湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室简介.doc

湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室简介汽车车身先进设计制造国家重点实验室是在原汽车技术研究与开发中心的基础上扩建而成，实验室依托于湖南大学，依托学科为湖南省重点学科车辆工程学科1996 年建成湖南省数控技术研究中心；1998 年，成为我校“211”工程国家立项的重点建设学科，同年，建成湖南省汽车技术研究与开发中心，2003 年，建成为现代车身技术教育部重点实验室, 2003 年 8 月通过教育部组织的验收正式开放运行实验室坚持科学研究和技术创新并举的方针，科学研究努力站在相关领域的技术前沿，技术创新积极面向国民经济建设的主战场实验室以汽车 CAE 技术、汽车车身制造关键技术、汽车安全技术、汽车造型设计与空气动力学技术、汽车技术与产业发展战略为主要研究方向，坚持持续地对这些技术领域具有前沿性、关键性、基础性的问题进行创新研究，并将研究成果进行系统化和工程化的开发，已成为技术水平先进、研究手段齐全、能解决重大技术难题、具备开放集成能力和创新能力的实验室近五年本实验室共承担国家“973”课题 1 项、国家自然科学基金重点项目 1 项、福特—中国研究发展基金 1 项、国家“863”项目 3 项、国家“十五”科技攻关项目 3项、国家自然科学基金项目 13 项、国际重大科学研究计划项目 1 项、省(部)级项目 11项、企业委托项目 36 项，项目总经费 3650 万元。

实验室共获得国家、部、省以上的科研成果奖 12 项，其中：国家科技进步奖 2 项，部省科技进步一等奖 5 项，二等奖 5 项2002 年“薄板冲压工艺与模具设计理论、计算方法和关键技术及在车身制造中的应用”获国家科技进步一等奖，2004 年“汽车碰撞安全性设计与改进理论、方法及关键技术”获国家科技进步二等奖本实验室共发表了学术论文 780 篇，其中 SCI 收录195 篇，EI 收录 157 篇，SCI 他人引用 800 余篇次，主编学术专著 12 本本实验室申报国家专利 19 项，其中：发明专利 12 项，实用新型专利 7 项实验室拥有一个创新意识强、学术水平高、在国内外有一定知名度的创新研究群体实验室现有科研人员 45 人，其中: 中国工程院院士 1 人，特聘教授 1 人，国家杰出青年基金获得者 1 人，湖南省芙蓉学者特聘教授 1 人，博士生导师 19 人研究队伍中，正高职称人员（包括教授和教授级高工）27 人，副高职称人员（包括副教授、高级工程师）13 人,中级职称人员（包括讲师、工程师）2 人,管理人员 3 人，技术工人6 人实验室具备了从事现代车身技术研究的基础实验条件，共有资产 4200 万元，大型设备仪器 66 台/套，现有场地 5000m2，其中实验场地 2800m2，研发场地 2200m2。

同时在长沙县榔梨工业园有面积 10000 余平方米的创新实验基地，车身冲压工艺的验证和车身磨具的制造均在该基地完成主要研究方向一、 汽车造型与空气动力学车身的外形是汽车给人们的第一外观印象，是人们评价汽车的最直接方面汽车造型既是科学又是艺术李政道教授认为， “ 科学和艺术是不可分割的它们共同的基础是人类的创造力，它们追求的目标都是真理的普遍性 ” 随着时代的发展和社会的进步，人们对汽车车身的审美要求不断提高，追求舒适性、个性化已成为一种时尚 汽车空气动力学是与汽车造型以及舒适性密切相关的， 通过本方向的研究，解决汽车造型设计、汽车气动特性设计中的关键基础理论和方法问题，以及由于安全法规和舒适性要求带来的外形设计问题， 融人、车、环境系统于一体，结合工业设计的最新理念和现代 CAD 技术， 使汽车产品的外形和舒适性达到更高层次，满足市场对个性化车型的大量需求，对形成我国汽车造型自主开发能力具有极大的理论和实践意义本方向的主要研究内容包括如下几个方面：● 汽车造型设计理论 从现象学和描述性科学研究的层面，采用包括意象尺度学、感性工程学、认知心理学、审美心理学和人体工程学等领域的理论和方法，开展汽车造型设计研究，研究的关键问题包括：汽车形态意象与形态区分特征、汽车品牌特征、类型特征和风格特征的研究；汽车造型特征集、汽车造型概念驱动和特征驱动模型、汽车造型语言与语法研究；大众审美模式、用户心理模型、生活行为方式模型、流行时尚模型等的研究。

