一種具有變曲率特性的仿生汽車頂蓋外板制造技術

本發明專利技術涉及一種汽車頂蓋，具體為一種具有變曲率特性的仿生型汽車頂蓋外板。本發明專利技術涉及的變曲率頂蓋外板采用了仿生設計理念，將具有良好空氣動力學特性的麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線用于車身頂蓋縱剖面準線的設計，能夠更好地對駕駛室和駕駛室內的成員起到保護、包絡作用，同時隔熱、隔音效果更好。本發明專利技術在一定程度上改善了汽車的燃油經濟性，同時兼具造型流線、外型美觀、風阻系數小的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種汽車頂蓋，具體為一種具有變曲率特性的仿生型汽車頂蓋外板。技術背景汽車頂蓋作為車身造型的重要組成部分，它在很大程度上決定了人們對一輛汽車的第一感覺，同時它又是影響汽車空氣動力學、燃油經濟性、動力性的重要因素之一。研究表明，汽車在高速行駛時其主要阻力為空氣阻力。當汽車以80km/h的速度行駛時，引擎60％的功率用來克服空氣阻力；當汽車以150km/h的速度行駛時，其空氣阻力是滾動阻力的2-3倍。如車身空氣阻力系數降低10％，則可節省燃油7％左右。這意味著通過優化車身頂蓋幾何形狀能夠有效改善整車燃料經濟性與動力性。現有的車身頂蓋多采用“三明治”結構，即由頂蓋外板、頂蓋內板、內飾組合而成，其中頂蓋為與空氣接觸的直接部件，是影響車身空氣阻力系數的直接部件。傳統的汽車頂蓋多采用模具沖壓而成，沖壓模具幾何結構大體呈現球形狀，這主要是出于成本與工藝的考慮。傳統工藝沖壓的汽車頂蓋雖具有一定的流線型，但以此成型的頂蓋在風洞實驗時往往不能表現出良好的空氣動力學性能，這在一定程度上影響了汽車的燃油經濟性。為了改善這一問題，我們采用“仿生設計”的方法重新設計車身頂蓋。自然界生物經過億萬年的進化，具有很好的環境適應能力，這為人類的專利技術創造提供了靈感。仿生設計能夠讓車身更具視覺沖擊力和美感，同時夠拉近了人與自然的距離，在一定程度上詮釋了人與自然的和諧相處。素有“老家賊”之稱的麻雀經過長時間的生物進化能飛善跳、動作靈敏，研究表明其頭部在飛行時呈現一定的幾何形狀(圖1)。本專利技術在此基礎上通過最小二乘法擬合其頭部縱剖面外輪廓曲線并設計出一種具有變曲率特性的低空氣阻力系數的車身頂蓋(圖2)，同時增加整車的流線型、隔音降噪、空氣導流、可觀瞻性、安全等性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有技術的不足，改善汽車的燃油經濟性，提供一種結構簡單、造型流線、外型美觀、風阻系數小、隔音降噪的“麻雀頭式”車身頂蓋——變曲率特性的仿生型汽車頂蓋外板。本專利技術的目的是這樣實現的：所述汽車頂蓋外板縱剖面準線形狀采用麻雀飛翔時的頭部縱剖面外輪廓曲線EF形狀；具體制造方法是：(1)、通過高速攝像機記錄麻雀飛翔時的頭部特征，將記錄的頭部特征經過優化處理后，將頭部縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標紙上。將坐標紙上數據經過最小二乘法處理后擬合出麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1-1，詳見下式：(2)、將麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1-1導入SolidWorks并與高速攝像機記錄麻雀飛翔時的頭部特征進行對比優化，確保擬合精度，采用的擬合次數為三次；(3)、將對比優化后外輪廓曲線方程繪制于SolidWorks中(圖6)，并在相應位置繪制曲線LM、NP、ST，曲線LM、NP、ST均為圓弧結構，其具體參數如下：圓弧LM的參數為：圓心坐標(0，-48)、點L坐標(-60，143)、點M坐標(60，143)、圓弧半徑240；圓弧NP的參數為：圓心坐標(0.00，232)、點N(-55.