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采访吴雨练和王宇之前,我还单纯地认为,汽车设计就是,从设计图上就可以直接变出一款车。通过实际跟这两位清华学子的沟通学习,才知道汽车设计仅步骤而言,就是个复杂的过程。
吴雨练就读清华大学美术学院工业设计研究生之前,已经在汽车企业的设计部历练过,参与过上海汽车商用车的设计,也获得过全国汽车设计比赛的认可,但是吴雨练对自己要求更高,所以在2011年考取了清华大学美术学院的研究生,开始更系统地学习工业设计。之所以这里用了工业设计而不是汽车设计,因为吴雨练告诉我:汽车设计只是工业设计的一部分,两者息息相关。
汽车设计,最先是调研和构思,要确定好主题,要为什么样的消费群体设计一款什么样的车;然后进入草图阶段,把车的大致轮廓勾画出来,设计者的设计理念在这里表达出来;然后要用电脑软件进行渲染,制作数字模型,根据更精准的数据再修改草图;接下来是建模、内饰设计;再接下来进入油泥模型的制作,一般是1:5模型,这部分一般由设计师亲自出马,可以对自己作品有更好的控制。吴雨练说,在学校,这些步骤后设计算基本完成,但是在真正的操作中,接下来还有很多的流程,市场调研、成本核算等等,然后样车还要经过风洞、碰撞、路面测试等各种过程,才会有可能成为市场中销售的车型。
吴雨练在帮我普及汽车设计知识的同时,带我在清华大学美术学院的汽车教室参观,这里俨然就是一个设计工作室,墙面上贴着各届学生的设计作品,学生的书桌更像我们平时的工作台,老师的办公室也在不远处,有什么问题随时问。几个学生正在一起讨论着什么,吴雨练告诉我说,他们的设计作品获了奖,正讨论用奖金趁暑假假期去欧洲学习呢。王宇就是本科生的一员,这么说又不太准确,因为他已经保送了清华的研究生。就这件高兴的事,王宇也是小纠结了一番,因为他同时也被泛亚汽车设计中心录取,权衡左右,王宇决定继续学习深造。
采访的时候,吴雨练和王宇的作品都入围了“创‘绘’未来起亚汽车设计大赛”,因为大赛要求设计作品加入中国元素,王宇从“荷花”找到灵感,“因为是为2020年设计的车型,所以用了很多大胆的假设。车身可以伸缩,因为停车位越来越紧张。还可以使用新能源,太阳能锂空气电池。同时,车主可以根据自己的需求改变汽车的色彩,软质感的材质价格低廉又便于更换”。这款为了个性新生代设计的汽车,有自己独特的想法,王宇还解释说:“汽车设计的作品,可以天马行空,但是也要考虑到技术的实施性,比如我想到了可伸缩的车身,就是因为现在的技术已经有这样的材质。现在很多厂家都在研究新能源的车型,也是因为很多技术已经到了可以实际使用的阶段。”对于这个说法,在车企已经有实战经验的吴雨练更是颇有感触,“我们设计的车,可能要5年10年以后才能面向市场,就要提前设想那时候消费者需要一个什么样的车。不仅如此,和汽车相关的一些技术,汽车材质等各个方面的发展,都影响汽车的设计。”
正因为此,学习汽车设计的同时,他们也在吸取各方面的知识,从车身结构、制造工艺要求、空气动力学、到人机工程学等等。泡图书馆,学校里有专给他们使用的信息平台,新技术、新科技实时掌握。当然和很多男孩子一样,吴雨练和王宇也爱运动。“如果参加比赛,或者有什么课题要做,时间就很紧张,也经常会熬夜。不过还是会抓紧时间参与各种活动,看看电影、话剧”,吴雨练晚上就约好了同学一起看话剧。“在清华学习汽车设计,机会很多,比如有和奔驰等品牌合作的设计项目。继续读研究生,也是希望能有出国交换学习的机会。”王宇从小就喜欢汽车,虽然并不是从小立志做汽车设计师,但是从小学画画,对汽车设计充满向往。所以现在学习起来也是充满乐趣。
随着科技不断发展,汽车设计逐渐引入虚拟设计。在电子虚拟装配设计下,建立仿真模型,能够直观的规划出汽车的实际装配流程,对汽车实际运行中可能出现的问题进行干涉检测。基于CATIA运动仿真在汽车设计中的运用,能够比较有效的对汽车的运动状态进行仿真,帮助汽车设备进行定位。为此,本文对CATIA运动仿真在汽车设计中的运用进行研究。
关键词:
CATIA运动仿真;汽车设计中;运用
科技信息技术的发展为汽车设计领域带来了福音,现代社会汽车设计与生产需要将虚拟技术应用到汽车制造与汽车设计中来。CATIA运动仿真在汽车设计中的运用,能够有效的缩短汽车零部件的开发时间,能够对汽车生产进行动态的零部件检测。在本文中以CATIA软件为例,对如何使用三维软件,进行汽车设计仿真、汽车运动控制等进行研究。
一、运动仿真与建模
1、运动仿真概述
运动仿真是针对运动机构建立其运动的数据空间模型,根据机构自身的运动规律,对机构进行数据状态读取与分析。在运动机构内部存在着很多功能较大的零部件,运动仿真能够分析零部件的运动速度、加速度、作用力、反作用力、力矩等参数,这些参数能够应用于实际机构故障检修与维护上。针对于汽车设计,运动仿真可以根据参数进行零件材料的调整。运用CATIA软件来实现汽车虚拟装配的设计,并对其运动进行仿真,使得汽车设计到配件生产的整个环节实现可视化。同时该种建模设计还能够对设计结果进行动、静态的干涉检测,提升设备可靠性。CATIA运动仿真对汽车系统进行优化,减少实际设计中的失误[1]。
2、运动仿真建模
汽车运动仿真模型的建立,需要在汽车装配模型建立之后进行。针对一个汽车系统来说有很多设计需要进行仿真,本文中仅对汽车总布置设计工作中的运动进行建模分析。在仿真建模的目的,主要是对汽车前轮的跳动、方向盘角度输入、以及传动轴的校验。第一,对汽车机构运行时的西部动作进行分析,掌握汽车的运动方式和约束条件。第二,前轮跳动。汽车设计的前轮跳动,需要通过上下摆臂之间的球销连接,来带动转向实现前轮跳动。第三,前轮转动。前轮转动实现,主要是依靠方向盘的角度转动,通过拉杆将力传动给方向机,方向机转动引起车轮转动。第四,前驱动轴运动。汽车的前驱动轴运动在前轮运动带动下实现,在花键轴套内进行循环往复的运动,第五,后传动轴运动。汽车的后传动轴发生运动,需要在后桥弹性元件的作用下来实现,对于后传动轴运动的仿真,可以根据其运动的轨迹来分析其运动规律。在实际汽车设计仿真环节中,可以根据实际情况建立不同的运动副。针对一个仿真模型需要具有多个运动副,才能够实现真实精确的仿真[2]。