基于 案例推理（ CBR ） 的计算机辅助 汽车造型设计理论和方法也是本方向重要的研究内容，其独特创新在于“情境知识的获取、表达和应用” ， “面向人工干预的汽车造型方法”和 “相似性和相异性算法” 基于案例的设计方法符合人类心理认知求解问题的一般规律，是工业设计中一种有效的创造性系统方法 ● 数字化和可视化汽车造型设计 在科学与艺术的交叉层面上，实现汽车造型设计的数字化和可视化从工业设计、工程分析、工程制造与设计优化高度集成的层面，研究数字化汽车造型设计的方法和方法论，即从概念草图、效果图、数字建模、数控加工模型、形面数字处理、形面分块和曲面检测等方面实现汽车造型数字化和可视化 ● 人性化和可持续设计理论和方法 人性化设计是一种注重人的存在、价值、尊严的设计理念可持续设计是一种在绿色设计、适当设计和通用设计理论上发展出来的基于可持续发展思想的设计理论和方法人性化设计理论和方法重点研究汽车产品的人性化和人本化问题，从认知心理、审美心理、可用性和人性价值等多角度研究汽车人性化设计的设计要素及评价准则，建立一套行之有效和适合我国国情的人性化设计的技术方案，建立基于人体工程学的辅助汽车造型工业设计系统。

可持续设计理论与方法重点研究汽车作为一种产品 — 服务系统（ PS 系统）中，用户所获得的潜在附加价值，包括环境价值，从而真正提高汽车产品的市场价值汽车工业设计不仅实现产品的技术功能，更重要的是实现产品的价值，即产品功能的提供和使用方式，进而深刻地参与和影响人们的生活形态和生活品位 ● 汽车内、外流场仿真理论与方法 建立汽车气动特性数值仿真分析新理论模型，提高汽车内、外流场的计算精度，实现汽车车身优化气动 CAD 反求造型；研究移动网格技术和移动耦合界面的求解方法，在保证计算精度的同时，减少计算量；研究高效率的自适应气动网格与 CFD 网格模型智能化修改方法，实现 CAD 设计模型与 CFD 分析模型无缝集成 ● 汽车气动特性分析与评价 研究汽车 复杂行驶环境状态下的高速气动特性 计算理论与方法、汽车高速气动稳定性、汽车非稳态侧风稳定性，针对超车、迎面会车、尾随、行经峡谷大侧风区以及隧洞穿越等复杂环境下汽车实际行驶状态进行汽车气动特性分析，找出这些复杂行驶环境状态下汽车高速气动特性对瞬态操纵稳定性的影响因素，从而通过车身气动外形优化和附加气动装置设计来寻求汽车复杂行驶环境状态下高速气动特性的优化方案，提高汽车在复杂行驶环境状态下的高速瞬态安全性，实现汽车复杂行驶环境状态下优良的高速性能；通过对汽车的密封性、冷暖风场、风路、进出口设置、以及流场品质的分析研究，建立内流场环境评判标准及汽车舒适性评价体系，为提高汽车室内流场环境的舒适性和汽车室内流场品质提供科学依据。

二、 汽车结构设计与优化本研究方向以概念设计、 汽车总布置、结构设计与优化为重点，主要研究内容包括如下几个方面：● 新概念汽车设计 围绕汽车的安全、节能与环保等主题，开展汽车创新设计研究突破现有理论和认识的局限，探讨实现更安全、更环保、更节能的汽车新理论和新结构，同时开展更舒适和更人性化的汽车研究本方面研究，不仅要考虑新原理，还要考虑新材料、新工艺和新装备可能带来的影响和潜力力争形成具有国际竞争力的汽车整车创新设计开发能力● 汽车结构总布置 建立计算机动态协调机制 ，构建参数 化整车和车 身几何特征模型 ；研究汽车 虚拟现实中的关键技术问题，实现结构设计和车身装配真实感显示与干涉检查； 研究符合中国人体特征的车辆人机工程学， 主要包括驾驶操纵系统人机界面优化匹配和提高乘员舒适性● 车身结构优化设计方法 发展快速有效的车身刚度、强度和疲劳分析方法，结合参数反演技术、多目标优化和不确定性优化等现代车身设计方法，研发车身基本特性参数匹配及优化的关键技术，为车身结构优化设计提供有力支持 研究车辆轻量化结构设计技术 ，包括多种轻量化材料的匹配、零部件的优化分块及结构设计技术，从结构上减少零部件数量，在保证汽车整体性能不受影响的前提下，达到轻量化的目的。

