汽车设 计开发图例.docx

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汽车设计开发图例

汽车设计过程

设计草图和效果图，表现造型的构思，

车身效果图

　车型整体风格设计

车型整体风格设计。

车型整体风格设计

模块化组合的车身设计，能自由的变换成各种车型，例如SUV，皮卡等等。

关于车厢模块的设计。

车型整体风格设计。

车厢模块三视图

满足最基本功能的车型

　车外形，其中图2车尾部的屏幕是一个多功能交流屏，在驾驶时可以向后面的车辆传递信息，例如刹车过猛时可以向后车道歉；在平时停车时可以播放一些个人的广告，例如转让二手商品等，当然它也可以作为娱乐工具。

车厢模块的深入设计

尺寸和详细侧面图

车厢模块化设计带来的另外的好处，可以将个人的交通工具和城际间的公共交通工具结合，实现最为方便畅通自由的全新交通方式

汽车设计过程

一、方案介绍和评审：

由汽车造型设计师提出其设计的草图或效果图，公司BOSS成员、有关技术专家、销售代表、市场调查人员进行评审设计方案

二、油泥模型的制作与测量：

当方案确定后，由造型师制作1：

5、1；10或1：

20的油泥模型。

1、油泥模型的材料主要是：

1）、工业粘土（滑石粉）60％，柔性粘结剂（油脂即黄油）30％，固性粘结剂（石蜡或凡士林）10％。

2）蜡9％～10％，硫磺50％～55％，灰9％～10％，油脂（黄油）20％～25％，树脂、颜料少许。

3）是建筑用油泥，成分为粘土和桐油等。

龙骨即为条形木，用于制作胎架及底架，承受各种载荷和安装车轴。

对于不同比例的油泥

模型，龙骨的截面尺寸可以不同。

选用泡沫做胎基是因为它具有质轻、胎架的制作及成型方便等优点。

2、制作步骤

第一步：

骨架制作

用细的刚性材料制成整体骨架，组成有：

前后桥、大梁、支柱和骨架侧面；

第二步：

填充

模型骨架制作好以后，将聚本乙烯泡沫镶帖在骨架上，然后在涂敷油泥；

第三步：

敷油泥

将配制好的油泥涂敷在骨架上，10mm厚，等油泥全部敷上以后，再进行雕塑；

第四步：

油泥模型的粗雕刻完成后，由三坐标测量机进行测量，检查其主要尺寸。

三、粗刮：

检查完油泥基本尺寸后，如果没有大的误差，就可以进行粗刮，工具为刮铲、刻刀等

四、中刮：

五、精刮：

对油泥模型进行精加工

六、最终油泥模型：

（尺寸符合要求的）

七、打磨抛光：

八、涂漆中：

八、涂漆后：

这就是一个完全制作好了的油泥模型，所以这样一个模型就可以再一次进行评审；如果方案通过后就可以按1：

1的比例制作全车油泥模型。

制作程序与上述过程一样，但在制作之前，需对小比例模型进行三坐标测量，或进行激光三维扫描。

值得注意的是，此时的油泥模型其车轮往往使用真实的车轮。

同时在外表面，按X、Y、Z三个方向建立三维坐标系，并按100mm的间隔打上三维坐标线，为后续的测量、扫描和采集车身数据提供基础。

全车身油泥模型

九、油泥模型的测量：

随着CAD/CAM技术的广泛应用，数控三维坐标测量机的普遍应用便成为必然趋势。

目前不仅在国外，而且国内各主要汽车制造厂都已广泛使用了数控测量技术，尤其在车身的设计和制造过程中应用更加普遍。

三维坐标测量机简介

三维坐标测量机是大型水平臂CNC数控测量机，它是融光学、机械电子技术和计算机技术等为一体的高精度、高效率、万能性的精密测量设备。

它可通过控制系统和计算机及其相应软件联接，对被测量件的坐标进行测量和分析，适合于模型、模具及产品的测绘，尤其在汽车工业中应用更加广泛，例如可对车身外表曲线进行测绘，以及与车身CAD系统联接。

 三维坐标测量机测量范围为：

X向6000mm，（最大可达到12000mm）Y向1500mm，Z向2000mm；测量不确定度为：

X向0.04+L/40000mm，Y向0.03+L/15000mm，Z向0.03+L/15000mm（其中L为测量长度）。

测量准备工作及精度保证

做好测量前的准备工作是圆满完成测量任务和保证测量精度的前提条件。

测量的准备工作主要包括：

A）对被测量物体的测量前准备；

B）对实验室的测量前准备；

C）对测量机的测量前准备。

  对被测量物体的测量前准备主要是熟悉设计图纸，拟定测量方案，确定测量具体对象即需要测量的要素，对被测量物体的温度控制，被测量物体的安放等。

控制被测量物体的温度在允许的范围内是为了保证测量的精度，因此必须在测量前预先将被测量物体移至测量实验室，以维持允许的恒温；对被测量物体的安放要遵循“阿贝测长原则（即串联原则）”，也是为了保证测量精度。