二、CATIA运动仿真在汽车设计中的应用
1、汽车部件包络体生成
CATIA运动仿真在汽车设计中的应用,最为突出的特点就能够进行汽车机构部件运动的包络体确定。当是汽车运动设计的模型建立之后,在CATIA软件中的DUM模型中,能够容易获得汽车部件运动的包络体,该包络体实际上就是汽车部件所能够运动的最大的范围。当该最大范围生成之后,模型软件中能够分析汽车的前轮、前驱动轴、转向拉杆等的运动是否符合实际需求[3]。
2、数据模型检验
为了检测汽车前轮运动是否符合实际需求,需要在前轮建模环节中,根据实际需求向模型输入不同层别的方向盘转角,转角不同,所产生的左右轮转角度数则有着比较大的差别。对所测量出来的前轮数据,对左右轮的转角的进行检验。根据以下公式进行分析:LH01cotcot,0其中为汽车转向轮外轮在实际测量中输入的转角;1为汽车转向轮内轮在实际测量中输入的转角;H为汽车两个主销轴与地面交点之间的距离;L为汽车的实际轴距。在以上数据检验环节中,如果所得到的结果差异比较大,需要重新进行运动仿真,指导所测量的数据结果符合实际需求。
3、干涉检查
当汽车设计仿真模型建立之后,需要进行设计的干涉检查,汽车的干涉检查主要分为动态检查和静态检查。其中动态检车比较关键,当汽车设计仿真进入到CATIA的转配环境中时,需要系统建立汽车齿轮齿条之间的约束,同时需要将设计系统中的各个结构之间的相互位置关系进行确定。这样能够便于汽车空间布置与校验[4]。
4、车轮定位分析
汽车的车轮定位在检验汽车稳定性方面发挥着重要的作用,当汽车在进行转向时,其前轮作为转向轮,需要产生一定的回正力矩,因此其定位参数需要提前设置,能够有效的保障汽车行车稳定性。对汽车前轮定位参数的设置,其实际标准有两个,第一,静平衡状态下的车轮中心定位,车轮中心与车身的相对位置在静止时测量,其数据是否满足数据标准。第二,当车轮中心在仿真系统所设定的极限区域内,其车身进行上下跳动时,前轮定位参数产生一定的规律。正确的仿真模式能够针对这些变化参数,发现汽车机构中存在的问题,并对汽车进行检验与检修。在对于汽车车轮定位环节中,能够在仿真中分析出汽车前轮前束值随着汽车前轮向上跳动而出现减少。
结论:
综上所述,本文对运动仿真的概念进行介绍,分析其运动仿真的建模,并且研究CATIA运动仿真在汽车设计中的实际应用。针对于汽车设计,运动仿真可以根据参数进行零件材料的调整。运用CATIA软件来实现汽车虚拟装配的设计,并对其运动进行仿真,使得汽车设计到配件生产的整个环节实现可视化。
作者:陈炳桥 单位:哈尔滨广厦学院
参考文献
[1]刘斌,刘轶娅,韩亚平.CATIA运动仿真在汽车设计中的应用[J].上海汽车,2006,07:32-34+43.
[2]孔薇,晏双鹤,杨维新.CATIA虚拟装配及运动仿真在汽车加速踏板控制器设计中的应用[J].汽车与配件,2008,27:36-37.
关键词 汽车液压;减震器;设计
中图分类号:U463 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2013)13-0018-01
1 减震器的介绍
减震器是汽车悬挂系统中的重要组成部分,减震器用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡和吸收路面冲击的能量,以改善汽车行驶的平顺性。按产生阻尼的材料减震器可以分为液压式和充气式减震器,这两种都是定阻尼减震器,还有一种应用于高档汽车的可调阻尼减震器。目前国内外汽车普遍使用的是液压减震器,液压减震器可分为单筒液压减震器和双筒液压减震器,双筒液压减震器在压缩和伸张状态都有设定好的阻尼力,稳定性能较好,所以应用广泛。
2 双筒液压减震器工作原理
当汽车行驶过程中遇到颠簸时,车身与车轮之间会产生相对移动。在车身远离车轮时,活塞向下移动,导致下腔的油液由于压力升高经过流通阀而流入上腔。由于活塞杆的存在,上腔容积的增加小于下腔容积的减小,使得部分油液推开压缩阀进入储油缸筒。反之,当车身原理车轮是,下腔会产生真空,储油缸的油液推开补偿阀进入下腔。这些阀的节流作用对悬架启动会的阻尼作用。
3.2 相对阻尼系数和阻尼系数的确定
3.3 最大卸载力的计算
3.5 连杆长度的计算
3.6 活塞及阀系尺寸的计算
4 材料选择
缸体采用45钢,调质处理,外表面涂漆,内表面精度等级为5级;活塞以及活塞杆的材料为40Cr,调质处理,表面高频淬火;缸盖采用45号钢;表面阳极氧化处理浮动活塞采用45 号钢。
5 液压油的选择
液压油具有双重作用,一是左右传递能量的介质,二是作为剂运动零件的工作表面。在选择液压油时应满足以下几点要求:合适的粘度、粘温特性好,良好的性,化学稳定性和环境稳定性等。根据该减震器的设计要求选择L-HFC型号的液压油。
6 密封圈的选择
密封装置是用来防止液压系统油液的内外泄露以及外界灰尘的侵入,保证系统建立的所需的工作压力。密封装置的种类很多,按密封部位的运动情况可分为动密封和静密封两大类。常用的密封装置有:间隙密封、O形密封圈、唇形密封圈以及组合密封装置。在该减震器中选用O形密封圈。O形密封圈一般用耐油橡胶制成,截面为圆形。O形密封圈随着压力的增加能自动地提高密封性能,且在磨损后具有自动补偿能力。此外,O形密封圈结构简单、密封性好,成本低、高低压均可使用。
本文设计了捷达车款的减震器,经检测满足设计要去,值得推广。
参考文献
[1]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社,2006.
