浅析现代车身设计技术及发展趋势

摘 要：针对现今国内外汽车车身设计过程当中所运用的各种先进技术，文中介绍了这些技术在设计过程中的具体应用；并分析了目前国内外车身方面的设计现状，以及所存在的差距；更论述了这些技术在缩短汽车开发周期，降低生产成本方面取得的成效。放眼未来，努力建设我国自主品牌、加大力度研发核心技术是我国汽车工业快速发展的必然趋势。
关键词：车身设计；设计技术；发展趋势
一、前言
由于汽车工业具有非常强的产业关联度，因此被看做是一个国家经济发展水平的重要标志[ ]。现今，车身在汽车这个庞大系统中的地位已经越来越重要；在过去的20多年中，人们对于汽车的安全性，舒适性，耐久性以及可靠性的要求越来越高，因此，只有持续的改进现有的车身设计技术，才能更加缩短汽车的开发周期。下面就以现今在车身设计过程中主要运用的一些技术加以分析。
一、现代车身设计技术
1.计算机辅助造型技术
计算机辅助造型——CAS是现代应用于车身设计中的一项新技术。CAS技术和传统的仿形法相比有以下一些特色和优势：
(1)不仅可以减小劳动强度，还省去了做实车的比例模型，从而缩短了开发周期；对于一个完整的轿车车身， CAS技术可以使车身内部三维可加工数字模型的制作任务在20多个工作日内完成。
(2)摆脱了三坐标测量结果以及手工模型制造所产生的影响，提高了数据的准确性，并且为提高最终模型的准确性打下了良好的基础。
(3) CAS阶段生成的数据可以为后序工程提供数字模型。
2.空气动力学模拟
在新式汽车开发过程当中，假如采用风洞实验这个传统的研究方法，那么就必须准备实车或者模型，这样一来不仅使得费用高，而且周期很长；不同状态下的三维流场的具体情况在试验过程中也很难观察的到，这样就使试验研究受到很大的限制。如果运用流体动力学模拟计算，则不需要实车或者模型，这样一来就节省了大量的测试成本；可以在开发的初始阶段预测；并且可以随时对设计方案进行修改，设计部门就可以参考得到的这些三维流场的详细信息。空气动力学模拟大多应用在轿车的造型设计方面，以求最大限度的减少空气阻力和空气升力，从而提高轿车运行过程中的经济性和操纵的稳定性[ ]。
3.虚拟现实技术
虚拟现实技术就是一种利用多媒体将信息进行可视化呈现在用户面前的这样一种技术。它是目前主要的一些国际汽车制造商和设计公司用来展示自己实力和辅助设计的手段。虚拟现实技术除应用在造型设计中，还在汽车设计及其他领域中得到了广泛应用。运用虚拟现实技术，设计人员突破了传统的束缚，可以更加充分的发挥自己的创造潜能，而不再仅仅局限于固定的油泥模型。并且能够在自己的设计过程中融入更多的艺术性和实用性的因素，从而使得设计出来的车子外观和功能可以实现有机的结合和统一。
4.模块化设计技术
模块化设计是一种创新的思维，同时它也是绿色设计的方法之一。在模块化的设计过程当中，模块之间是紧紧相连的，而在装配的时候也是以模块为基础，在它上面集成了很多零部件，并实现按功能把整车分成几大模块。因此，模块不会随着零件而变化。在实际过程中模块间的联系要尽可能简单。简单的说，模块化设计可以分为两个阶段，第一阶段是产品开发过程的系列化；第二阶段是对一个产品单独进行模块化设计，这样一个过程，需要根据用户的特殊要求对这些模块进行选择和组合[ ]。运用模块化思想，变形车的制造可以通过在相同的模块上装配不同的零件，再利用这些不同的模块装配而成，从而可以满足不同人群的个性化需求。相反的，按照传统的思想设计汽车的时候，都是喷完油漆后的白车身排着长长的队伍运到总装线上；其他的零部件都是一件一件的装到车上，这样不仅使得流水线弄得很长，占了很多面积，而且还会容易使工人装错地方，造成不可预知的后果。
5.数字样机技术
数字样机技术在提高汽车产品质量和开发速度方面有着非常重要的作用，可以说是目前汽车产品开发的主流技术。数字样机技术又叫做DMU 技术，从宏观的角度上看，是一套在并行工程上的开发技术。从微观的角度看，它是一项组合了一系列特殊模块的实用高新技术，如运动干涉分析，结构优化，浏览和拆装仿真分析工具等模块[ ]。运用了DMU 技术后，可以在设计的初始阶段，发现一些潜在的设计质量问题，从而优化结构，为机构开始阶段的可制造性、中间的可装配性以及后期的可维修性提供非常强大的技术手段。这样既提高汽车产品质量，也提高了开发速度。DMU技术在车身上的应用可以体现在以下三个方面：
