局部驗證模型在汽車設計中應用研究

楊琳

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局部驗證模型在汽車設計中應用研究

楊琳

（上汽集團 商用車技術中心，上海 201803）

文章闡述了局部驗證模型在汽車設計中應用研究。強調了在現(xiàn)代汽車造型設計在前期開發(fā)中，局部驗證模型驗證在造型開發(fā)中意義，模型設計加工和流程介紹。

汽車；造型設計；模型設計

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。當汽車的客觀性指標（汽車性能、配置、可靠性質量）逐步變成業(yè)界的標準后，主觀性指標（服務和感知質量）將逐步成為競爭要點。感知質量作為車輛主觀性指標的一個重要指標，越來越被各大汽車公司所關注。感知質量一般指顧客通過“看，聽，摸，聞”等感知手段對汽車產(chǎn)品品質及特性進行主觀的評價。視覺感知質量最主要表現(xiàn)之一就是零件間匹配關系好壞。零件之間匹配關系——特別是一些運動零件和周邊零件配合關系好壞會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環(huán)節(jié)。

1 局部驗證模型作用和目的

1.1 局部驗證模型作用

在整車研發(fā)中前期，計算機輔助發(fā)揮了巨大作用。雖然計算機在整車研發(fā)中起了很大作用，但是由于計算機虛擬評估局限性，計算機數(shù)模中表現(xiàn)各零件間的視覺感知匹配效果和實際視覺效果存在著差異。僅通過計算機CAD，設計階段數(shù)模無法客觀還原實際產(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)化零件間匹配關系而發(fā)生模具更改費用不計其數(shù)，大大延長整車研發(fā)周期和增加整車研發(fā)成本。

汽車造型局部驗證模型驗證方法來補充計算機研發(fā)能力上不足之處。該方法已被證明能真實反映實車零件間配合關系，能有效還原設計意圖，模擬零件裝配，制造偏差導致不良結果，幫助研發(fā)人員在前期能夠充分識別和驗證視覺感知類問題，開拓研發(fā)人員設計思路，給出解決方案，保證整車造型設計精準和零件匹配良好視覺感知。

1.2 局部驗證模型目的

在項目中前期，通過制作模型獲知汽車各關鍵配合區(qū)域的零部件間匹配關系理論視覺狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)當前設計中關于造型，間隙的問題以及工程潛在問題，同時加入調節(jié)機構，通過對配合位置進行調節(jié)，在工程零件結構尚未設計完成的情況下，模擬各零件間的間隙視覺效果，通過對零件間隙效果實物化，可以在研發(fā)早中期設計階段及時發(fā)現(xiàn)數(shù)模中忽略或難以判定問題，判斷間隙，面差和零件背部結構設計合理性，發(fā)現(xiàn)工程斷面潛在問題等。

2 局部驗證模型設計介紹

2.1 局部驗證模型概念簡介

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構也不同，通常采用多種材質和多種加工工藝相結合的模型制作方法。目前加工材質多采用油泥，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)設計不同階段，模型不同功能以及模型零件不同結構，靈活組合。

表1 中表示各種驗證模型材料優(yōu)缺點和應用階段說明

2.2 局部驗證模型開發(fā)簡介

局部驗證模型主要開發(fā)流程如下：

圖1 開發(fā)流程圖

2.2.1設計和工程輸入

設計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)項目時間不同，不同階段不模型要求，輸入也不盡相同。設計最主要輸入是造型A面質量，這里所說A面質量，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，零件背部結構，滑塊線位置等，這些輸入直接影響了模型是否能真實模擬實車狀態(tài)。

2.2.2局部模型虛擬設計

局部模型虛擬設計主要是指在取得一定設計和工程輸入情況下，運用UG等設計軟件，在計算機里結合兩種輸入，做出虛擬模型。在零件設計時，根據(jù)選擇加工工藝特性，設計好零件定位基準和安裝結構，避免零件過定位。在完成模型設計后，根據(jù)工程輸入尺寸公差范圍，在計算機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 設計和工程輸入

圖3 虛擬設計模型

2.2.3實物加工

在虛擬環(huán)境中完成設計和運動模擬后，可以交付給加工中心加工，通常經(jīng)過以下幾個步驟：

（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，需要通過拼接來實現(xiàn)搭尺寸，影響搭料主要因素就是模型背部結構設計，（如調節(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，可以運用一些常規(guī)軟件編程加工，如UG 、 CATIA、CAD等，這里主要說一下注意點，編程時注意走刀路徑一致，方向相同。加工時，換刀時，加工面盡量選擇在背面，避免接到痕落在A面上。加工A面時考慮到噴漆影響，可以適當對設計A面輪廓進行偏置，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面進行碰漆，孔銷，定位面和基準面嚴禁噴漆。裝配時根據(jù)設計安裝定位關系進行裝配，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，導致模型報廢。裝配完成后，根據(jù)零件設計尺寸偏差進行模型調整，保證驗證實物驗證模型能滿足設計要求。

（5）模型測量

在完成零件裝配以后，通過逆向掃描技術，將實物模型空間坐標點和虛擬模型坐標點位置，通過基準面進行擬合，校核實物表面和數(shù)模設計A面差異。

2.2.4模型驗收

模型驗收主要看比對虛擬和實際差異。主要關注以下幾點：

（1）加工零件表面質量，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）零件進行安裝時結構是否可靠，拆裝和緊固是否有干涉。

（3）零件調整量，是否滿足設定調節(jié)要求，移動是否方便并且移動時無干涉。

（4）查看測量報告，確認加工誤差處于要求范圍之內。

3 結束語

局部驗證模型在精度和真實性方面的發(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計位置調整功能以體現(xiàn)工程誤差對外觀造型的影響；如何實現(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；實物模型材料是否能在材質表現(xiàn)上更接近真車，這些都是局部驗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研究.工具技術,2009,43(4):P21 -22.

[2] 高建遠.汽車造型設計實物驗證模型材料選用應用研究,應用技術,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，感知質量開發(fā)主管，就職于上汽商用車技術中心前期整車集成部。