，6)、點P(55，6)、圓弧半徑230；圓弧ST的參數為：圓心坐標(0，-241)、點S坐標(-61，-7)、點T坐標(61，-7)、圓弧半徑240；仿生曲線EF：(4)、曲線LM、NP、ST、EF繪制完成后，將曲線LM、NP、ST作為輪廓線，曲線EF為引導線進行曲面放樣，將放樣后曲面進行加厚處理，厚度為1mm；(5)、為了進一步降低車身頂蓋的的風阻系數，對加厚后的頂蓋進行圓角處理，圓角的大小可根據不同車型應需而定，得到圖2所示汽車頂蓋外板。本專利技術的優點和技術效果是：(1)本專利技術涉及一種仿生型變曲率特性的車身頂蓋外板，具體可表述為車身頂蓋的設計靈感來源于麻雀頭。本設計拋棄了傳統的“鈍體式”頂蓋設計。(2)本專利技術涉及的變曲率頂蓋外板采用了仿生設計理念。將具有良好空氣動力學特性的麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線用于車身頂蓋縱剖面準線的設計。車身頂蓋縱剖面準線EF方程見式1-1，準線及曲率形式如圖3所示。(3)本專利技術涉及的車身頂蓋外板縱剖面準線具有變曲率特性，曲率呈現先增大后變小又增大的趨勢(圖3)；邊線LM、NP、ST為定曲率圓弧，曲率大小為半徑的倒數。這在一定程度上既兼顧了汽車的燃油經濟性，又降低了工藝難度系數。圓弧LM的參數為：圓心坐標(0，-48)、點L坐標(-60，143)、點M坐標(60，143)、圓弧半徑240。圓弧NP的參數為：圓心坐標(0.00，232)、點N(-55.，6)、點P(55，6)、圓弧半徑230。圓弧ST的參數為：圓心坐標(0，-241)、點S坐標(-61，-7)、點T坐標(61，-7)、圓弧半徑240。(4)曲面是圓弧曲線LM、NP、ST沿仿生型引導線放樣而成，放樣而成的曲面表面結構簡單、造型流線、外型美觀、風阻系數小、空氣導流性好。(5)所涉及的仿生型車身頂蓋厚度為1mm，L、M、S、T四角均進行圓角設計(圖4)，加厚后的曲面均進行圓角處理，圓角的大小可根據不同車型應需而定，其目的是進一步降低車身頂蓋的風阻系數。(6)汽車車身頂蓋外板可采用碳纖維材料。用碳纖維增強樹脂基復合材料代替傳統的車身頂蓋鋼板，可有效降低車身整體質量。在長寬比、厚度、迎風角、切向角等參數不變的前提下，三層纖維層從上至下的鋪層角度方案為[90/45/0](圖5)，其中0度方向為頂蓋橫向。選用此種鋪層順序的目的主要是考慮了車身頂蓋的彎曲剛度、扭轉剛度和模態性能等。研究表明，當纖維層鋪層角較大時，車身頂蓋外板彎曲剛度大、模態頻率高；當鋪層角較小時，車身頂蓋外板扭轉剛度大；采用混合鋪層的性能一般優于單一鋪層；碳纖維鋪層順序對車身頂蓋外板的彎曲剛度、扭轉剛度和模態頻率影響不明顯。(7)汽車車身頂蓋外板材料亦可采用生物基材料，植物纖維中的大麻、劍麻、黃麻、棕擱葉和竹纖維等均是非常好的增強材料，它們與可降解基體材料結合可制成可完全降解的“綠色復合材料”。用生物基材料代替傳統的引擎蓋外鋼板，可使汽車更加的綠色、環保。生物基原材料可來源于植物的果實、黃豆、甘蔗、紅薯、玉米、竹子、亞麻等植物纖維。(8)引擎蓋加工工藝可采用傳統的沖壓工藝亦可采用3D打印技術。(9)本專利技術所涉及的仿生型汽車車身頂蓋外板可根據需要對麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線進行伸縮、伸縮，從而設計出不同尺寸的仿生型車身頂蓋，滿足不同車型的需要。(10)本專利技術為仿生型車身頂蓋外板，能夠更好地對駕駛室和駕駛室內的成員起到、保護、包絡作用，同時隔熱、隔音效果更好。附圖說明圖1為麻雀飛行時頭部狀態圖。圖2為本專利技術的仿生型汽車頂蓋外板結構圖。圖3為擬合后的麻雀頭部縱剖面內外輪廓曲線及其曲率變化形式圖。圖4為最終成型的仿生型車身頂蓋外板圖。圖5為汽車頂蓋的纖維鋪成順序圖。圖6為仿生型汽車頂蓋的縱剖面準線形式圖。具體實施方案本專利技術涉及具體的實施方式如下：(1)、通過高速攝像機記錄麻雀飛翔時的頭部特征，將記錄的頭部特征經過優化處理后，將頭部縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標紙上。