的特点，通过信息技术可对其进行机构设计、优化设计、有限元分析及仿真设计、工艺过程与生产过程设计等。几个概念对比3.数字化设计数字化设计 数字化设计是以实现新产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，支持产品建模、分

5、析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机集合。几个概念对比 广义的数字化设计技术涵盖以下内容：广义的数字化设计技术涵盖以下内容：1）利用计算机进行产品的概念化设计、几何造型、虚拟装配、工程图生成及设计相关文档 2）利用计算机进行产品外形、结构、材质、颜色的优选及匹配，以满足顾客的个性化需求，实现最佳的产品设计效果 3）利用计算机分析产品公差、计算质量特性、计算体积和表面积、分析干涉现象等 4）利用计算机对产品进行有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学仿真等，以实现产品拓扑结构和性能特征的优化几个概念对比数字化设计与制造技术的特点数字化设计与制造技术的特点 1.计算机和网络技术是

6、数字化设计与制造技术的基础 2.计算机只是产品数字化设计制造的辅助工具 3.数字化设计与制造能有效地提高产品质量、缩短开发周期、降低生产成本 4.数字化设计与制造技术只涵盖产品生命周期的某些环节几个概念对比一、传统设计方法和现代设计方法一、传统设计方法和现代设计方法 传统的设计传统的设计方法方法是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。现代设计方法现代设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计方法和计算机设计为工具的系统设计。这种设计不但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的适

7、应性、经济性、可靠性统一起来，从而高效地设计出性能优良、经济效益显著的新型产品。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法 1、现代设计的概念现代设计的概念 现代设计是过去设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般、由具体到抽象、由感性到理性，逐步归纳、演绎、丰富、发展起来的。以现代主义的理念贯穿整个设计过程的设计活动简称现代设计。它是基于现代社会、现代生活的计划内容，受现代市场营销、一般心理学、人体工程学约束，具有高度应用性的设计活动。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法 现代设计不仅仅提供人类以良好的人机关系，提供舒适、安全、美观的工作环境和生活环境，提供人

8、类以方便的工具，同时，也是促进人类在现代社会中能够方便自然交流的重要活动。现代设计是一个不太准确的称谓，与其说是一个设计风格概念，还不如说是一个时间概念来得准确。应该说它是现代建筑、现代工业产品、现代平面设计的总称。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法 2、现代设计方法的基本内容现代设计方法的基本内容 由于设计方法还处于发展中并不断广义化，现代设计方法的内容难以确定，但目前已有很多比较成熟的方法。概括起来有：优化设计、有限元分析、可靠性分析设计、价值工程、设计专家系统、计算机辅助设计等。严格说来，CAD不能称为设计方法，它是利用各种设计方法及设计、制造信息在计算机上实现设计过程的一种

9、新技术，由于它给设计过程带来了一场新的革命，因此暂时列入现代设计方法中。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法设计方法学优化设计可靠性设计计算机辅助设计有限元法工业设计专家系统价值工程相似性设计动态设计人工智能模块化设计摩擦学设计反求工程第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法 3、现代设计方法的特点现代设计方法的特点 1）程序性程序性 现代设计方法研究设计的全过程，要求设计者从产品规划、方案设计、技术设计、总体设计、施工设计到试验、试制进行全面考虑，按步骤有计划的进行设计。2）创造性创造性 现代设计突出人的创造性，充分发挥设计者的创造性思维能力及集体智慧的创造方法，力求探寻更多

10、的突破性方案，开发创新产品。3）系统性系统性 系统整体最优，同时要考虑系统与外界的联系，即人、机、环境的大系统。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法4)优化性优化性 通过优化理论及技术，对技术系统进行方案优选，参数优化，结构优化，使系统整体最优，以获得功能全、性能优、成本低、式样新的产品。5)综合性综合性 现代设计方法是一门综合性的边缘性学科，突破了传统、经验、类比的设计。采用逻辑、理论、系统的设计方法。在系统工程、创造工程的基础上运用信息论、相似论、模糊论、可靠性、有限元、人机工程学及价值工程、预测学等理论；同时采用集合、矩阵、图论等数学工具和计算机，总结设计规律，提供多种解决设计