[2]齐晓杰,吴涛,安永东.汽车液压与气压传动[M].机械工业出版社,2005.
[3]周松鹤,徐烈恒.工程力学[M].机械工业出版社,2003.
乔说:“过去我们通过人眼观看二维草图,再通过耗时的传统方式将其直接转化为手工打造的铝合金车身,这些一次性的车身随后被扫描到计算机上,修改曲面用于加工,这种方式不能对汽车曲面快速生成实时渲染的图形,因而需要团队拥有高超的手工技能,很耗费时间,在制造过程中进行完善的空间也很有限。”
这其实是整个汽车业共同的难题。迈克(Mike Russell)是全球二维和三维设计、工程及娱乐软件开发商欧特克(Autodesk)的解决方案工程师,他提到,汽车业早期的设计流程是,先用手绘制一幅汽车草图,然后制作一个四分之一或二分之一大小的油泥模型,这时可以初步判断汽车的外观,再制作一比一的油泥模型,基本合适后,再测量整体数据进行结构设计。这本身就是一个大量占据时间和资金的过程。
随着技术的发展,软件开始介入到汽车设计师的工作中,比如利用二维设计软件进行绘图,但在三维可视化软件被广泛应用前,汽车业始终无法摆脱物理样车设计的“顽疾”:由于物理样车成本高昂,而且模型修改复杂度和难度很高,设计师很难获得多个样本并实时调整。同时,并非每款设计都会上市量产,这也会造成巨大的浪费。迈克说:“在传统的业务流程里,一开始可能提出100款设计,然后压缩到10款,最终压缩到4款实体样品。”
传统汽车设计流程还牵涉到工厂和工厂之间的协作难题。一款汽车并非所有的部件都由汽车厂家设计,比如灯具通常会委托灯具厂设计生产,汽车厂商会给车上留出“洞”,限定好尺寸,同时灯的造型还要符合整个车的造型,灯具厂即便设计出五到六款车灯也可能达不到汽车厂家的要求,拖长了整个项目周期和成本。
三维可视化软件为汽车厂家改造设计流程提供了可能。以工业造型设计软件Autodesk Alias Studiotools为例,它提供从早期的草图绘制、造型,一直到制作可供加工采用的最终模型各个阶段的设计。关键在于,软件能够为工程师提供一个可操控的三维空间以及照片级的渲染效果,而且随着技术的发展,操控和渲染的自由度不断提升。由此,一款汽车产品对外形、成本、结构的设计和修改就可以完全放在数字化环境中进行,草图-模型-修改的设计流程被颠覆:理论上,草图阶段完全可以设计出1000款产品,然后不断在数字化环境中预览、调整和优化,压缩数量,最终只生产出一款样机,同时,包括灯具这样的零部件设计也可以实现早期协同,使之更匹配整车的设计感。
设计流程的重塑对那些庞大的汽车企业至关重要。但对每年生产1000辆汽车,以手工定制为核心价值的摩根汽车意义到底有多大?乔说:“在我来到摩根后,我极力推广三维可视化软件在公司的应用。这使我们缩短了开发时间,可以快速生成多个概念,并且在昂贵的物理模型生成之前可视化——部门总监能直接根据实时渲染效果图签字批准设计,我们也可以在软件中生成栩栩如生的新车图像。”
事实上,利用三维软件实现汽车内部和外部的可视化并不是一个特别新鲜的话题,但随着软件本身的发展,以及其他技术的涌现,比如云计算,软件与汽车设计结合得愈来愈紧密。
欧特克公司提供了一组数据:在“云”中做单一的设计渲染比在实体设备上快3到5倍,建筑师甚至可以借助云技术把制作设计渲染的时间从90分钟缩短为12分钟;美国工业机械制造商Balzer Pacific利用云技术,把4项设计的分析时间从4天缩短到90分钟。简单地说,云计算让软件计算效率成倍提高。
效率成倍提高让软件和汽车设计中的一项应用具有了普及的可能性,这就是软件仿真。厂商可以通过软件仿真实现一些测试环境,比如数字化风洞,对车型的加热、空气流通、散热等方面进行仿真测试,甚至对引擎能效本身的情况也可以进行测试,从而优化和调整。
关键词:多功能,节能,一体化
1、汽车防晒罩的开发前景
随着我国经济的发展,人民生活水平的不断提高,轿车消费市场蓬勃兴起,逐渐成为新的消费亮点。据了解,由于停车设施不足带来的停车难问题,在我国大中城市日益严重,当前,我国私人汽车拥有量已突破1000万辆,而全国停车位缺口平均在60%以上。随着我国私人汽车拥有量的迅速增长,汽车数量的增长与停车位短缺的矛盾日益突出。有数据表明,国内城市每4.84辆机动车才有一个合法的停车位,有的城市平均每31辆车才配有一个停车位。国家发改委经济运行局副局长林玉龙说,停车难不但成为制约城市发展的主要因素,而且阻碍了我国汽车工业的快速发展,已经成为当前迫切需要解决的问题[2]。车位紧张、停车难的问题已经演变为一个社会话题,有人认为汽车的使用将是制约今后汽车发展的关键因素。
在地价如金的当今社会里,修建车库的代价众人知晓,其成本也是可想而知的。因此有很大一部分车辆只能露天停放,雨天经受风雨的浸淋,晴天则经受艳阳的暴晒,这种浸淋和暴晒无疑会使车辆的外壳加速老化。论文大全。在全球温室效应加剧的今天,经暴晒后的车厢内温度奇高,车厢内各种仪器和设施不仅会缩短正常的使用寿命,而且也会影响驾驶员进入车厢后启动车辆行驶,进入车厢犹如置身桑拿浴房。
