浅谈CAD技术在车辆设计中的应用及发展趋势

武守辉　赵迪　陈永利

【摘 要】近年来，随着我国计算机技术的快速发展，CAD技术为我国汽车制造行业提供了很大的技术支持。本文主要介绍CAD技术的发展历程，在车辆设计中的具体应用，在车身、底盘、电子产品等等的设计中都起到缩短设计周期、加快研发进程的作用。CAD技术正朝着智能化、普遍化、集成化、标准化的方向发展。

【关键词】CAD技术；车辆设计；发展趋势

中图分类号： TH122；TP391.72 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）17-0170-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.085

【Abstract】In recent years，with the rapid development of China's computer technology，CAD technology has provided great technical support for China's automobile manufacturing industry.This paper mainly introduces the development of CAD technology，the concrete application in vehicle design，in the body，chassis，the design of electronic products and so on all have shorten the design cycle，to speed up the progress of research and development.CAD technology is developing towards intelligence，generalization，integration and standardization.

【Key words】CAD technology；Vehicle design；Development trend

1 CAD技术概述

计算机辅助设计技术（Computer Aided Design）简称CAD。起源于上个世纪六十年代，是计算机和工程设计技术相结合的产物。1963年，麻省理工学院的研究小组在美国计算机联合会会议上发表了关于计算机辅助设计的论文，开始了计算机辅助设计技术的发展历程，时至今日，CAD技术已经历了40多年的发展。CAD充分利用了计算机快速准确运算以及技术人员的思维分析能力，并且成功的把二者结合起来。以此来加快设计进程，缩短设计周期，同时因为它的精准度高，所以也保证了产品的质量。毫不夸张的说，CAD技术在某些领域内，从根本上解开了设计工作者身上的繁重枷锁。CAD技术本身也正在发展为计算机领域内的单独产业，并且，正在以非常快的速度向前发展着。

2 国内外CAD技术的发展

我国的CAD技术大概起步于上世纪六十年代末，基本上与工业发达的国家同步。目前，在国内CAD技术也已经得到了很廣泛的应用[1]。例如：机械、航天、汽车、航空、建筑、公路、铁路等等在这些领域也都见到了CAD技术的身影。伴随着计算机的快速发展，也带动了包括CAD技术在内的新兴技术的发展。因为AutoCAD等国外辅助设计软件对我国的格式不完全相同，在正常的工程设计中会带来极大的不便，所以，在这种情况下我国的软件工程师们结合我国的实际情况与特点，开发了一批优秀的软件技术。例如：华中理工大学的开目CAD、北航海尔的CAXA电子图板、华中软件公司的InteCAD等等。这些新产品的上市，由于画法新颖，绘图速度快，参数化的设计等功能，吸引了不少的客户。

国外拥有领先于我国的图形学技术，对CAD研究水平较高。在CAD技术这个领域中，美国可以说是一直处于领先地位。在美国，CAD技术已经发展到一个相当高的地步，机械、建筑、公路、医院管理和事务管理等等，都得到了广泛的应用。20世纪50年代，计算机由电子管组成，主要用于科学计算，图形设备仅具有输出功能，CAD技术处于酝酿阶段。20世纪60年代，计算机和图形设备价格昂贵、技术复杂，只有一些财力雄厚的公司才能够使用。20世纪60年代中期，出现了商品形式的CAD设备，CAD技术进入了应用阶段。随着技术水平的提高，CAD技术日渐成熟，得以广泛的运用在各行各业中去。科学计算可视化、虚拟设计和制造是发展的新方向。

3 CAD技术在车身设计中的应用

在汽车的新产品研发中，通常是对已经成熟的车型进行外部结构的造型改动，发动机等内部零件一般不会做出太大的变动。所以只需要进行车身的重新设计即可达到目的，汽车内部构造的设计数据就可以重复使用[4]。

构成车身的零部件大部分是比较复杂的曲面，我们以某客车为例，按照车身构件的技术要求、结构特点、功能作用分为三类。一、车身内部的覆盖构件 例如：仪表板、门内板等，它们都要承受一定的压力或冲击，应该有足够的强度和刚度，所以结构上会有很多的凹槽和凸起。二、车身外部的覆盖构件 这部分构件主要是大型的曲面，构成车身的外型，要求构件的表面光滑且平整，曲面过度的部分圆润而光滑，各个构件相互吻合良好。三、骨架类零件 例如：左右后立柱、左右加强板和各种纵梁、横梁。它们主要对车身起加强和支撑的作用，结构上有很多加强筋，以柱状零件为主。

在三维数模的基础上，建立车身的总成模型。之后直观的观察各个零件之间的连接关系，对它们的吻合关系一目了然。

3.1 CAD技术在车架设计中的应用

车架是底盘、发动机和车身各总成的承载结构，是非常重要的部分。因为车架受力比较复杂，难以人为计算，所以就需要计算机来完成。利用CAD技术建模，建立车架的有限元模型，由于纵梁的装配孔比较多，处理的时候保留加载处的重要孔即可，车架附件对车架的刚度及强度的影响不是太大，忽略不计。这里采用装配的方法对零件进行搭接处仿真处理[2]。

车架的载荷分布情况是按照其安装位置和重量大小来处理的，多用途构件的载荷是参考其重量对它的位置的贡献大小来分配的。通过计算机模拟实验，根据车架受力情况不同，分为车辆满载匀速行驶、满载匀速爬坡、满载加速行驶、满载转弯行驶以及满载在规定车速突然制动行驶。通过计算机简化计算，算出车架比较完美的载荷分布情况，按照计算结果制造实物模型。