11、问题的途径。6)计算机化计算机化 CAD不仅在于计算和绘图，在信息储存、预测、评价决策、动态模拟，特别是人工智能方面，将发挥更大的作用。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法 1)功能满足原则保证产品功能是产品设计的首要原则。2)质量保障原则产品质量由性能和可靠性决定。性能指标、可靠性、强度原则、刚度原则、稳定性、抗磨损性、耐蚀性抗蠕变性、动态特性与平衡特性、热特性 3)工艺优良原则可制造型、可装配性、可测试性 4)经济合理原则要求产品具有较低的开发成本和使用费用 5)社会使用原则环境友好性、环境适应性、人机友好性、可维修性、安全性、可安装性、可拆卸性、可回收性第二节第二节 现代汽车设

12、计方法现代汽车设计方法4 现代设计原则现代设计原则 5、传统设计与现代设计的区别传统设计与现代设计的区别 传统设计是以经验设计为主，现代设计面向产品全生命周期传统设计是以经验设计为主，现代设计面向产品全生命周期最根本的区别是：现代设计是与大工业化生产和现代文明有着密切联系，与现代社会生活的密切联系。1）影响计划和构思的因素不同2）视觉传达的方式3）设计的最后应用问题上第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法二、主要的现代汽车设计方法二、主要的现代汽车设计方法 1.优化设计优化设计 优化设计方法在数学规划法的基础上，随着计算机的发展而发展起来，它适用于影响因素众多、计算技术复杂的多种设计方

13、案的选择。优化设计方法提供了一种选优的最佳路径，在路径中针对具体问题的计算方法可以是多种多样的。因而，有限元设计方法、可靠性设计方法以及冲通的设计方法都可以与优化设计方法很好的结合而发挥更大的作用。汽车设计中的影响因素是非常多的，而且可供选择的设计方案也为数众多，价值计算比价复杂，所以采用优化设计方法，可以将传统的设计内容、现代的设计方法和现代的设计手段较好的结合起来，最大限度的协调各种技术指标，是设计出的汽车尽可能满足出租多种角度考虑的设计要求。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法2.可靠性设计可靠性设计 可靠性设计方法随着汽车结构和使用条件日趋复杂化而在汽车设计中得以应用并推广。

14、与传统的安全系数设计方法相比，建立在大量统计数据基础上的可靠性设计方法有较大的不同。它以概率论和数理统计为理论依据，利用应力强度模型，对汽车零部件的寿命进行较精确的计算，从而在设计阶段就有了能合理的解决汽车零部件的强度与轻量化之间的矛盾。在零部件计算的基础上，可靠性设计方法还可将复杂系统模型化，既能进一步计算出汽车总成和整车的可靠性，又能将总成或整车的可靠性要求分解到各个零部件上。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法3.计算机辅助设计计算机辅助设计 计算机辅助设计方法充分发挥了人和计算机系统的优势，将计算机强大的计算、存储、绘图等功能与人的思维和逻辑判断结合起来，从而使产品的设计质量

15、提高，设计周期缩短，大大减轻人的脑力劳动和体力劳动，并能提高工程技术人员的创造性。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法 4.概念设计概念设计 概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清晰、由具体到抽象的不断进化的过程。概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法。概念设计是完整而全面的设计过程，它通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。如果说概念设计是一篇文章，那么设计概念则是这篇文章的主题思想。概念设计围绕设计概念而展开，设计概念则联系着概念设计的方方面面

