一种具有变曲率特性的仿生汽车顶盖外板制造技术

本发明专利技术涉及一种汽车顶盖，具体为一种具有变曲率特性的仿生型汽车顶盖外板。本发明专利技术涉及的变曲率顶盖外板采用了仿生设计理念，将具有良好空气动力学特性的麻雀头部纵剖面外轮廓曲线用于车身顶盖纵剖面准线的设计，能够更好地对驾驶室和驾驶室内的成员起到保护、包络作用，同时隔热、隔音效果更好。本发明专利技术在一定程度上改善了汽车的燃油经济性，同时兼具造型流线、外型美观、风阻系数小的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽车顶盖，具体为一种具有变曲率特性的仿生型汽车顶盖外板。技术背景汽车顶盖作为车身造型的重要组成部分，它在很大程度上决定了人们对一辆汽车的第一感觉，同时它又是影响汽车空气动力学、燃油经济性、动力性的重要因素之一。研究表明，汽车在高速行驶时其主要阻力为空气阻力。当汽车以80km/h的速度行驶时，引擎60％的功率用来克服空气阻力；当汽车以150km/h的速度行驶时，其空气阻力是滚动阻力的2-3倍。如车身空气阻力系数降低10％，则可节省燃油7％左右。这意味着通过优化车身顶盖几何形状能够有效改善整车燃料经济性与动力性。现有的车身顶盖多采用“三明治”结构，即由顶盖外板、顶盖内板、内饰组合而成，其中顶盖为与空气接触的直接部件，是影响车身空气阻力系数的直接部件。传统的汽车顶盖多采用模具冲压而成，冲压模具几何结构大体呈现球形状，这主要是出于成本与工艺的考虑。传统工艺冲压的汽车顶盖虽具有一定的流线型，但以此成型的顶盖在风洞实验时往往不能表现出良好的空气动力学性能，这在一定程度上影响了汽车的燃油经济性。为了改善这一问题，我们采用“仿生设计”的方法重新设计车身顶盖。自然界生物经过亿万年的进化，具有很好的环境适应能力，这为人类的专利技术创造提供了灵感。仿生设计能够让车身更具视觉冲击力和美感，同时够拉近了人与自然的距离，在一定程度上诠释了人与自然的和谐相处。素有“老家贼”之称的麻雀经过长时间的生物进化能飞善跳、动作灵敏，研究表明其头部在飞行时呈现一定的几何形状(图1)。本专利技术在此基础上通过最小二乘法拟合其头部纵剖面外轮廓曲线并设计出一种具有变曲率特性的低空气阻力系数的车身顶盖(图2)，同时增加整车的流线型、隔音降噪、空气导流、可观瞻性、安全等性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，改善汽车的燃油经济性，提供一种结构简单、造型流线、外型美观、风阻系数小、隔音降噪的“麻雀头式”车身顶盖——变曲率特性的仿生型汽车顶盖外板。本专利技术的目的是这样实现的：所述汽车顶盖外板纵剖面准线形状采用麻雀飞翔时的头部纵剖面外轮廓曲线EF形状；具体制造方法是：(1)、通过高速摄像机记录麻雀飞翔时的头部特征，将记录的头部特征经过优化处理后，将头部纵剖面外轮廓曲线绘制于坐标纸上。将坐标纸上数据经过最小二乘法处理后拟合出麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1-1，详见下式：(2)、将麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1-1导入SolidWorks并与高速摄像机记录麻雀飞翔时的头部特征进行对比优化，确保拟合精度，采用的拟合次数为三次；(3)、将对比优化后外轮廓曲线方程绘制于SolidWorks中(图6)，并在相应位置绘制曲线LM、NP、ST，曲线LM、NP、ST均为圆弧结构，其具体参数如下：圆弧LM的参数为：圆心坐标(0，-48)、点L坐标(-60，143)、点M坐标(60，143)、圆弧半径240；圆弧NP的参数为：圆心坐标(0.00，232)、点N(-55.