(1)白车身焊接过程中的模拟。包括焊点分布、焊接顺序、焊枪运动空间范围等。
(2)车门玻璃装配模拟。车门的焊接和玻璃总成是一些空间曲面，在可靠度不高的情况下仅仅只靠几个断面来分析验证装配的可行性是非常困难的。然而，具有动态仿真功能的DMU可以在低成本的情况下直观地仿真整个装配的过程，从而也避免了设计阶段潜在的隐患。
(3)运动干涉分析。
6.人机工程技术
在日常生活中，我们可以看到很多与人机工程学有关的问题，当然包括一些合理地或者是不合理地事件。但是人机工程技术应用于车身产品开发过程中，主要是在司机和乘客的乘坐舒适性和驾驶员的视野以及操作方便等方面。在美国，以往的长途货车司机一般都是很高大的，但是这些年来，越来越多拉美裔身材矮小的妇女当起了司机，这样一来，那些汽车制造厂商就必须解决这个问题，没过多久，一种能够适应不同身体条件的操纵机构被制造了出来。美国工程师正是利用了人体工程学技术才设计出了这一创新成果。现已用于正式生产的汽车上。
目前，三维人体模型技术在车身设计过程中的应用已日趋成熟，并且有一些商业应用软件可用于计算机辅助设计[ ]。RAMSIS软件是德国汽车技术开发集团和一些著名的汽车公司比如：奥迪，宝马，福特，奔驰，保时捷，大众以及一些座椅制造商共同开发的。RAMSIS 这款软件除了提供精确的人体尺寸外，还特别重视于建立模型的应用环境。它不仅可以精确地测量和分析人体姿势和运动情形，而且还能够进行视觉模拟，运动仿真等交互操作。时至今日，已有超过70%的汽车公司都采用RAMSIS进行设计和布局。
7.CAE分析和验证技术
CAE是一种非常重要的工程分析软件。可以笼统的说，在汽车设计过程中，它可以为汽车中的每一个部件做分析；但是在实际工作中CAE主要分析以下3大关键部分即整车、大总成或者大的子系统、零部件和小总成。CAE技术既是汽车行业快速发展的核心技术保障，也是能够为企业获得巨大技术经济效益的一把利剑。然而，国内CAE应用起步较晚，从上个世纪八十年代中期到现在已走过了20多年的发展，现已进入快速发展期。据统计，由于CAE 技术的应用，新车开发期间所用的经费占开发总成本的比例是从80%～90%下降到了 8%～12%[ ]。
二、我国汽车工业的车身设计水平
从1980年至今，我国的汽车工业水平落后国际水平20多年。从上世纪90 年代开始，我国加大力度研发投资汽车工业，在自主研发创新的同时引进国外的先进技术，逐渐缩短与发达国家的差距；并且从一开始的单一全套产品引进到现在慢慢向主要引进先进技术的方向转变。在这样大的发展环境下，仅仅从车身产品的设计来说，也从开始的单纯引进转变到现在的自主研发创新；因此，企业开始重视车身设计技术的应用，设计人员的设计手段更是丰富多样。现在国内车身设计技术状况具有以下三个特点：
1. 目前国内部分设计单位的设计水平已经达到一定的高度，可以在车身的设计过程中利用自身的优势资源，在开发的汽车产品质量以及缩短开发周期方面取得了一定的成果。
2. 部分设计单位初步具备了自主开发能力。虽然国内大多数的汽车产品是通过技术的引进来实现国产化，以及在引进的产品基础上进行研发创新，但是最重要的是在进行这些项目时，我国的一些技术人员得到了很好的锻炼，并慢慢掌握了汽车车身设计中非常重要的一些辅助设计软件和CAE等分析软件，经验和数据得到了一定的积累。
3. 由于经济全球化的影响，我国与国际先进的汽车公司合作的机会也越来越多，这样一来，在合作的工程中，国外先进的设计技术方法和理念也会慢慢渗透到国内设计人员的思想中，随着时间的推移，经验的逐渐积累，从而使国内汽车设计的效率和自主研发的能力得到很大的提高。
三、结束语
“目前世界汽车产业不断的进行全球性的重组，技术的创新是获得胜利的关键”。因此，国内汽车车身设计技术的发展趋势，是逐步缩短与国际先进水平的差距，提高自主创新能力。并且要明确先进的技术和理念在车身设计中的重要性，重视经验和数据的积累，经验和数据的积累可以靠做项目来实现，可以说经验和数据的积累在一定程度上是一个企业的核心技术，同时也是该企业的一笔宝贵的财富。