16、。第二节第二节 现代汽车设计方法现代汽车设计方法 逆向工程、快速原型、绿色设计第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势 汽车发展趋势是汽车发展趋势是：外部设计：安全第一；内部结构：空间变大；仪表盘：日益智能化；发动机：功率更强大；未来汽车车型要酷：个性化的汽车。汽车设计方法的发展趋势汽车设计方法的发展趋势：运用多方面的基础理论、技术基础理论和专业知识以及许多当代技术而进行的一种交叉学科的现代化设计。单一的机械产品单一的机械产品机机-电电-仪一体化的产品仪一体化的产品 一、汽车机械发展趋势一、汽车机械发展趋势 1.设计趋势 2.先进的制造方法 3.材料进展 4.节能 5.动力系统 6.汽车

17、销售第第三三节节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势 二、汽车电器和电子发展趋势二、汽车电器和电子发展趋势 1.动力系统设计中应用的电子技术 1）发动机管理 2）电子驱动气门 3）电控柴油机 4）电子变速器控制第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势(一一)涡轮增压技术涡轮增压技术(二二)新型配气系统新型配气系统 1.丰田VVT-i 2.宝马VANOS 3.本田VTEC(三三)缸内汽油直喷缸内汽油直喷(四四)单体泵柴油喷射系统单体泵柴油喷射系统(五五)共轨柴油喷射系统共轨柴油喷射系统(六六)新型柴油微粒过滤系统新型柴油微粒过滤系统 2.安全系统的电子进展 1）气囊发展 2）避撞系统第第三三

18、节节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势三点式安全带预紧式安全带 预紧式安全带的特点是当汽车发生碰撞事故的一瞬间，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除了普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在0.1s左右加强对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。第第三三节节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势安全带束紧器 主动式安全带束紧器是指为了在安全气囊起动时使乘员处于适当的位置，根据刹车和防侧滑装置用传感器的信息而拉紧安全带的装置。从2002年上市

19、的2003年款S级奔驰开始，已在“PRE-SAFE”系统中采用。第第三三节节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势新型安全带系统中央扣环式四点式安全带中央扣环式四点式安全带 十字交叉式四点式安全带十字交叉式四点式安全带 第第三三节节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势汽车安全带汽车安全带护套 五点式安全带五点式安全带第第三三节节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势 汽车安全气囊 汽车安全气囊是在发生碰撞后，非常短的时间内，ECU发出点火指令，气体发生器起爆释放气体，气袋重启后冲破cover而形成一个袋体，使向前冲的乘员不至于撞到方向盘或者仪表板或者其他汽车零部件上。行人安全气囊第第三三节节 汽车设计发

20、展趋势汽车设计发展趋势 智能型安全气囊系统 新形状的安全气囊：SRS双腔气囊 防下冲安全气囊“SRS双腔气囊”打开时的样子“SRS双腔气囊”分散冲击力的示意图 第第三三节节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势3.底盘系统电子发展 1）防抱死制动系统的发展 2）全电子制动系统 3）电动转向系统第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势1)防抱死制动系统（ABS）ABS可以避免汽车在紧急制动时发生车轮抱死现象，并保持汽车的转向操纵性，属于汽车的主动安全系统。ABS电子控制单元ECU，通过轮速传感器提供的信息计算出各车轮的转速以及汽车的行驶速度；然后通过系统独特的算法程序运算后，输出控制指令。由于

21、ABS可以有效地避免车轮抱死，所以大大提高了汽车在制动工况下的转向操纵性能。第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势 由装在车轮旁的轮速感应器监测车轮的转速，监测信号汇集到汽车上的电子控制单元ECU，一旦监测到车轮快要抱死时，ECU会发出指令给电磁调节器，电磁调节器里的柱塞会依照指令移动，调节输入各个车轮到分泵的油量，起阀门的作用，以“一放一收”的收放形式来控制刹车，使车轮处于一种临界抱死的间歇滚动状态，避免车轮抱死现象发生，防止侧滑和跑偏。紧急制动时，根据车速电子控制每秒钟点刹1018次。第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势2)牵