，6)、点P(55，6)、圆弧半径230；圆弧ST的参数为：圆心坐标(0，-241)、点S坐标(-61，-7)、点T坐标(61，-7)、圆弧半径240；仿生曲线EF：(4)、曲线LM、NP、ST、EF绘制完成后，将曲线LM、NP、ST作为轮廓线，曲线EF为引导线进行曲面放样，将放样后曲面进行加厚处理，厚度为1mm；(5)、为了进一步降低车身顶盖的的风阻系数，对加厚后的顶盖进行圆角处理，圆角的大小可根据不同车型应需而定，得到图2所示汽车顶盖外板。本专利技术的优点和技术效果是：(1)本专利技术涉及一种仿生型变曲率特性的车身顶盖外板，具体可表述为车身顶盖的设计灵感来源于麻雀头。本设计抛弃了传统的“钝体式”顶盖设计。(2)本专利技术涉及的变曲率顶盖外板采用了仿生设计理念。将具有良好空气动力学特性的麻雀头部纵剖面外轮廓曲线用于车身顶盖纵剖面准线的设计。车身顶盖纵剖面准线EF方程见式1-1，准线及曲率形式如图3所示。(3)本专利技术涉及的车身顶盖外板纵剖面准线具有变曲率特性，曲率呈现先增大后变小又增大的趋势(图3)；边线LM、NP、ST为定曲率圆弧，曲率大小为半径的倒数。这在一定程度上既兼顾了汽车的燃油经济性，又降低了工艺难度系数。圆弧LM的参数为：圆心坐标(0，-48)、点L坐标(-60，143)、点M坐标(60，143)、圆弧半径240。圆弧NP的参数为：圆心坐标(0.00，232)、点N(-55.，6)、点P(55，6)、圆弧半径230。圆弧ST的参数为：圆心坐标(0，-241)、点S坐标(-61，-7)、点T坐标(61，-7)、圆弧半径240。(4)曲面是圆弧曲线LM、NP、ST沿仿生型引导线放样而成，放样而成的曲面表面结构简单、造型流线、外型美观、风阻系数小、空气导流性好。(5)所涉及的仿生型车身顶盖厚度为1mm，L、M、S、T四角均进行圆角设计(图4)，加厚后的曲面均进行圆角处理，圆角的大小可根据不同车型应需而定，其目的是进一步降低车身顶盖的风阻系数。(6)汽车车身顶盖外板可采用碳纤维材料。用碳纤维增强树脂基复合材料代替传统的车身顶盖钢板，可有效降低车身整体质量。在长宽比、厚度、迎风角、切向角等参数不变的前提下，三层纤维层从上至下的铺层角度方案为[90/45/0](图5)，其中0度方向为顶盖横向。选用此种铺层顺序的目的主要是考虑了车身顶盖的弯曲刚度、扭转刚度和模态性能等。研究表明，当纤维层铺层角较大时，车身顶盖外板弯曲刚度大、模态频率高；当铺层角较小时，车身顶盖外板扭转刚度大；采用混合铺层的性能一般优于单一铺层；碳纤维铺层顺序对车身顶盖外板的弯曲刚度、扭转刚度和模态频率影响不明显。(7)汽车车身顶盖外板材料亦可采用生物基材料，植物纤维中的大麻、剑麻、黄麻、棕搁叶和竹纤维等均是非常好的增强材料，它们与可降解基体材料结合可制成可完全降解的“绿色复合材料”。用生物基材料代替传统的引擎盖外钢板，可使汽车更加的绿色、环保。生物基原材料可来源于植物的果实、黄豆、甘蔗、红薯、玉米、竹子、亚麻等植物纤维。(8)引擎盖加工工艺可采用传统的冲压工艺亦可采用3D打印技术。(9)本专利技术所涉及的仿生型汽车车身顶盖外板可根据需要对麻雀头部纵剖面外轮廓曲线进行伸缩、伸缩，从而设计出不同尺寸的仿生型车身顶盖，满足不同车型的需要。(10)本专利技术为仿生型车身顶盖外板，能够更好地对驾驶室和驾驶室内的成员起到、保护、包络作用，同时隔热、隔音效果更好。附图说明图1为麻雀飞行时头部状态图。图2为本专利技术的仿生型汽车顶盖外板结构图。图3为拟合后的麻雀头部纵剖面内外轮廓曲线及其曲率变化形式图。图4为最终成型的仿生型车身顶盖外板图。图5为汽车顶盖的纤维铺成顺序图。图6为仿生型汽车顶盖的纵剖面准线形式图。具体实施方案本专利技术涉及具体的实施方式如下：(1)、通过高速摄像机记录麻雀飞翔时的头部特征，将记录的头部特征经过优化处理后，将头部纵剖面外轮廓曲线绘制于坐标纸上。