对实验室的测量前准备主要包括对温度、湿度的控制和对电源、气源的检查。

实验室的温度是影响测量精度的最主要的外部因素，故而应按照“CMMA”标准控制实验室温度和湿度。

对测量机的测量前准备主要包括：

对测量机导轨的清洗，选择合适的测头及测杆附件进行安装，对测头进行校验。

安装测头时要注意按下紧急停键，轻拿轻放，用力适当，安装完备后需要运行以检测测头的保护功能是否正常；测头理论上是标准的，但实际是有误差的，因此为了保证精度而对测头进行“三维不确定度”校验是必须的。

校验方法是用测量规对标准球进行测量进行的。

测量步骤

用三维坐标测量客车油泥模型的步骤如下：

（1）接通电源，打开UPS电源开关。

（2）打开计算机，启动WINDOWS平台运行测量软件。

（3）建立工件坐标系：

建立工件坐标系的方法很多，在对汽车（模型）进行测量时，通常是按照GB1449—84关于车身坐标系的规定将工件坐标系定义到车身（模型）上。

例如对某客车油泥模型的坐标系建立为：

图3模型坐标系构造示意图

先确定一个面PL1，一条线LI1，一个点PO1；将LI1投影于PL1上是LI2；将PO1投影于PL1得PO2。

以PL1的法矢为Z向轴，即PL1为XY平面，LI2为X轴，移动PO2到前轮中心为原点。

这样建立坐标系就是模型的坐标系如图3所示。

（4）建立新项目，调用测头及工件坐标系文件。

（5）利用操作盒进行“自学习测量过程，以后便可以编写需要的程序自动进行重复测量。

（6）运行程序，打印结果。

 （7）关机及整理工作：

将测量机退回原位，按顺序关闭测量机及有关电源，清理现场。

测量结果处理及分析

用三坐标测量机对客车油泥模型的测量形成数据文件，其中存放着造型的数值信息，为以后的计算机辅助设计提供初始数据。

将该数据读入CAD中加工处理后，便可以与原来的设计理论值进行比较，以评判优劣，或者对模型进行修改，或者对原有的设计进行完善。

鉴于微机CAD的广泛普及和C语言的强大功能，我们编写了CAD接口软件。

该接口软件是ADS程序，而编写ADS程序需遵循一定的规则。

用户则应着眼于外部函数的实现过程，然后在Main（）函数中加入指向外部函数的函数指针，当一接到AutoLISP请求执行外部函数，则程序转入dofunc（）模块执行外部函数。

 数据被成功读入CAD并生成事先指定的视图后，就可以利用CAD本身的各种功能，如B样条、平移、旋转等。

我们编写的接口软件外部函数部分主要解决了数据的读入与视图生成。

其结构流程如图4所示。

由CAD接口软件可以处理及分析设计值与理论值之间的差别以便使设计更优化。

例如对某客车缩比油泥模型的某剖面曲线测量结果误差分析如图5所示

图4数据处理流程

——测量曲线……原设计曲线

图5测量曲线与原设计曲线的比较

（差值放大5倍）

激光追蹤量測儀的應用

逆向工程及大型物體曲面模型建構

近幾年來，雷射干涉儀（laserinterferometer）在業界已被廣泛的用來當做高精度距離與角度的量測工具。

雷射追蹤量測儀（圖一）正是一部整合單光束雷射干涉儀、精密角度計量器（encoder）以及伺服追蹤系統的精密光電座標量測儀器，它可用來測量及追蹤三度空間運動物體的軌跡座標。

圖一、雷射追蹤量測儀整體圖

雷射追蹤量測儀與其它的光學量測儀器最大差別是在於它的雷射光束可以追蹤固定在運動物體上的反射鏡，其設計原理是利用一個光感測器（photosensor）來接收移動物體上反射鏡反射回來的雷射光，藉此來決定物體位置的變化量，然後配合一個伺服系統來控制雷射追蹤儀上雷射光束的方向，以達到追蹤物體的功能。

在量測功能方面，雷射追蹤儀可以量測出目標物的三度空間X、Y、Z座標值，這些座標值可以是相對於追蹤儀上的基本座標系統，也可以是相對於使用者自定的任何座標系統，因此操做者可以很方便的取得所要的座標測量值。

至於量測的精度方面，座標的精確度是±300ppm（ppm：

微米/米），量測的工作範圍方面，在水平方向可旋轉正負240度，垂直方向可旋轉正負45度，量測距離則是在0.2公尺到20公尺的範圍內。

在追蹤速度方面，側向速度大於每秒30度，徑向速度每秒可達0.55公尺，追蹤的加速度也大於一倍的重力加速度。

由以上的說明，可以很明顯地看出雷射追蹤儀與傳統的三度空間量測儀器的最大不同點，由於它是利用雷射光反射這種非接觸式的方式來量測，因此它的量測範圍相當的大，所以應用領域也比傳統的三度空間機械量床更為寬廣，特別是對於大型物體的量測如汽車、飛機更能表現出它的優點。

