基于造型CAS面的整車工程可行性初步校核研究

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一個完整的汽車設計需要造型、工程、結構等多個部門共同完成，其中設計師和工程師是兩個最大的群體。汽車造型師的造型過程既是符合市場、結構、工藝及工程等制約因素的協調過程，也是通過藝術手段將設計概念翻譯成汽車造型實體的獨立創造過程[1]。為更好地縮短開發周期、降低開發費用、提升用戶滿意度，使產品設計、制造、質量有機集成，設計部門在造型階段及早地介入已成為行業趨勢，有效實現資源集成和信息共享。

分析階段的選擇

隨著市場競爭的加劇，國內主流車企為了滿足日益加速的產品更新速率要求，不斷推出新車型以快速占領市場。研發部門也不得不加快研發節奏，為早日實現產品投產，對產品研發周期往往一壓再壓。尤其在設計的前期階段，往往難以策劃充分，造型設計的諸多細節未進行充分驗證，從而導致諸多設計缺陷，為后期研發和產品的競爭力埋下隱患。

目前國內多數車企的造型設計流程可以簡化為 “效果圖→CAS（Concept A Surface）→油泥模型→A面發布→造型凍結”。更有甚者，直接仿造暢銷車型逆向開發，然而基于標桿車型銷售區域的法規要求不同，以及企業之間、供應商之間加工制造能力的差異，導致諸多造型特征難以實現，造成設計資源的浪費。更嚴重的，由于法規的限制導致新車型難以上市。

CAS，是依據效果圖設計方案，利用專業三維曲面軟件，建立數字造型表面，用于初步展示汽車內、外部造型，主要是用于造型預研階段進行法規要求、造型、工程、生產制造、售后維修和保險服務的校核以及小比例油泥模型的制作。如果在造型階段，尤其是CAS面階段，能夠運用軟件對車型在區域性法規要求、人機工程設計、運動件和工藝可行性等方面及早介入分析，并對造型進行修正，無論在降低成本和提升質量方面都有諸多益處。以下為某車型的在CAS面階段進行的相關校核，可以作為借鑒。

工程可行性校核

對于CAS面的校核，基于其設計數據的不完整性，對其進行的校核往往也是部分性的，如僅對某項校核的某個小項進行校核。同時由于其設計數據某些產品細節的相對不完全性，校核往往只能給出方向性的設計導向，待相關數據完整時，需對相關設計進行詳細驗證。

1.區域性法規校核

滿足法規要求是車輛設計的最低要求，其在CAS面階段能夠實現初步校核的項目主要體現關聯車輛外部輪廓的相關項目上。這些校核項目的提早介入，有利于規范造型設計并及早對整車性能進行摸底，為后期的設計和開發起到一定的方向指導作用。表1為某車型的此階段的相關法規校核項目。

2.人機工程校核

人機工程學的研究及應用是提高車輛舒適性、安全性最直接的措施，特別是對駕駛和乘坐環境的改進尤為顯著。良好的人機工程設計會充分考慮操作者的生理、心理等因素與人-車-環境系統的狀態，是實現汽車人性化設計的重要方面[2]。在CAS面階段進行該類校核，由于設計數據不完整尤其是相關內外飾及電器數據多為概念數據，零部件布置位置也非最終狀態，這就要求設計人員對相關參數的經驗值具備較強的把握能力，同時也要校核涉及的周邊件數據有準確的預測能力。

人機工程的及早介入，能為零部件開發明確設計性能提升方向，對提升人機性能有很大的意義。表2為某車型的此階段的相關人機工程校核項目。

3.工程校核

隨著平臺化開發和產品群理念的逐步發展，零部件的通用化水平不斷提高，這也為在CAS面階段進行工程校核提供了可能。尤其是單一底盤平臺衍生車型的開發，零部件性能及系統性能往往具備可信的技術數據，以此為基礎在CAS面階段就可以對一些性能進行優化和提升，相應的校核項目也可以提早介入。表3為某車型的此階段的工程校核項目。

表1 某車型CAS階段法規校核項目

表2 某車型CAS面階段人機工程校核項目

4.生產可行性分析

造型階段的工程設計及生產可行性分析是確保汽車造型能符合工程設計及后期生產階段順利進行的必要事項，在造型階段主要是依據現有造型設計數據，進行主斷面設計分析、外觀件沖壓工藝性分析和零部件工藝可行性的分析，來解決工程設計及生產可行性的問題。

表3 某車型CAS面階段的工程校核項目。

主斷面設計分析，是推進各專業部門在造型階段的同步設計的關鍵環節，各公司搭建的斷面庫數據，能有效積累成熟的設計，對密封條、裝飾亮條、車門水切及鈑金搭接關系等方面的通用化設計有十分重要的意義，也是規避后期設計風險的重要手段，如圖1所示為某車型前保險杠、前組合燈及機艙蓋的斷面圖。

外觀件沖壓可行性應重點關注發動機艙蓋、翼子板、前大燈造型和區域分塊的影響，由造型部門提供數據，由沖壓SE工程師對零部件成形難度、工序數量、模具成本及物料利用率等方面進行分析，對零部件形狀、細節及零部件R角等提出要求。零部件工藝可行性的分析主要針對塑料成型件，造型設計人員對相關零件的拔模方向、分型線、脫模斜度等設計信息的把握，材質及表面處理工藝的影響也應進行考慮。如圖2所示為某車型外后視鏡的出模可行性檢查。

結語

運用CATIA軟件平臺，對某車型的CAS面進行了校核分析。各主機廠的研發能力，尤其在設計研發中對設計經驗的積累如企標標準、作業指導書及相關檢查表等方面的建立，對該階段校核具有極強的參考和指導意義。這里的相關設計多源于筆者設計經驗，需要在后期的實踐中結合相關的失效形式和優秀的設計案例，不斷對相關校核進行驗證和對校核內容進行調整，進而持續優化設計校核效果和提升整車綜合性能。