3.2 CAD技术在车桥设计中的应用

车桥结构的设计，应该根据要实现的外观、功能来设计草图，之后生成相应的实体，确定装配关系，模拟车桥零件的装配过程，检查干涉情况，并认真修改不足之处，每个重要过程的参数可变，自由设定参数间的关联性。 草图设计是车桥设计的基础部分。利用CAD技术进行绘制，可以对草图的尺寸进行修改或重建。装配设计建模的方法主要有自底向上、自顶向下、概念设计三种。第一种是先把零件设计出来，然后拼装产品。第二种是先把产品的外形和功能想象出来，再从整个外形里划分出产品的零部件，一直到最底层的零件。在车桥中，有些结构较为复杂，只能采用自顶向下的方法。只有变量装配设计才能支持自顶向下设计。变量装配技术是实现动态装配的关键技术，所谓的动态装配设计指的是设计变量约束、设计变量、装配约束驱动下的可变装配设计。

CAD技术对车桥的设计不仅仅是外观及结构，对于已经完成的车桥，运用CAE可以对其进行刚度、强度、跌落实验模拟、疲劳、散热能力等分析。通过实验数据分析车桥的设计是否合理，然后在CAD软件中进行部分修改，再检测，直到满足要求的车桥设计出来[3]。

3.3 CAD技术在仪表盘面板设计中的应用

仪表盘面板，属于汽车内饰件，在采集数据之前必须规划出测量路径，对零件进行形体分析[5]。仪表盘中间的面板主要由主曲面、椭圆曲面以及两个矩形曲面组成，由于其几何形状的特征，我们采集零件点云数据，拟合成曲线，根据曲线的变化趋势，来提高曲线光顺度。之后利用网格曲线功能生成曲面部分，并能很好的控制。通过面倒圆的方法生成光滑曲面，之后利用布尔运算在曲面上面生成小孔，然后拟合生成零件整个的表面形状。与此同时，对仪表盘零部件背面进行正向的设计，同时生成正、反两面的三维模型。测量的时候应该尽量一次装夹完成所需数据的采集，确保零件的测量精准度，达到消除因为多次装夹而造成测量误差的目的。

4 CAD技术对汽车企业的重要性

汽车行业是最先运用CAD技术的行业之一。国外的汽车企业很早就进行了CAD软件的自主开发。现如今，几乎所有的汽车企业都会采用CAD技术。可以说，CAD技术的应用水平已经成为评价一个汽车企业水平的重要指标。我国的汽车企业一直都是纳税大户，也是CAD技术应用的排头兵，不仅仅带动了企业技术上的创新提高，同时也起到了推动企业发展的作用。传统的车辆设计过程基本上是纯手工进行，通过模型、图纸、样板等等来传递信息，随着设计技术的变革，国内著名的汽车公司都不惜重金实施CAD技术的使用及研发，就是为了满足变化速度过快的市场需求，提高自身的市场竞争力。所以，CAD技术对汽车行业的重要性是不言而喻的，我国的汽车市场可以說是非常大的，同时，行业竞争也比较激烈，掌握了先进技术，就等同于立足于不败之地。

5 CAD技术未来的发展趋势

智能化 如今，CAD技术仍然需要人为运用，在技术革新快速的今天，发展新技术才能更好的提升自身企业的竞争力。将人工智能运用在CAD技术当中，设计全过程智能化，例如：国外的建筑领域中的CAD软件都能达到从方案到逼真的效果。向着更高技术发展是CAD技术发展趋势之一。

普遍化 好的技术大家用，这才能为我国的发展做出大的贡献，不仅仅是汽车行业，要在各种设计行业都能使用。在一些发达国家中，CAD技术在制造业的使用覆盖率高达70%以上。产品的设计都是由计算机完成，例如：美国通用汽车、日本大限公司等等，在CAD技术运用方面都达到了很高的水平。

集成化 当前CAD技术发展的趋势之一是系统集成化。以达到新产品设计及制造自动化的目的。集成化的多层次性表现在，它即可以是系统内部模块的集成，也可以是不同种系统间的相互兼容。在工程设计中的不同辅助设计软件相互兼容，主要表现在产品整个生命周期上都可以支持系统集成化，规范化、标准化是实现CAD技术集成化的根本保证，增强CAD技术的模块移植性、功能互联性、系统开放性，进一步提高CAD的集成度，使CAD技术在整个产品的设计中都能发挥重要作用。

标准化 CAD技术在最初的开发过程中，各个模块和功能是各自独立进行的，但是在开发结果出来以后，在硬件、软件、数据格式及数据储存方面产生了很多障碍，严重影响了CAD技术的集成。如果CAD标准化难以实现，将会影响到CAD技术往后的发展，会拖慢技术更新的进度，阻碍发展。

6 结语

随着科学技术的不断进步，工程设计正朝着数字化、网络化的方向发展，产品的研发周期越来越短，新产品的上市速度也越来越快。CAD技术得到广泛应用已经是不可阻挡的，它的使用提升了设计效率、减轻了设计人员的工作负担、增强了设计方案的合理性、缩短了设计周期，同时、促进了行业标准化的进度。CAD技术也不断地革新，正向着智能化、普遍化、集成化和标准化的方向快速发展。

【参考文献】

[1]晁阳.浅谈CAD技术的应用现状和发展趋势[A].杨凌职业技术学院，陕西，2015（9）.

[2]王毅.浅谈CAD/CAM技术在汽车产业中的应用及发展[A].山东科技大学交通学院，2016（2）.

[3]李炎粉，程彩霞.论CAD CAM技术在汽车中的应用[J].科协论坛（下半月），2010，（10）.

[4]李秋娟，张兵，论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展[J].化学工程与装配，2010.

[5]赵天婵，冯俊，王维.汽车仪表盘面板逆向设计中CAD/CAM技术的应用[A].江汉大学，2008.