现代轿车设计概况

每一种产品的设计都有它的工作步骤,轿车作为高级耐用工业品,更不例外。一辆新型轿车从构思、设计、试验、定型到成批生产,耗费巨大的资金和时间。其中车身开发设计是主要部分,约占整车开发费用和时间的70%,按照传统方式约需5-6年,采用电子计算机辅助设计(CAD/CAM),现在从设计到样车仅需2年时间或者更短。

确定设计依据,首先要做广泛的市场调查,了解各层次消费者对汽车的需求,分析竞争对手,制定总体方案。根据总体方案制定车身边界参数和总布置方案。车身边界参数是指整车的的长、宽、高、轮距、轴距、最小转弯半径、车厢长、宽、高、驾驶座椅的可调整范围等。初步确定车身的基本技术数据及车内结构,决定总布置设计方案(如轿车是二厢或三厢)、驱动形式(如前置或后置发动机,前轮或后轮驱动)和配置高低。

开发设计的内容分为基型开发和批量开发两个阶段。通过基型开发确定新车方案及车身边界,目的是试图找出车身外型、总布置设计方案及空气动力学三者之间的最佳关系方案。为简便获得最佳关系方案,采取途径是先绘制相关草图,例如外形草图、内饰草图,在大量草图的基础上经筛选后再绘制出效果图,再根据效果图制作许多一定比例尺寸的外模型和内模型,例如有1:1(内模型)、1:2.5、1:4、1:5等等,其中1:2.5外模型要经风洞试验,择优选择其中一些模型再列出各个模型的设计方案,再试验,比较,再择优选择,从而寻找出最佳方案。有些厂家开发某种轿车的模型是采用装配式,即发动机舱盖、车身侧面部件可以分段更换,有多种组合,通过风洞试验选出最佳组合方案,可以减少小模型的数量及工作量。为了降低开发费用,初期开发阶段一般采用小比例模型,经过多次筛选定案,才制作1:1外模型。

风洞试验是模拟汽车道路行驶的试验,主要解决轿车行驶时的气流、通风、散热特性。通常需要在汽车或模型表面布置密密麻麻的压力传感器。为了布置这些传感器,技术人员得在汽车上钻上千个小孔固定传感器。目前世界上各大汽车公司的试验风洞大致分为两大类,一类可测试气流特性,另一类可测试气流及散热特性。第一类风洞中,样车或模型置于可旋转的园台上,四轮置放在4个特殊而精密的大天平上,可测量气动力特性,例如阻力、升力、侧向力等分量,车身表面各点气流压力及周围的气流场。第二类风洞中,有模拟自然条件的强光及温湿度控制,可进行样车及模型在各种速度变化下的温度测试。在现代风洞试验中,为了准确快捷,有的公司采用了新技术,例如福特汽车公司采用了一种“压力感应油漆”(PSP)涂抹在被测试车型上,当汽车涂上这种压力感应油漆后,工程师便可以在15分钟内对汽车的空气动力学性能进行一次全面的测试。

1:1外模型和内模型经过风洞试验,进行工程分析,再进行1:1外模型表面确认,经过几轮全尺寸模型的修改、试验,确定一个模型,进行车身总布置设计及工程分析,作为设计图纸及工装的原始依据,此时进入了批量开发阶段。工程分析包括采用有限元分析、模态分析、模拟台架试验分析、模拟碰撞安全分析等。其中有限元分析是近30年随电子计算机发展起来的一种有效工程计算法,它包含离散化、单元分析、整体分析等三步骤计算,无论是车身、梁架、壳体及各种零件的变形和强度都可以通过有限元分析,从而获得用传统计算方法难以得到的理想结果。经过工程分析及风洞试验,进入样车设计和试制阶段,包括样车的风洞试验、道路试验。然后进行零件图设计,在计算机系统上建立某一零部件的数字模型。最后进行生产线工装及设备制造,小批试制直至批量生产。

以上是轿车设计的基本概况。但汽车设计也有简繁之分,汽车制造企业一般按照技术的复杂程度分为三类。第一类是技术复杂程度最高的全新平台式开发,从发动机到底盘,从车身到电气都要全新开发,花费的时间与费用巨大。第二种以开发新车身为主,造型、结构及尺寸都会有变化,同时在发动机、底盘、电气方面做继承式改进。第三种是局部改型。即平台基本不动,只改变车身的前后部造型和内外饰件,或增加一些舒适性功能,配置新的动力总成(发动机及变速器)等,时间及费用最少。目前在世界上各大汽车企业,采用第一类设计方式的轿车一般会生产5~6年,但往往每一、两年会进行局部改型,在灯具、饰件、散热栅架上做些变化,然后冠以某某年款车型推向市场。

车汇通
2003年2月3日

参考文献:
1.吴亚良,《现代轿车车身设计》,上海科技出版社
2.《汽车百科全书》(上)
3.Bosch汽车工程手册

相关内容:现代汽车的造型设计