22、引力控制系统（TCS）TCS是基于ABS基础之上的，并能有效的防止车轮打滑的主动安全系统。博世公司开发的TCS产品共有三个等级：（1）干预制动系统性TCS:可以有效的提高汽车的牵引性能。（2）干预发动机管理系统型TCS:可以有效地提高汽车的行车稳定性。该类型的TCS根据现时路况和工矿，实时的对发动机输出功率进行适当调整，从而提高汽车的行车稳定性。（3）干预制动系统和发动机管理系统型TCS:具有优良的综合性能优势，其牵引性能更强以及行车稳定性更好，其核心技术是制动系统和发动机管理系统集成于CAN。第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势3)ESC （1）ESC会在极端危险的情况下化险为夷

23、转向过度时，ESC会对前外侧车轮施加制动以修正摆尾，预防危险的发生。转向不足时，ESC会对后内侧车轮实施制动，以帮助达到所希望的方向。根据车速，系统可同时降低发动机转矩输出，以修正转向不足。躲避障碍时，避免发生碰撞或翻出路面。（2）ESC系统的构成及工作 ESC是一种闭环稳定控制系统，依赖于ABS和TCS系统，通过ECU电脑调节制动和牵引力。用转向角度传感器来测量转向角度和速率；弯道行驶时，侧向加速度传感器监测离心力；制动总泵压力传感器；轮速传感器输出轮速信号；电脑通过这些数据得到驾驶员的驾驶意图。通过比较，进行干涉。（3）ESC的发展 向上发展扩展着功能，向下则向大众化发展。第三节第三节 汽

24、车设计发展趋势汽车设计发展趋势4)EBD（EBV）电子制动力分配系统 依据车辆的重量和路面条件来控制制动过程，自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率，如发觉前后车轮有差异，而且差异程度必须被调整过，它就会调整汽车制动液压系统，使前、后轮的液压接近理想制动力的分布。EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的效用。第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势5)EBA（EBV或BA）电子辅助制动系统 紧急刹车时，根据脚踩制动踏板的动作程度和汽车行驶速度，通过电子控制的方法加大制动力度，起到辅助制动的作用。第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势6)ASR（TCS）驱动防滑系统（

25、带EDS电子差速锁）EDS电子差速锁通过ABS系统的传感器会自动探测到由于打滑而产生左右车轮转速不同时，EDS系统就会通过ABS系统对打滑一侧的车轮进行制动，从而使驱动力有效地作用到非打滑的车轮。ASR在控制过程中，利用电子控制的方法，通过控制节气门开度和点火提前角的方式来调节发动机的输出扭矩，从而调节对驱动车轮的驱动扭矩，所以ASR又称驱动防滑系统。整个ABS的性能还与轮胎结构、表面花纹、充气压力、车轮偏转角、行驶速度和路面状态等因素有关。因此，凡是安装了ABS或ABSASR装置的汽车，不可随意更换与原来不同型号的轮胎，以免引发控制偏差。第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势 7)E

26、SP（VSC、VDC、DSC）电控行驶平稳系统 由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令，确保行车安全。ABSASR系统成功地解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性，但它们只能被动地作出反应，而ESP系统则能够探测和分析并纠正驾驶的错误，防患于未然，成功地解决了汽车转向行驶时的方向稳定性，使汽车的安全性进一步得到提高。有研究表明，ESP系统能够使交通事故率降低50。当然，任何事物都有一个度

27、的范围，如果盲目开快车，任何安全装置都无法保证其安全。因此，严格遵守交通安全法规，养成良好的驾驶习惯，谨慎驾驶才是最重要的。第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势 4.车身系统的电子发展 1）安全性 2）舒适性 3）多路传输 4）电源发展 5）仪表显示技术 5.汽车信息和导航系统 1）导航系统 2）路径引导第三节第三节 汽车设计发展趋势汽车设计发展趋势汽车轮毂造型设计方法 随着家用轿车品种的增加，价格的下调，汽车正在成为当今中国老百姓的消费热点产品。对汽车的要求也开始从实用和认知向汽车的审美功能过渡。人们不仅要求汽车的性能优良，驾驶操作方便，还要求汽车外观符合自己的审美品味和身份要求。

