车身工程师必须掌握的工具主断面设计

01什么是主断面

车身主断面是分布在车身各个重要位置,用以描述车身结构细节的横截面(2D)。车身主断面是反映整车性能、结构、配合、工艺、法规等方面要求的截面,它既是控制车身结构和性能的关键点,也是描述车身结构概念设计方案的重要工具。

如下图示意,某车型A柱部位断面。

肯定有人会问,现在都是三维设计,为什么还需要二维的主断面呢?

车身设计是一个比较复杂的系统工程,在可行性设计阶段(效果图、油泥模型制作),需要一种方式快速进行可行性分析,用正向设计思维将各主要部件间的相互关系、分块形式等确定下来,并且进行量化,以支持造型工作。并且,确定的关系要作为后期产品设计和工艺分析的依据和约束条件,不能轻易更改。主断面设计可以很好地满足这种需求,作为一种通用的工程师语言,服务设计工作。

02主断面的选取以及数量

断面位置的选择要有目的性(关键、重要、安全部位),优先考虑下面列举位置:

整车强度、刚度(A.B.C.柱、上/下框……)

密封件(车门密封条、密封胶等)

外观分块(车门与侧围、机盖与翼子板、保险杠与机盖……)

运动件(车门、机盖、尾门、充电口等)

不同零件配合处(车身、电器、内外饰、底盘等零件配合)

需要注意:剖切方向一般为平行坐标轴方向或者零件法向,选择方向时,要真实反应要表达的内容。一般表达密封关系或两者间配合关系的剖切断面方向为法向,其它剖切方向为平行于坐标轴方向。

在制作主断面之前,根据车身形式、表面分块等决定断面位置,一般数量为50-80个。类似如下:

0主断面表达的内容

车身主断面主要表达的内容如下:

主要零部件的相互关系明确、准确(焊接、螺纹连接、铆接、粘接、卡扣连接…)

零件成形方向及工艺要考虑(钣金件冲压角度、塑料件出模角等)

运动部件有极限位置和运动轨迹

外观件之间有间隙、面差标注

密封部位有关键尺寸

保证料厚的准确

体现圆角

注意尺寸的圆整、规范

不同位置断面,表达内容和重点都不相同,简单举例:

如下图示意,车门铰链处断面(局部),要清晰表达车门的开启轴线、角度。

如下图示意,车门与B柱处断面(局部),要清晰表达密封条的位置和压缩关系。

如下图示意,侧围外板与后轮罩处断面(局部),要清晰表达与轮胎包络压缩关系、车身零件间涂胶区域等。

04主断面在各设计阶段的作用

要讨论这个问题,首先要了解一下整车开发的流程。主流的整车开发流程如下图示意:

按照上面流程,主断面设计主要开始于产品定义阶段,以支持造型A面设计。在这个阶段,会结合车身总布置信息(法规、人机、安全)、效果图、表面数据或点云、对标断面信息等,进行初版主断面设计工作,期间会根据造型A面需要进行更新,最终伴随A面进行冻结发布;

在产品工程设计阶段,发布的主断面作为指令性文件贯穿整个设计过程,作为设计依据使用。同时,结合各专业零部件的细化设计对主断面进行更新完善,期间对重要变更需要进行设计评审,以保证主断面的正确性。主断面要伴随工程数据同时发布;

在产品设计验证阶段,如进行设计更改,同时要更新主断面。最终主断面要最为项目资产进行存档,可作为后续车型开发参考资料使用。

05主断面的参数化设计

主断面是需要不断修改和完善的,为提高效率,建议大家采用参数化建模的方式构建主断面。参数化建模是指在设计模型时,可以设置各种参数,通过改变参数的数值来改变模型的形状和尺寸。这样,在设计过程中,只需要修改参数的数值,就可以快速地生成新的模型。

以汽车行业比较常用的CATIA软件为例,其二维设计和三维设计均支持参数化设计。主断面设计主要是在草图模块完成。在建立草图时,基准参考元素可以选择外部输入,如A面、对手件数据等。绘制草图时,可以通过参数定义对草图进行参数化,同时通过关系来定义参数之间的约束关系。这样建立的草图,当外部输入信息更改或者自身设计意图更改时,均可以实现快速更新。




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