雷射追蹤量測儀的工作原理

感測器單元是雷射追蹤量測儀中最重要的硬體之一（圖二），其功能就是用來讀取空間中角鏡所在的位置（即放在欲量測物表面用來反射雷射光的反射鏡），它能取得的資訊包括了角鏡所在位置的距離與角度。

感測器單元的頂部，利用一個追蹤頭來追蹤放在物體上的角鏡，追蹤頭是由一片反射鏡片固定在一根可繞著水平及垂直轉動的軸所構成（即萬向接頭）。

在每一根轉軸上都含有一個角度計量器來計算旋轉軸轉動的角度，同時也配合一個直流馬達來驅動旋轉軸轉動。

（圖三）

圖二、感測器單元

　在感測器單元中還包含了一個雷射干涉儀，它的功能是用來量測反射鏡的距離。

它的雷射光束同時也被當作成瞄準軸，由追蹤頭上的鏡片角度變化，可決定雷射光束射出的方位。

在干涉儀旁有一個兩軸的光感測器，它可接收放在移動物體上角鏡所反射回來的雷射光，藉此來決定物體位置的變化量，然後配合一個伺服系統來控制雷射追蹤儀上雷射光束的方向，以達到追蹤物體的功能。

雷射追蹤儀與其它的光學量測儀器最大差別就是在於它可以即時追蹤運動中的反射角鏡。

這點主要是因為追蹤儀上的伺服迴路利用打在角鏡反射回來的雷射光束，在光感測器所反應出的X、Y偏移值來計算出校正轉軸馬達的角度。

然後控制連接在馬達轉軸上的鏡片轉角，使得雷射光束可以追蹤固定在移動物體上的反射角鏡。

圖三、感測器單元結夠構圖

應用:

逆向工程與電腦輔助設計

由於雷射追蹤儀可以很方便取得物體外型的座標，因此可直接用來當作電腦輔助設計系統的幾何模型資料輸入工具，特別是汽車、飛機、太空梭等大型物體的表面曲面模型的建立。

建構的程序如圖四所示，首先是點資料的量取，雖然追蹤儀在量測上可以直接量得幾近乎連續的點群資料，但是在實際的量測應用上，若是用掃描的方式取得一大堆點資料，對量測曲面建構的後置處理上將會增加很多的困難，因此在量測的技巧上，若以汽車量測為例（如圖五），可將待測的汽車表面先分成數十塊區塊（patches），區塊之間的選擇與分割，必須是分割在曲面的曲率變化非常小的地方，換言之即選擇曲面幾乎是平坦的地方當成是區塊的分割區，這樣的分割能確保曲塊曲面的後置處理上的貼合能夠儘量的逼近原曲面。

圖四、逆向工程曲面建構程序

圖五、區塊分割與量測

圖六、曲面後置處理計算系統

在取得區塊曲面的點資料後，將這些點資料輸入至任何的CAD系統中做後置處理，這裡採用的方式是由本中心所發展的程序來處理曲面的貼合。

每個區塊曲面都使用B-Spline曲面配準（B-Splinesurfacefitting）來建構，這個方式所建構出來的曲面能夠穿過所有的量測點，而且曲面的一次導數具有二次連續性，因此所建構的區塊曲面會很平順的穿過所有量測的控制點，利用本中心所發展的曲面計算系統（圖六），將量得的點群資料，分析計算後產生AutoCadScript檔，然後再匯入AutoCad系統中將所有量得的區塊曲面貼合，如此便能很輕易的完成汽車車體模型的建構，一般來說完成一部車體的CAD模型，大約需要兩個工作天，在AutoCad中完成汽車的CAD模型後，可以將所得的向量圖檔再轉入3DStudioMAX作打光處理（如圖七及圖八），藉由以上所得的數據與結果，可以直接應用到新的設計或重新修改，也可以當做有限單元分析的前置處理資料，應用範圍相當的寬廣。

除了上述的應用外，利用雷射追蹤量測儀也可以很輕易的建構與設計所須的特定曲面。

（如圖九及圖十）

圖七、汽車車體量測結果一

圖八、汽車車體量測結果二

圖九、曲面設計一

圖十、曲面設計二

結語

　　利用此光學式的測量儀器，本中心除了建立完成汽車幾何模型及其它的逆向工程外，同時也結合機械手臂從事相關的檢校工作。

由於傳統的量測儀器很不容易量得機器手臂的位置，因此藉由雷射追蹤儀的空間座標量測能力，吾人可以精密地校驗靜態及動態的機械手臂，本儀器也可以當成是機械手臂的感測器，用來分析機械手臂的動態特性，藉以調整控制系統的控制參數。

　　由以上可以得知，對於動態的量測問題與應用，藉由雷射追蹤量測的技術均可順利解決與克服，然動態量測所衍生的不確定性誤差，對量測結果的可靠度將有嚴重的影響。

因此如何消除這些誤差值，提高量測精度正是目前研究的課題，相關的研究目前仍持續進行中。