將坐標紙上數據經過最小二乘法處理后擬合出麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1-1，詳見下式：(2)、將麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1-1導入SolidWorks并與高速攝像機記錄麻雀飛翔時的頭部特征進行對比優化，確保擬合精度，采用的擬合次數為三次；(3)、將對比優化后外輪廓曲線方程繪制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有變曲率特性的仿生型汽車頂蓋外板，其特征在于：所述汽車頂蓋外板縱剖面準線形狀采用麻雀飛翔時的頭部縱剖面外輪廓曲線EF形狀；具體制造方法是：(1)、通過高速攝像機記錄麻雀飛翔時的頭部特征，將記錄的頭部縱剖面外輪廓曲線特征經過優化處理后繪制于坐標紙上；再將坐標紙上數據經過最小二乘法處理后擬合出麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1?1，詳見下式：x=0.00002127166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747ty=-0.0000266616t3+0.01038254156t2-0.95737477504t,t∈0150---(1-1);]]>(2)、將麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1?1導入SolidWorks并與高速攝像機記錄的麻雀飛翔時的頭部特征進行對比優化，確保擬合精度，采用的擬合次數為三次；(3)、將對比優化后的外輪廓曲線方程繪制于SolidWorks中，并在相應位置繪制曲線LM、NP、ST，曲線LM、NP、ST均為圓弧結構，其具體參數如下：圓弧LM的參數為：圓心坐標(0，?48)、點L坐標(?60，143)、點M坐標(60，143)、圓弧半徑240；圓弧NP的參數為：圓心坐標(0.00，232)、點N(?55.，6)、點P(55，6)、圓弧半徑230；圓弧ST的參數為：圓心坐標(0，?241)、點S坐標(?61，?7)、點T坐標(61，?7)、圓弧半徑240；仿生曲線EF：(4)、曲線LM、NP、ST、EF繪制完成后，將曲線LM、NP、ST作為輪廓線，曲線EF為引導線進行曲面放樣，將放樣后曲面進行加厚處理，厚度為1mm；(5)、為了進一步降低車身頂蓋的的風阻系數，對加厚后的頂蓋進行圓角處理，圓角的大小可根據不同車型應需而定，得到汽車頂蓋外板。...

【技術特征摘要】
1.一種具有變曲率特性的仿生型汽車頂蓋外板，其特征在于：所述汽車頂蓋外板縱剖面準線形狀采用麻雀飛翔時的頭部縱剖面外輪廓曲線EF形狀；具體制造方法是：(1)、通過高速攝像機記錄麻雀飛翔時的頭部特征，將記錄的頭部縱剖面外輪廓曲線特征經過優化處理后繪制于坐標紙上；再將坐標紙上數據經過最小二乘法處理后擬合出麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1-1，詳見下式：x=0.00002127166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747ty=-0.0000266616t3+0.01038254156t2-0.95737477504t,t∈0150---(1-1);]]>(2)、將麻雀頭部縱剖面外輪廓曲線方程1-1導入SolidWorks并與高速攝像機記錄的麻雀飛翔時的頭部特征進行對比優化，確保擬合精度，采用的擬合次數為三次；(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬芳武，倪利偉，吳量，史津竹，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22