中文译文-一个概念车的设计过程.doc

1、一个概念车的设计过程摘要本文描述概念原型车设计和制造过程。该项目是从Aveiro大学学生和Matosinhos艺术与设计学校的设计人员之间的合作的结果。该项目的主要目标是参加法国 1998年壳牌生态-马拉松比赛奖。设计过程实质上集中了唯美主义与车辆制造。Icaru概念车灵感来源与翅膀，因此该项目的名称是与希腊神话相关联。 本文重点在于描述材料选择与复合复杂几何曲面的制造。 关键词：概念设计，产品开发，原型车，设计教育;复合材料1 简介材料是众所周知的事物。而设计呢？对于不同的人，设计可以表示不同的概念。一般人不知道如何完成某些对象的理念/概念设计到制造过程。一些人认为设计就是产品的美学化，另一

2、些人认为设计将不同领域但相关的知识结合在一起。设计是一个将理念转化为的生产的过程。对于机械工程师而言，设计可以被定义为利用科学原理、技术、想象力使某产品在实现既定功能情况下利益、效率最大化设定。设计师的责任在于使产品从概念到生产，以及产品使用过程中的维护。继Charles 和 Crane后，设计是一个复杂的过程，目的在于在一些必要的规定条件下生产某样东西。设计过程有四个特征：功能；美学；制造工艺；成本。前三点被认为是概念车的设计过程，即功能，美学和制造工艺。由于要达到Icarus项目的目标，成本不在车辆设计过程中的考虑范围。法国壳牌在过去的几年里举办了称为“壳牌环保马拉松”的节油比赛。比赛的目

3、标是检测设计构思，使原型车辆的普通热发动机燃料消耗最小化，并促进原型车的研究与开发。奖项的本质体现了制造工艺中设计美学的结合。协调性和原创性是需要考虑的重要因素。至于车身、前部和后部的美学，功能，材料选择也是重要评奖指标。由于汽车的驾驶不用考虑人体工程学，因此司机的驾驶舱可有可无，但驾驶控制辅助功能、舒适性、通风性以及道路和障碍的能见度是重要的设计指标，在设计过程中必须被考虑到。视觉效果也在设计的要求中，因此必须注意的基本颜色、色彩的协调性、图形集成。车身内部、外部的光洁度也要重点考虑。 Icarus项目是Aveiro大学三个系的学生（机械工程系、电子与通信工程系和环境系）和Matosinho

4、s艺术设计学院的设计师共同开发。在概念设计、制造工艺和材料的选择等方面进行深入研究。将不同的目标集成一体：概念车的设计与设计在教学方面的利用。这些类型的项目可以让学生有效地学习工程和设计方面的基础。除了学术教学价值外，也更利于学生学习设计。学生们在研发既定目标也更有动力。在整个项目的发展，我们感受到了学生的激情与奉献，也更利于学生学习其他知识，如材料科学、工程技术、结构力学、计算机辅助设计/计算机辅助制造，电子技术，遥测技术，流体力学和设计沟通。本文的目的是介绍概念车的研发过程，从概念到原型制造，涉及不同的设计知识/工程领域。图 1设计的不同。本文只对图中灰色部分做了论述，既概念设计、材料选择

5、、车体设计。2 概念设计希腊神话中Icarus and Daedalus的故事是一个众所周知的故事。其中的故事，Minos讲述了Icarus 和 Daedalus逃离迷宫采用的方法。由父亲Daedalus出注意，他们将羽毛用蜡烛粘在自己的身上作为翅膀，飞越迷宫。Icarus由于太接近太阳，蜡烛融化掉进海里。在这个故事中，翅膀被用来实现目标的因素。作为一个概念翅膀，一直使历史上的人类着迷，自从列奥纳多达芬奇后，人们对翅膀进行了广泛的研究。达芬奇是第一位从技术角度考虑飞行的可能性的人，通过对鸟类的研究和解剖，他的笔记本记录了大量飞行器的草图，这些飞行器通常由震动翅膀完成。至于Icarus汽车研发也

6、基于翅膀，与空气动力学原理密切相关，以汽车在运动中的重量降低和与地面的摩擦降低为假设。通过前期的研究和草图绘制，使用Studio 8.0计算机辅助设计软件对Icarus的几何模型修改。图2显示了车辆和驾驶员的线框模型。图3是计算机绘制车辆透视图像，图4是图像的正交投影。两个模型比例1:10，由聚氨酯（Ureol）材料加工而成，用来分析汽车的美学性能和体积尺寸，然后用试验的人体工学的资料将其优化（图5）。用一个1:5的模型进行空气动力学研究。人体工程学的研究主要考虑到驾驶员的固有物理特性，主要是它的高度（1.65米），和非人性化的驾驶位置。最后通过考虑驾驶员的幅度视场（能见度），驾驶姿势和无障碍

7、（手和脚）的驾驶的操作得到优化图形。对于这些研究，试验中驾驶员的体位资料是在计算机生成的，如图2和图 5所示意，可以尽可能的降低汽车的尺寸，从而减少汽车的重量。驾驶员的能见度只能是汽车前面到两侧的90幅度。该模型还可以修正驾驶员的腿和脚的位置，以及确定的脚和手命令的位置。为了提高驾驶舒适，座椅是基于符合人体工程学生产的。为此，座位的几何表面是通过在驾驶姿势下将驾驶员放入驾驶仓获得的。座位里是液体聚氨酯，有环氧涂层和柔性泡沫覆盖层。3 原型车制造材料在概念设计中有着关键作用，在设计过程中的作用也非常重要。如今，材料的选择几乎是无限的，对于设计者来说既是坏消息也是好消息。好的方面是，设计者可以找到