如今很多车子都停靠在马路两边或停靠在树荫下面,或停靠在一些临时规划的露天停车场。停靠在树荫下面可以保持车内温度不至于过高。但停在树荫下面要注意防备樟树、松树等。这些树种会在高温时滴下树脂类物质,尤其夏季是树木汁液分泌的旺盛季节,如果滴落在车身上,那样就比较难清除,而且这类油性物质对车身的腐蚀性很强。假如能够给汽车加上一个防晒罩,那样就可以减少这些不必要的麻烦。
2、现阶段解决汽车防晒方法的分析
给汽车贴上防爆膜,是目前解决汽车防晒问题最简单最直接的办法,也是一种较常用的办法。它可以有效阻断太阳热量,进而减轻空调负荷,提高燃油效率,缓解引擎负荷,防止车内物品褪色老化,保护车主的皮肤免受有害紫外线的伤害,防眩光,以及在发生事故时有助于固定破损玻璃碎片等多种功能。
停车时给汽车安上遮光板,遮光板一面呈银色,体积小,材质轻,可折叠,用时打开像一道屏风,放在车内的前部或后部,可保护仪表盘同时也可以使座椅不那么烫人。
从目前解决汽车防晒的方法来看,无论是哪一种方法都只能起到局部的防晒和隔热功能,要想真正做到实质性的防晒和隔热,我们推出汽车防晒罩这类产品是比较理想的选择。
3、现阶段市场产品状况分析
汽车防晒罩是汽车发展到一定阶段,而出现的汽车附属类产品,这类产品主要是用于汽车的防辐射、防热以及防尘、防雨露霜雪,防意外刮伤等。汽车防晒罩的主要消费对象是私家车车主。
“U.S.A.STAR”电动式防盗汽车防晒罩的出现是美国为了解决80年代私人轿车的广泛普及与相配套的车库大量匮乏之间的矛盾而发明的。在西方,“U.S.A.STAR”电动式防盗汽车防晒罩被称作是“可随车携带的车库”。其缺点是罩上汽车防晒罩后汽车的尾部仍然露在外面,一方面热量会从尾部传到整个车身,大大减弱了其防晒隔热功能。
另外,目前市场上还有一些手动卷轴式只遮车体上半部分的汽车防晒罩,都有其共同的缺点。
4、汽车防晒罩的衍生设计——帐篷
在了解了目前市场上汽车防晒罩和户外帐篷之后,我将汽车防晒罩和户外帐篷设计融于一体。而提出汽车防晒罩与户外帐篷一体化的概念。将此多功能产品采用双层帐,目的是更好的结合帐篷的功能,同时也解决目前汽车防晒罩单层隔热性不好的主要缺点。在层与层之间加上通气软管,软管采用柔软材料,如同人体气管,其作用使整个汽车防晒罩的层与层之间产生相对的空间,更好的达到帐内气体的流通,致使车内温度大大降低,进而降低汽车室内温度。
在设计中,我们不能忽视该产品作为汽车防晒罩使用时的防盗问题,所以我设计一个名为防盗吸盘的附件,防盗吸盘既做到自身的防盗,又可防止汽车防晒罩被盗。论文大全。
经过设计预想,我总结了多功能汽车防晒罩的设计思路和大体方向,即简洁、美观、亲和、时尚、前卫的,同时也容易操作,容易折叠、展开和独具个性化。
在设计时,我提出了汽车防晒罩与户外帐篷一体化的概念,将汽车防晒罩和户外帐篷设计融于一体,使其更加节约材料,同时也满足汽车防晒罩功能的多样化。
这一点我们暂且称为形,应该说它是产品与人交流中最直接的因素之一,色彩是另一因素。它们属第一感性因素,同技术、结构、机能相比它们有着更大的可变可能,有着一定的自由度。
多功能汽车防晒罩的设计应该是有针对性的设计,比如针对每年销售情况而进行尺寸的配合设计,在设计时要严格参考汽车的基本尺寸。论文大全。
我认为将产品设计成隧道式的帐篷形式是比较合理的,一方面考虑到帐篷与汽车的外形的配合,另一方面隧道式的帐篷抗风性能较好。再者产品设计成隧道式加大了其作为帐篷使用时的空间,也更加符合人机工程学原理,即隧道式帐的有效躺卧空间在中间部位,这样,人卧在帐内不至于有压抑的感觉,同时帐篷两端可用来放置一些户外生活用品。内帐的设计尺寸是在外帐的基本尺寸上加以考虑的,既考虑了通风、透气性,也考虑了与外帐的结合操作。
为节约成本,我们可以在设计时把设计元素做模块化处理,做到一件多用,各件互用。这样做也会有效控制成本,增强产品的连续性和保持产品风格的相对稳定性。从而也实现不同型号汽车的互换。通过拉开块与块之间的拉链,对产品进行不同的组合。该产品模块化设计的意义还在于,当车罩上防晒罩时,我们通过拉开块与块之间的拉链,自由的、轻松的出入停着的汽车内,更清净、隐私地享受车内生活。
如果在技术、结构等隐性因素相差不多的情况下自己的产品想在大量同类产品中脱颖而出,要依靠在第一感性因素方面先做好文章,也就是做好设计开发阶段做好造型、色彩、材质等方面的工作了。当然技术方面的因素也是必须要跟上的,技术是一个产品的灵魂。如下图分别为外帐三视图和内帐三视图,两者完全结合就是一个户外帐篷使用,当内帐把底部和两则部分拆卸下来与外帐结合就作为汽车防晒罩使用。
多功能汽车防晒罩的设计满足了现代人特有的生活方式。多功能汽车防晒罩的设计同时也解决了私人汽车迅猛发展与车位紧张、停车难之间的矛盾,在车位紧张的时候,车主可以将车停在马路两旁或者是一些临时规划的停车场所,当然要把汽车防晒罩罩上。使车主不为爱车被晒心疼,这样能更好的保养汽车,使爱车寿命延长,也可以增加车主享受清爽舒适的驾驶愉悦。
汽车防晒罩与户外帐篷一体化设计,更大程度地节约了材料,让资源优化配置,在资源和能源紧缺的现代社会中更应该重视这点。利用有限的资源进行多功能的产品设计将是未来的发展趋势。
注释
参考文献
[1] 何人可.工业设计史(修订版)[M].北京理工大学出版社,2000.
[2] 陈鸿俊.现代设计史[M].中南大学出版社,2005.
[3] 张同.产品系统设计[M].上海人民美术出版社,2004.
