当油泥模型在汽车车身设计中的应用

油泥模型在汽车车身设计中的应用

早期的汽车车身模型多用石膏和木板为材料，木质模型特点是变形小、不易破损、可长期保存。石膏较便宜，但强度较低，而且不便于反复修改。1955年日本首次使用工业油泥进行汽车模型的设计开发。1972年美（1）选用及装卡夹块；国通用汽车公司将油泥应用到汽车设计开发模型上，使汽车设计摆脱了受限于呆板的石膏、木板的历史。我国是在70年代初开始应用这一技术。当今，几乎对所有世界知名汽车公司而言，制作油泥模型是设计过程中非常重要的一个环节。

1 油泥模型的特点

油泥为什么会成为汽车模型材料的首选呢?主要原因是这种材料便于成形、修改和补充。油泥模型师在雕塑油泥模型的过程中可以很方便地对所有表面细部形状进行试验、探索、比较和修改。以前油泥是用石蜡、凡士林、润滑脂加入填充剂（如滑石粉等）加热熔合，但现在早已用可塑性合成材料拓宽销售渠道取代，油泥是用油脂、填料、改性添加剂和颜料等组成的混合物。合成材料油泥加热（如60～70℃）后，很容易敷在骨架上，冷却至室温其表面会硬化，但仍可用特制的刮刀、铲刀、锉刀等工具轻易地加工成形，完成后可以得到十分光滑的表面。模型便于修改，不易风化干燥或龟裂，因而尺寸比较稳定，所以成为现在最广泛采用的汽车模型材料。

2 传统车身设计流程

早期的车身设计采用传统的设计方法，整个过程是基于手工设计完成的，分为概念设计和技术设计两个阶段。主要包括手工造型设计、实物模型制作和依据经验的结构设计。其特点是整个设计过程必须通过实物和图纸结合的方式来表达设计并传递设计的数据信息。传统的车身设计方法流程框图如图1所示。

从图1中可以看出，1∶5的车身布置图绘制出来后，参照缩比彩色效果图，就可以着手制作1∶5的缩比油泥模型。在对做好的缩比油泥模型进行风洞实验，分析了其汽车的空气动力性能以后，就可以制作1∶1的全尺寸油泥模型了。

在传统的车身设计流程中，实物油泥模型制作是必须经历的一个环节。在整个设计阶段，要做1∶5和1∶1两种不同比例的油泥模型。

比例模型的作用是将所选用的效果图立体化，一般做1～3个。做比例模型是为了体现和修正效果图中未能表现出或尚未明确的部位，是进一步明确车型概念的重要环节，如图2所示。实体模型可以使产品的特征更真实化、鲜明化。在模型制作过程中可同时进行设计目标、结构、生产性方面的分析研究。在满足设计要求的前提下，可对模型进行改进以完善汽车外观设计。

由于车身外表面多为整体化的连续曲面，仅制作缩比模型是不够的，只有通过全尺寸油泥模型才可能将所有曲面及其间过渡形体准确地表现清楚，所以车身的一切尺寸形状都需要用全尺寸油泥模型作为图纸的辅助依据。70年代初期，计算机辅助设计在车身设计中应用，从全尺寸油泥模型上可以采用三维座标仪测量空间曲面，然后进行光顺处理，建立数学模型，数学模型的数据可作为结构设计、工艺设计及加工制造的依据。因此，全尺寸油泥模型的作用就更为重要，相应地对全尺寸油泥模型的光顺性与精确度的要求也愈严格。

雕塑全尺寸油泥模型必须在有座标刻度的平台上进行，并且应在平台两边安装单臂式三维座标测量仪，以测量模型尺寸，只有这样控制空间尺寸才可能保证整车机构布置与车身表面覆盖件之间的必要间隙。否则在模型上无法验证车身表面是否已严格控制在整车各部分布置尺寸范围内。

3 计算机辅助车身设计流程

近年来，随着计算机辅助设计的迅速发展，在车身设计中越来越多地引入了CAD /CAM的设计手段，改变了传统车身设计方法固有的开发周期长、设计累计误差大等问题。计算机三维建模有快速、精确等优势。尤其是新开发的虚拟现实（VR）技术给实体油泥模型制作的必要性带来了疑问，曲面造型系统CATIA改变了以往只能借助油泥模型近似准确表达曲面的工作方式。未来的计算机辅助车身设计流程如图3所示。

它利用CAD /CAM系统在计算机中建立一个数字模型取代传统设计方法中的立体实物模型。通过图形输入输出设备对生成的数字模型进行各种功能操作，观察效果，满意之后通过数控程序加工出立体模型，完成几何造型设计。随后再对形成的车身外表面数字模型进行结构设计、结构分析和生产准备。它使结构设计、有限元分析和模具加工共享统一的车身设计数据和图库，确保数据和图形的传递准确无误，而且设计、工艺和检验人员可以使用同一数据资源，既方便又准确。

采用近年来新的3D 造型技术和VR 技术发展的新成果进行外型三维模型建模，人们可以实现在计算机内部建立汽车虚拟油泥模型，利用虚拟造型工具如虚拟刮刀、刮片、模板等对汽车虚拟油泥模型进行刮、削、扫操作。该建模过程与真正的汽车油泥建模过程相一致。这种方法彻底取代了传统车身设计方法中手工制作1 ∶5和1 ∶1油泥模型的过程，是车身设计方法发展的方向。

4 现代车身设计流程

计算机辅助车身设计流程对设计人员的计算机应用水平要求较高。所以现在国内广泛采用的车身设计方法是一种介于传统车身设计和计算机辅助车身设计之间的方法，即所谓的“仿形法”，如图4所示。

从图中可以看出，在仿形法中，油泥模型以其真实性短时间不能看出问题所在仍被采用，过程中保留了效果图绘制和油泥模型制作的环节，用计算机辅助设计手段取代了传统车身方法中的主图板制作等步骤，改用计算机完成数学模型，作为生产准备文件。

5 结语

计算机辅助设计手段在车身设计中介入的范围越来越广，最终车身设计的整个过程会实现完全在计算机上完成。但是以现在的技术水平而言，数字模型和实体模型相比，数字建模的灵活性还比较低，实时数字影像技术也远未达到完美的程度。所以即使在汽车和数字技术都相当发达的国家，油泥模型制作技术长期内仍处于不可动摇的位置下面。在近期及以后相当长的一段时间，车身设计中还将采用油泥模型制作来体现设计思想和方案的具体细节，用于方案的评选和修改。 (end)