8、合适的，甚至是，各类设计参数综合后优化的参数。坏的方面是，很难找到一个已经被证实的最合适的材料。材料的选择在设计过程是重要的一环，应该是尽可能量化。材料的选择通常是由开发新产品或是满足某种新功能或是弥补产品现有的缺陷引起的。材料的选择是由产品的功能决定，并与潜在的制造工艺交互考虑，将原始材料转换为产品的。该车辆的形状限制了我们对传统的和先进的复合材料选择。事实上，为得到车身的到预期的形状，材料的选择是一重要参数。设计过程，如图1所示。关于概念的定义包括，三维CAD模型，符合人体工程学的研究，比例模型制造，设计和制造的底盘，车身（驾驶室），驱动链条，制动系统和转向系统，发动机调整和适应，空气动力

9、学测试，电子，遥测实施。底盘，一个重要的汽车结构件，可使用复合材料制造，或由一个传统的焊接管状结构体系。然而，由于该车辆的几何形状，复合材料被用来制造汽车底盘。底盘和座舱结构在生产中作为一整体结构，用的CAD / CAM技术和先进复合材料铸造成型。汽车结构件的区分是根据其结构的重要性，因此要生产不同的汽车构件模具。该策略包括对从低密度（100 kg/m3）的聚氨酯泡沫材料加工到模具模块化部件制造。由模块模具加工的汽车部件见图6所示。有四个汽车模具，即在底盘，驾驶舱车身，前部和后部的封盖。驾驶员视觉部分由丙烯酸材料模具加工而成。由于数控机床（米克朗的VCE 500 Fanuc的控制器）的限制，模

10、具由几块模块组成。该车辆计算机模型数据的利用PowerSHAPE / PowerMILL的CAD / CAM软件转换为操纵数控加工策略和模具加工数据。图7显示了用于制造车辆后盖的模具。底盘和座舱是一个不可分割的组成部分，采用先进的复合材料制造，提高了底盘和座舱的整体性能。内部为泡沫材料，表面是高强度的复合材料夹层结构为车身提供了解决方案。夹层结构由强化的表面和轻便的内部泡沫材料构成。两种不同的夹层结构制造的驾驶舱和底盘。对于座舱，夹心结构表面由碳纤维（195克/m2）和内部是6毫米厚度的PVC发泡材料（Herex C70.75， Airex专业泡沫股份公司）构成。至于底盘，内部为15毫米的泡沫

11、，和采用单向碳纤维加编织的碳布构成，该结构可以提高底盘的抗弯刚度。泡沫采用交叉链接的结构，具有刚性封闭的细胞结构、良好的抗震性能、良好的抗压缩性以及低密度高强度7。表1显示了典型的泡沫性能使用（制造商的数据），这些泡沫为网格板式材料，因此适用于制造复杂曲面几何。底盘和车身（驾驶室），作为一整体结构造图所示 8。至于前、后盖，用环氧树脂复合材料加织物编织碳制造，提供了必要的刚性。表2显示了制造底盘，驾驶室，前后该的不同夹层结构。Herex C70.75泡沫的性能（制造商数据）表1 标准 单位 C70.75表观密度 ISO 8451 ASTMD1622 kg/m3 80抗压强度 ISO 8441

12、ASTMD1621 N/mm2 1.3压缩模量 DIN 534571 ASTMD1621 N/ mm2 83拉伸强度 DIN 53455 N/mM2 1.95拉伸模量 DIN 53457 N/mM2 63剪切强度 ISO 19221 ASTMC273 N/mM2 1.2剪切模量 ASTMC393 N/mm2 30剪切断裂 ISO 1922 % 30冲击强度 DIN 53453 kJ/m2 0.9室温热导率 DIN526121ASTMC177 W/m K 0.025热变形温度 DIN 53445 C 75驾驶舱的滚动链条要求承700 N的静负荷8，因此采用单向碳纤维制成。驾驶舱两边增加了加强胫以

13、抵御可能出现的横向冲击。图9 显示了Icarus在保罗 里卡德赛道上竞赛情况。4 结论Icarus诞生于Matosinhos艺术于设计学校计算机试验室，在那里完成了从概念到基于人体工程学的计算机模型的转换。在Aveiro大学的机械工程系工作室完成的虚拟模型到原型车的转换。汽车的设计过程考虑了汽车功能和汽车美学以及生产过程的材料选择。夹层结构材料是生产复杂、轻便的表面结构的完美材料。 作为教育学的观点来看，该项目提供了一份额外的附加价值，因为它使学生可以参与到实际项目中，可以更实际的学习工程基础知识。要成功地实现项目的目标，有必要结合不同设计领域的知识，这样学生感受深处。具有这些特征的项目必须得

14、到支持，甚至可以融入到教学与学术环境中，如果是这样，学生们将在他们成为工程师的过程中受益匪浅。最后，伊卡洛斯获得了1998年的壳牌环保马拉松比赛一等设计奖和国际交流奖。鸣谢笔者要感谢所有学生，设计师和伊卡洛斯项目所涉及的教师。特别致谢Aveiro大学校长和赞助商提供的后勤和财政支持。参考资料 1 Science and Engineering Research Council, Report of the Engineering Design Working Party, 1983 (Lickley report )2 Tavares de Castro, P.M. Design and Ma

15、terials: Algumas Generalidades, Translation: Design and materials: some considerations, notes of a speech for teachers of the course of Technology of Design, GETAP, 1991.3 Engineering Design-Report of a Committee Appointed by the Council of Scientific and Industrial Research to Consider the Present standin