[4] 吴国荣,杨明朗.产品造型设计[M].武汉理工大学出版社,2005.
关键词:汽车设计 美学 造型方法
中图分类号:TB47
文献标识码:A
文章编号:1007-3973(2012)007-116-02
在汽车工业120多年的历史中,汽车作为一种具有特殊意义的工业产品,每一个品牌往往具有使命感的造型语言,这些被赋于使命的语言往往要和整体的美学造型语言相统一。这种语言在美学准则中是相对稳定的。它的存在使每一个品牌的汽车的造型语言和元素成为了一种类似于遗传基因的内在物质,形成每一个品牌的可以传承的精髓。它也会随着时代的发展而变化,也会因客观条件的不同而产生差异。
汽车设计作为一个技术与艺术高度结合的集大成者,其造型必须是形式美与内容的完美结合,在体现形式美的同时,又必须透露出汽车的技术本质。科技感与流畅的线条并不冲突,在汽车设计上,这是一堆天生就共存的元素。
汽车设计中的美学准则,主要是研究汽车形式美感与人审美之间的关系。以美学的评判标准来阐述汽车造型美的发展规律,通过规律的发展来研究与发现人们对产品的审美理念。
1 汽车造型的比例与尺度
任何一辆汽车使我们最先感受到的是它的尺度和比例。汽车的比例与尺度很多时候是由车型,动力系统布置,悬挂等技术因素决定。但是如何在这个范畴内使汽车看起来最美,就必须运用美学的基础。造型设计中各个部分的大小,长短,高低与整体关系的比较关系,一般都不涉及具体数值,为了使细节与整体造型的统一,一般都是先规定比例元素,将其作为基本的衡量单位来计算其他部分的比例。
(1)黄金比的运用。黄金比是将一长度分为两部分,使其分割后的长度与原来线段之比等于分割后短段与长短之比。在汽车设计中,尤其是b级轿车都采用黄金比例法则进行设计,比如轴距和和总长的比例。
(2)均方根的应用。均方根比例中,√2,√3,√4这三个特征被广泛采用,因为这些比例关系更符合人们的视觉习惯。
(3)整数比例及整数比矩形。整数比例是以正方形为主要的比例基准,组成不同矩形的比例。这种比例具有明快,均称的美感,并且具有较好的工艺性。在汽车的造型设计中,高与长的比例一般为1:3。
2 汽车造型的对称与平衡
造型的对称是一个形象的完美复制,主要是指物体的两个局部的比例与形状都是完全对称的。对称这种手法是一种普遍存在的“形式美”。
汽车造型中稳定的感觉,往往是对称的造型带给我们的。
平衡,就是物体在空间中以合理的布局分布,以带给人平衡的感觉,它是对称进一步的发展形式。一般以三种形式表现:等形不等量(图1中a),不等量不等形(图1中b),不等形不等量(图1中c)。
平衡造型法会给人以内在的,有秩序的动态美感。相比对称手法更具趣味性。具有动中有静,静中有动,动静相宜的,生动活泼的艺术效果。交通工具的侧视效果往往是均衡的主要体现。也可以说这种均衡使得每一种车型根据自身不同的定位有了自己独特的语言,表达了设计者对于美的追求。
3 汽车造型的稳定与轻巧
造型物的上下造型面的轻重关系,反映出造物的稳定性。稳定的基本条件是,物体的重心须处在支撑面内。重心越低,越靠近支撑部的中心部位,其稳定性就越高。稳定性会对人的情感产生影响。稳定性高给人以稳重,可靠之感;稳定性低给人以不安定,压迫之感。在产品的造型设计中,有“实际稳定”和“视觉稳定”两个方面。
增加物体稳定的方法有降低重心,增大支承面。多用正三角形和梯形。颜色上多采用又下自上,颜色渐浅的方法。
轻巧也是指造型物上下之间的大小轻重关系,指的是在维持 “实际稳定”的前提下,使造型获得轻巧,灵动的美感。增加轻巧的方法有:提高重心的位置,缩小底面积,用网状或架空的造型方法,适当的多使用曲面,利用高明度颜色和轻巧材质以引起人们的心理联想。
4 汽车造型的统一与变化
统一指部分联合成整体,归于一致;在同一个物体中不同的要素趋向于安置在某一个要素之中。统一的作用是使形体变得有秩序感和安定感。例如在汽车的轮毂形式以及翼子板的切口等,一般都采用相同的形式,相同的形式感在侧视图中会比较整体,有条不紊。变化是指同一事物或环境中,要素与要素之间存在的差异性或在同一物体或环境中,相同要素以一种变化的方式所产生的一种视觉上的变化感。变化的作用是使形体有动感,可以避免让人感到呆板和沉闷,让形体更加生动。早在上世纪30年代,西方的汽车设计师,比如布加迪就在探索形体的变化所能带来的令人惊叹的变化力。
汽车设计中的统一造型,给人以酣畅的感觉,但是一味只追求统一而无变化,便会失去趣味,美感也无法持久。因为人们的精神是心理是追求视觉刺激的。而变化是刺激的原动力,但是变化应该是合理并且符合规律的。
5 汽车造型的协调与对比(见表1)
6 汽车造型的过渡与呼应
过渡是指造型物的两个不同形状或色彩之间采用一种既能联系两者,又能逐渐演变的形式,使之相互协调,达到造型统一的效果。汽车造型设计中,一般采用圆角或者棱线进行过渡,以增加造型的整体感与线形灵活多变的效果。
呼应是指造型物体的某一个空间坐标内,如上下﹑左右﹑前后,这样的形体相互联系和位置的相互呼应,使之在视觉上产生相互关联的统一感。
7 美学造型的静感与动感
动与静的矛盾在形式法则上是矛盾的统一。要求静中有动,动中求静,比如内饰的设计上,要求高速驾驶时,给人静的感觉,这样能使人乘坐时有宁稳﹑舒适的感觉,使驾驶者的注意力更为集中,并且有助于缓解疲劳。
关键词:汽车造型设计;集成产品开发;A面;美学法则
前言
设计者在汽车造型设计每个环节中可能出现忽视某些环节过程或不规范操作,使得设计过程不具完整性。以往设计过程可能缺乏实际案例支撑从而被人们理解不透彻或观点较为陈旧,本文结合以往实际例子讲述可能出现不科学的环节,以及采用新方法等规避与设计初衷相偏差,减少设计失误,从而提高设计整体可接受性及可观性。