将坐标纸上数据经过最小二乘法处理后拟合出麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1-1，详见下式：(2)、将麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1-1导入SolidWorks并与高速摄像机记录麻雀飞翔时的头部特征进行对比优化，确保拟合精度，采用的拟合次数为三次；(3)、将对比优化后外轮廓曲线方程绘制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有变曲率特性的仿生型汽车顶盖外板，其特征在于：所述汽车顶盖外板纵剖面准线形状采用麻雀飞翔时的头部纵剖面外轮廓曲线EF形状；具体制造方法是：(1)、通过高速摄像机记录麻雀飞翔时的头部特征，将记录的头部纵剖面外轮廓曲线特征经过优化处理后绘制于坐标纸上；再将坐标纸上数据经过最小二乘法处理后拟合出麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1‑1，详见下式：x=0.00002127166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747ty=-0.0000266616t3+0.01038254156t2-0.95737477504t,t∈0150---(1-1);]]>(2)、将麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1‑1导入SolidWorks并与高速摄像机记录的麻雀飞翔时的头部特征进行对比优化，确保拟合精度，采用的拟合次数为三次；(3)、将对比优化后的外轮廓曲线方程绘制于SolidWorks中，并在相应位置绘制曲线LM、NP、ST，曲线LM、NP、ST均为圆弧结构，其具体参数如下：圆弧LM的参数为：圆心坐标(0，‑48)、点L坐标(‑60，143)、点M坐标(60，143)、圆弧半径240；圆弧NP的参数为：圆心坐标(0.00，232)、点N(‑55.，6)、点P(55，6)、圆弧半径230；圆弧ST的参数为：圆心坐标(0，‑241)、点S坐标(‑61，‑7)、点T坐标(61，‑7)、圆弧半径240；仿生曲线EF：(4)、曲线LM、NP、ST、EF绘制完成后，将曲线LM、NP、ST作为轮廓线，曲线EF为引导线进行曲面放样，将放样后曲面进行加厚处理，厚度为1mm；(5)、为了进一步降低车身顶盖的的风阻系数，对加厚后的顶盖进行圆角处理，圆角的大小可根据不同车型应需而定，得到汽车顶盖外板。...

【技术特征摘要】
1.一种具有变曲率特性的仿生型汽车顶盖外板，其特征在于：所述汽车顶盖外板纵剖面准线形状采用麻雀飞翔时的头部纵剖面外轮廓曲线EF形状；具体制造方法是：(1)、通过高速摄像机记录麻雀飞翔时的头部特征，将记录的头部纵剖面外轮廓曲线特征经过优化处理后绘制于坐标纸上；再将坐标纸上数据经过最小二乘法处理后拟合出麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1-1，详见下式：x=0.00002127166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747ty=-0.0000266616t3+0.01038254156t2-0.95737477504t,t∈0150---(1-1);]]>(2)、将麻雀头部纵剖面外轮廓曲线方程1-1导入SolidWorks并与高速摄像机记录的麻雀飞翔时的头部特征进行对比优化，确保拟合精度，采用的拟合次数为三次；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马芳武，倪利伟，吴量，史津竹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22