28、车轮，是汽车的“鞋子”。具体来讲，“鞋底”是车轮胎，“鞋帮儿”则是轮毂。轮毂又叫轮圈，英文WHEEL。“脚无好鞋矮半截”，轮毂的美观程度对于汽车整车的形象有着很大的影响。现今的汽车轮毂设计是汽车造型设计中一个不可遗漏的重点，轮毂不仅要满足承重、通风（制动器散热）的需要，而且轮毂造型直接关系着汽车车身设计的品味和档次。因此，如何进行轮毂的造型设计，如何设计出有风格特色和审美情趣的轮毂成为轮毂制造厂和设计者们关心的问题。轮毂造型取材江户幕府当年所使用的家徽造型汽车轮毂造型设计方法 云龙嬉驾汽车轮毂造型设计方法 维多利亚的秘密 汽车轮毂造型设计方法 1典型标识符号引用 这款概念车在造型上，最容易引人

29、注意的，自然是Jikoo那独特的轮毂造型。在Jikoo的发展过程之中，在东京发迹的Nissan，曾参加了东京都对于江户幕府400周年的庆祝活动。在参与的过程之中，Nissan的人员深刻地体认到从江户幕府时代发展至今的各种具体及抽象的工艺与文化，让Nissan的设计师自然而然取材自江户幕府的各种文物，来做为这辆纪念车种的设计元素，同时用以表现出一脉相传的历史沿革。而这个令人觉得眼熟的轮毂造型，正是江户幕府当年所使用的家徽的造型，在外观上与江户的历史以及Nissan在东京成长茁壮的本地特色完整的表现出来。轮毂造型取材江户幕府当年所使用的家徽造型汽车轮毂造型设计方法 2东方（中国）传统图案引用 龙是

30、中国的象征，本款设计以龙为题材，突出轮毂的东方特色。同时，轮毂整体造型如三龙互嬉，又如祥云相随，寓意该车可以带给驾驶者平安快乐，吉祥如意！云龙嬉驾汽车轮毂造型设计方法 3极致魅力 由ASANTI制造的价值百万美元的锻造轮圈，被称为“维多利亚的秘密”-Victorias Secret bra，轮圈表面上面覆盖有12000颗钻石和800颗蓝宝石，加起来总共是1100克拉的宝石。它标志着轮毂奢侈消费时代的到来。维多利亚的秘密 汽车轮毂造型设计方法 当今汽车行业的全球化程度非常高，节奏也非常快，而您必定会想知道：如何在面对着不断下滑的价格时构思出新颖的全球产品概念呢？如何在产能普通过剩和不断爆发价格战

31、的情况下降低产品和制造成本呢？此外，汽车产品开发过程已变得更为复杂-需要跨各种设计专业、全球分布的设计团队和分散在各地的制造业务紧密地进行协作。您面对着在更短的时间内将技术更复杂、含有创新功能的汽车设计方案投放市场的要求。到哪里去找能维持优势的解决方案？PTC 的汽车业解决方案提供了帮助您应对这些挑战的产品开发系统(PDS)。我们的汽车设计软件工具允许在异构的环境中进行有效的汽车设计和开发，并能促进设计和零件的重复使用。利用我们的汽车设计软件和协作工具，能轻松地将分散在各地的设计团队和生产设施聚集起来，从而大幅减少了周期时间。此外，我们的动态发布工具能自动执行技术出版物的创建过程-降低了成本并缩短了发布时间。在削减成本的同时推动创新在削减成本的同时推动创新