1前期调研
前期调研是开发设计的必要条件和充分条件,没有前期的调查无法决定人群的需求和市场的供求量。产品规划前期对所要开发的车型都要有详尽的技术与相关多种因素的资料收集和分析[1],这样设计师对即将进行的造型构思和风格定位以及功能定位更容易把握以使得新造型尽可能被目标客户群接受。
2头脑风暴及手绘草图
通过对前期调研分析,可以根据调研与评价的结果针对性地进行初期的创意构思,这个阶段会有大量的草图出现。手绘草图对于设计师来说是能打开心灵的窗口、发现美、探索问题的必不可少的方式[2]。近几年随着各种绘画制图软件流行,草图被好些人认为可取代,草图阶段往往或多或少的被忽视。设计师采用拼接等方式在其它方案上修修补补,省去手绘草图阶段,呈现出一些“新”造型,看似速度快了很多。笔者认为,那样永远跳不出原来方案的束缚,丢失了捕捉瞬间灵感及激发创作激情的绝佳机会;违背创新创造的初衷。从各角度发散思考快速寻找合适造型体,及时记录瞬间灵感与美感。
3IPD法则与效果图
IPD是集成产品开发的简称,是一套产品开发的模式、理念与方法。基于市场的开发,是种跨部门、跨系统的协同方式[3]。在效果图阶段须秉承这一法则,否则设计的结果不是自我感觉良好不被大众所接受或就是产品缺陷较多、开发效率低,应该设计时让市场、技术、生产、采购、销售等部门共同参与进来。在方案讨论选择的同时,更多的是对各种曾经出现的问题和潜在问题加以分析规避,各部门各学科专业共同参与商讨,高效及时解决问题选择最符合的方案同时加以优化。效果图方案的选择应该不能为了结果选择而选择,更应该突出发现问题,准确高效地解决可能出现的各种问题。例如生产部门结合以往加工制造出现的问题,对新方案整体评估提出优化建议等,可避免后续产生问题不必要的重复修改。
4油泥模型验证
现代油泥模型加工方式的出现,使得原来油泥模型制作时间大大缩短,三维洗削使得油泥模型成本有所降低,此阶段是对CAS造型数据的空间整体验证修整。在一些设计过程中此阶段同样存在被忽视省略或过于走形式化。设计出来的东西确少实物空间验证过程,往往出现以下问题:(1)实际造型效果低于数据及图片效果。视角及感受方式的不同,多跨度空间实物模型与电脑三维效果往往出现一些偏差,甚至视觉上出现细微扭曲变形[4]。(2)油泥模型曲面验证时出现干瘪平等现象,甚至是视觉上的塌陷感,使得造型失去饱满感,尤其出现在翼子板、保险杆等处。解决办法是根据实际情况制作1:1或者稍微缩小比例模型。对于存在形态偏差,可适当调整尺寸比例及型面对比关系;对视觉干瘪塌陷,应将曲面形体变化处适当加大曲率,即增加凸凹感。在数字模型里修改时体现的是提面与压面,将对应面曲率适当提高。图2中油泥模型的翼子板后侧出现视觉平瘪感、缺乏饱满美感,但在三维数据模型中不易发现,因此,将油泥模型此处与门板面衔接处继续刮修下压,直到此型面呈现凸感。最后根据扫描点云对数字模型进一步调整曲率。
5数字模型达到A面要求
A面又称A级曲面,是值具备很高质量的曲面,所谓曲面的质量在视觉上的直观表达就是非常光顺、没有褶皱和无理由的不连续[5]。对于A面须达到以下标准:G0≤0.001-0.005G1≤0.05º-0.1ºG2≤0.1-0.3对于内饰表面A面的要求亦可围绕上述标准稍作调整。在制作数字模型阶段,须避免用类似CAS面代替A面。往往一些设计中A面数字模型一些特征面及倒角面采用非A面标准面片,此类A面往往会比较难调节构建,会花费较多时间调整,若被非A面面片代替大致看不出来两者差异。但经过分析检查之后,往往G2数值明显存在较大偏差,曲面达不到相应要求,若加工出来会出现细微折痕或曲面光顺性较差。例如图3中凸起造型拼接面检查G2数值较大,可以看出应该不符合A面要求,若采用图4精细斑马线检查分析放大就可以看出出现断线、不连贯,固不能达到理想光顺要求。
6造型设计符合美学法则
6.1造型尽可能满足黄金比例和黄金矩形
黄金分割率和黄金矩形能够给画面带来美感,令人愉悦。在很多艺术品以及大自然中都能找到它。希腊雅典的巴特农神庙就是一个很好的例子,达•芬奇的《维特鲁威人》符合黄金矩形。《蒙娜丽莎》中蒙娜丽莎的脸也符合黄金矩形,《最后的晚餐》同样也应用了该比例布局。例如客车前围风挡玻璃及止口下立面(整体黑色区域)在前围整体比例应该符合黄金比例,那样视觉效果最佳。
6.2造型满足变化规律性
形体结构的变化具有类似重复变化规律性,呈现出一定的韵律感。不可杂乱无章,所心所欲。
6.3造型满足统一协调性与对比差异性
在设计中,根据具体型面将各种形式因素基本上保持同一格调、同一基色,没有明显的差异同时又有对比变化,使得更加生动。例如,汽车车身整体造型语言协调统一,或者柔美或者刚硬,同时,在前脸等处正负空间法交错营造形体变化,凸面与凹面、粗面与纤细面等就是一种对比变化。
7结论
本文以实际多个汽车车型种类项目出发,结合造型设计过程中存在的问题点,总结从造型设计初期到后期各个阶段论述应注意的问题及设计理念方法。秉承“旧”方法精髓,采用新理念思维,愿能起到抛砖引玉的效果,给实际设计开发工作带来指导意义。
参考文献
[1]胡伟峰,赵江洪.用户期望意象驱动的汽车造型基因进化[J].机械工程学报,2011,47(16):176-181.
[2]王子健.从视觉思维角度浅析手绘草图在产品造型设计中的作用[J].艺术科技,2014,(4):425.
[3]朱瑞萍.IPD——一种集成的产品开发模式[J].市场研究,2003,(12):41-42.
[4]石云爱.浅谈车身油泥模型制作中要注意的几个问题[J].汽车技术,1996(6):54-55.
[5]崔士斌.基于ClassA曲面标准的造型评价体系[J].汽车工程师.2009(03):39-41.
关键词:开闭件设计;车身;性能与质量
中图分类号: F407 文献标识码: A
开闭件是车身中工艺较复杂的部件,他涉及到零件冲压、包边焊接、零部件装配、总成组装等工序;开闭件也是车身上安装附件最多的总成,对尺寸配合和工艺技术都要求严格。开闭件是车身的关键运动件,其灵活性、坚固性、密封性等方面的缺点易暴露,对汽车产品的使用质量有严重的影响。因此对于开闭件的设计也提出了许多的要求。
1. 开闭件的外表面不应有负角,除了包边和局部整形外,理论上车门内外板、前机舱盖和后行李箱盖必须有良好的冲压工艺性,可以一次拉延成形,以便降低模具投入成本,提高生产速度。冲压成型的工序越少,从而生产的效率也就会提高,从尔整个生产成本也就降了下来。
2. 开闭件边缘要光顺,与其他制件间隙要均匀,既要达到美观的目的,又必须实现开启和关闭的目的。在开闭的过程中不会与其他的制件有干涉。
3. 前机舱盖和后行李箱盖的内外板同外板的连接方式除了周圈的包边外,为了增加大面积覆盖件的刚度和强度,消除板件的震动噪音,内板和外板间还分布有涂胶点。涂胶处还需设计有盛胶槽;此外,内板设计时需设计有压溃筋,内外板包边时还需涂有包边胶,主要用于提高机盖和后行李箱盖的刚度和强度,降低噪音。
4. 前机舱盖、后行李箱盖在开启状态的最小高度应满足国家标准,将发动机罩、后行李箱盖开到预定的角度(一般在90度左右),前后舱盖不能与前后风挡接触,并且最小间隙不能小于10mm,后背门的开启角度一般在70度到90度之间,或者以开启后最低点距地面的高度为1800-2000mm作为标准。
5. 前舱盖与前舱横梁之间,车门及后背门(后行李箱盖)与侧围之间除了设计有起缓冲和密封作用的密封条外,还需设有对称的一组或两组橡胶缓冲结构,我们称它为减震块,用已减少开闭时引起的震动。开闭件都为运动件,因此在开关时都应留有缓冲行程,加有缓冲块,并且与相邻件的间隙一般保持在5-8mm的距离。
6. 由于发动机罩和后行李箱(后背门)的关闭状态和最大开度的关系,因此还需设计有撑杆、气弹簧、铰链等起支撑和开启作用的制件。
7. 由于前舱盖、后行李箱盖(后背门)只是单纯的旋转运动,而且没有过程限位,因此之是校核在运动过程中不与周围部件干涉,另外校核下气弹簧的开启行程即可,而前后车门存在三个限位,因此还存在铰链和车门限位器的复合校核。
8.滚压型的窗框是等截面的,与内板一般是用二氧化碳保护焊焊接。
9. 带有后背门的轿车,为了避免后背门在开启的时候后顶盖后侧干涉,因此顶盖的后面会有一个负角。
10.由于车门内板上为了玻璃升降器及锁的装配,都留有工艺孔,为了防止雨水通过这些工艺孔流入车内,在车门内板和车门内护面之间都设计有一层防水膜,通过丁腈胶带与车门内板粘接到一起。
11.为了避免电泳液和雨水的沉积,还需设计有漏液孔,漏液孔的位置要设计在装配位置下的最低点,以便于水的流出。孔的大小和数量要根据时间和排水量来确定。如果漏液孔设计不合理,会造成液体流不出,出现反酸现象。
12. 开闭件的内外板之间在连接时为了保证表面的质量,不能使用焊接,一般采用包边连接。包边分为两种形式:直接包边和球头包边。包边一般为7-12mm,外板的倒角一般为2mm,内板到外板倒角处留有2mm的间隙,在拐角处必须设计有工艺缺口,包边3-5mm,切口角度大于135度。对于外边面曲率变化较大处(如车门的四个角),为防止包边时局部堆料,需要减小包边量,但最小不能小于2mm。
关键词:LNG汽车加气站;撬装式加气站;工艺流程
中图分类号:S611文献标识码: A
引言
天然气是有别于传统燃料的一种新型清洁能源,当被用作为燃料时,能够大量减少污染气体的排放,净化城市空气。在汽车运输中,天然气具有不可替代的优势。LNG汽车是指将液化的天然气储存在车用瓶内供以动力来源的汽车,车用瓶的标准为温度112K,压力0.1MPa。为了更好地推广LNG汽车,首先要建立液化天然气汽车的加气站,并在重要的运输线上配备专门的加气站,做完这些工作之后,应该在运输主线路和各支线路上配备加气站,最后完成LNG汽车加气站的网络化构建。
一、建站方式
(一)、站房式设计
这种建站方式占地面积大,土地费用高,设备与基础相连,施工周期长,加气站的土建施工、设备安装费用高。
(二)、撬装式加气站
橇装式LNG汽车加气站将汽车加气站的储存装置、加注装置以及控制系统都集中到一个橇装式集成系统。这种建站方式,占地面积小,成本低的土地,绝大多数的集成一个或多个橇块上,建设周期短,土建施工,设备安装费用灌装站建站的总成本低和易于成本回收,这种建站方式适合初期LNG加气站。所以相比于站房式的加气站,撬装式的加气站得到广泛的应用。
1.橇装式LNG汽车加气站防雷技术
橇装式LNG汽车加气站作为新型加气站的一种,其一旦发生雷击并引发火灾或爆炸将造成不可估量的损失,因此橇装式LNG汽车加气站的防雷安全十分重要。
1.1防直击雷系统
1.1.1接闪器
LNG低温储罐及卸车加注橇体集中设置在橇装平台上。低温储罐一般位于钢质罩棚内,储罐与罩棚之间距离较远,卸车加注橇于彩钢棚下。钢质罩棚以及彩钢棚厚度不应小于BVV。若其厚度达不到要求,则应另外加装接闪装置。罩棚和彩钢棚应与其支撑钢架做可靠电气连接。若罩棚与彩钢棚存在一定的间隙,为均衡电压,则将罩棚与彩钢棚支撑钢架在两边缘处采用A&VV。的软铜带进行等电位连接。
1.1.2引下线
引下线是将雷电流从接闪器传导至接地装置的重要泄流渠道,应在橇装平台转角处设置引下线,分别将钢质防晒罩棚和金属彩钢棚架与环形接地装置连接;应在综合值班区外侧两端设置引下线将接地装置和接闪器连接,引下线间距沿周长计算小于25m,每根引下线在其距地面2.7m以下用耐绝缘层隔离,或采用3mm厚的交联聚乙烯层隔离。引下线3m范围应内敷设5cm厚沥青层,以防接触电压和跨步电压。综合值班区引下线应在距地面0.3-1.8m处装设断接卡;泵橇储罐区引下线应设断接卡,上端与钢质防晒罩棚和金属彩钢棚架焊接,下端与引下线焊接。
1.2防闪电感应如橇装式
LNG汽车加气站未采取防闪电感应措施,一旦其附近甚至本站遭受雷击,将在其金属部件上产生闪电静电感应和闪电电磁感应从而使金属部件之间产生火花放电。由此,泵橇储罐区应采取防闪电感应措施。应将低温储罐转角处用16mm2的软铜带与其基础钢座相连,基础钢座左右两侧通过2根25mm×4mm的镀锌扁钢用最短途径连入泵橇储罐区环形接地装置。卸车加注橇体外加装钢护栏,将钢护栏当做等电位连接带使用,将金属设备、管道、构架、电缆金属外皮等正常非带电金属物可靠电气连接到钢护栏上。钢护栏左右两侧通过2根25mm×4mm的镀锌扁钢用最短途径接入泵橇储罐区接地装置。平行敷设净距小于100mm以及交叉净距小于100mm的管道、电缆金属外皮等长金属物采用金属线进行跨接,少于5根螺栓的法兰盘通过金属线进行跨接。
二、LNG汽车加气站的工艺流程
液化天然气由LNG低温槽车来运输,在卸车台处利用低温泵将槽车中的LNG卸至LNG储罐中,加气时通过低温泵,将LNG储罐中的液化天然气达到饱和压力0.45~0.80MPa,再通过加气机加入汽车的车载气瓶里。在正常待机状态下,泵池的液相与储罐的液相空间相通,但泵池的气相和储罐的气相不相通,即紧急切断阀关闭,加液机的加液紧急切断阀关闭,加液机循环紧急切断阀打开,与储罐的气相空间相通,其余回路(泵的供液回路、卸车回路)处于关闭状态。
(一)、卸车流程
卸车流程包括泵卸车和手动卸车两种方式。
1.泵卸车方式
1.1连接槽车出液口和气相口,打开管路阀门,通过槽车上的管道放空阀,将卸车软管中的空气进行吹扫置换。关闭放空阀后,卸车软管压力与储罐压力相同,对卸车软管接口进行检漏,无泄漏后,打开槽车出液阀和气相阀。
1.2通过控制盘将系统调到“卸车模式”或在柜门上手动开关选择拨到“自动卸车”档,系统自动打开压力平衡流程,储罐、槽车和低温泵压力相互平衡。
1.3当储罐压力降到设定压力时,控制系统启动泵的预冷流程,槽车中的LNG通过卸车软管流入到泵池,对潜液泵进行预冷。
1.4按下启动按钮,等泵的预冷温度达到要求后,泵自动启动对储罐进行上充液(上下进液可以手动切换)。
1.5在上充液过程中,由于过冷液体对储罐内气体的冷却作用,储罐内压力会逐步降低。
1.6储罐液位达到90%时,系统自动停机并发出报警提示。关闭进液管路阀门及槽车上的出液阀和气相阀,打开槽车上的管道放空阀,对卸车软管进行泄压后,卸下卸车软管。
泵卸车方式示意图
2.手动卸车方式
2.1连接槽车出液口、气相口,打开进液管路阀门,通过槽车上的管道放空阀,将卸车软管中的空气进行吹扫置换。关闭放空阀后,卸车软管压力与储罐压力相同,对卸车软管接口进行检漏,无泄漏后关闭阀门。
2.2打开储罐出液阀、增压器输入阀和增压器输出阀,给槽车增压,当槽车压力达到0.6MPa以上时,打开出液阀门,槽车中的液体进入储罐底部。
(二)、调压流程
1.自增压调压流程
LNG液体由LNG储罐的出液口直接进入增压气化器气化,气化后的气体经LNG储罐的气相管返回LNG储罐的气相空间,为LNG储罐调压。采用这种调压方式时,增压气化器的入口压力为LNG储罐未调压前的气相压力与罐内液体所产生的液柱静压力(容积为30m3的储罐充满时约为0.01MPa)之和,出口压力为LNG储罐的气相压力(约0.6MPa),所以自增压调压流程调压速度慢、压力低。如下图所示:
自增压调压流程示意图
2.潜液泵调压流程
LNG液体气经LNG储罐的气相管返回到LNG储罐的气相空间,为LNG储罐调压。采用潜液泵为储罐调压时,增压气化器入口压力为潜液泵的出口压力,美国某公司的TC34型潜液泵最大出口压力为2.2MPa,一般将出口压力设置为1.2MPa,增压气化器的出口压力为储罐气相压力,约为0.6MPa。增压气化器的入口压力远高于其出口压力,所以使用潜液泵调压速度快、调压时间短、压力高。如下图所示:
潜液泵调压流程示意图
(三)、泄压流程设计
卸压设计流程中,对储罐进行加压的过程中会出现液化天然气不断挥发的情况,如果这些提起不被及时排出的话,储罐的压力就会不断增大,超过极限承载能力之后,阀门就会自动打开,气体外泄。所以为了保证加气站的安全,必须对储罐进行泄压处理。
结束语
由于LNG是一种清洁无污染的新能源,随着国家政府对天然气运用的大力支持,越来越多的交通运输车将配置天然气燃料汽车,而LNG加气站是主要服务站的一种方式,液化天然气的广泛运用势必带动LNG加气站,因此在未来LNG加气站有着不可估量的前景。
参考文献:
[1]齐兴健,夏怡,何沛.分析汽车加油加气站设计的重点[J].中国石油和化工标准与质量,2014,04:234-235.