● 汽车 NVH 特性预测与设计 采用多体动力学方法建立底盘悬架系统、转向系统的动力学模型,基于动力学反问题的理论与方法，提出系统的汽车底盘 NVH 特性预测与修改方法；建立车身结构和车室空腔的声固耦合模型，研究基于模态综合和灵敏度分析技术，提出有效的车身 NVH 特性预测与设计方法；研究基于统计能量法的汽车中、高频 NVH 特性仿真与预测，提出有效的车内高频噪声优化与控制方法；研究有源控制技术在汽车 NVH 特性控制中的应用，提出有效的汽车悬架系统振动和车内噪声主动控制方法通过对气动噪声计算机仿真理论、气动噪声与机械噪声的分离技术、汽车气动噪声气激—声场、声场—缝隙等声载荷所引起的耦合模拟与声场干涉模拟技术研究，寻求汽车高速气动噪音的空气动力学解决方案，建立气动噪声评判标准，进而全面提高汽车乘坐舒适性和减少公共环境噪音三、 汽车 CAE 理论与应用CAE 技术在汽车设计制造中所能产生的巨大效益正逐渐被中国的汽车企业所认识，特别是中国加入 WTO 以后，要求汽车产品有较高的市场竞争力和较快的市场反应能力，这既给 CAE 技术提供了更为广阔的应用空间，同时也对 CAE 技术本身提出了更高的要求。

本研究方向的目的是加强 CAE 共性基础理论和计算方法的研究，使汽车 CAE 技术智能化、工程化和实用化，并成为汽车创新设计和知识获取的有效手段 主要研究内容包括如下几个方面：● 汽车ＣＡＥ前沿理论与方法进行汽车 CAE 核心理论和算法的研究，包括正问题的前沿计算理论和方法本身的原创性研究及针对汽车车身设计的反演优化问题的理论和方法研究，切实打好扎实的理论基础，为汽车 CAE 技术的长期发展和赶超世界先进水平铺路建立系统的反问题理论体系和有效的适用于复杂工程系统的多目标优化方法和不确定优化方法；研究并行计算中计算任务的动态分配方法和各 CPU 之间的数据通讯理论与方法，以实现并行优化设计；针对现代汽车的设计涉及到的参数越来越多，参数之间关系越来越复杂的特点，研究和开发一整套新的快速计算理论和方法，以及面向制造的设计方法，使 CAE 技术能真正有效地应用到实际产品的设计 ● CAE 基础参数反分析及仿真结果评价大量的研究表明，新一代的 CAE 技术将不会是单纯的计算技术，它将和试验技术紧密地融合在一起，成为工程实用中更加可靠的一门完整技术本方向将开展仿真系统基础参数的准确获取方法研究，包括 与仿真方法匹配的材料本构特性参数的获取、冲压件与模具间的摩擦特性参数获取、不同形状和尺寸拉延筋的特性参数获取、成型后材料的无损检测，并开发配套的实验装置，为 CAE 分析提供准确的输入参数。

此外，本方向还将开展 仿真结果的实验验证研究， 包括车身静态和动态工况下的刚度和强度测试、车身疲劳测试、成型性测试、碰撞过程测试，在实验测试的基础上，建立全面可靠的仿真结果评价体系● 汽车 CAE 软件系统开发 与应用开发新一代汽车接触碰撞 CAE 软件系统，形成具有快速反应能力的汽车设计成套技术，使汽车企业在产品设计的各阶段即可预测汽车的力学性能、安全性 能及车身零件的成型性能，为快速进行汽车结构优化设计、汽车轻量化设计、汽车结构动态性能设计、汽车碰撞安全性设计以及车身冲压工艺和模具设计提供有效的工具 该系统的成功建立将大幅度提高我国的车身设计水平，在计算效率和分析结果的可靠性上提高一个台阶 同时，使 CAE 技术成为快速获取知识的手段，通过建立汽车设计制造 数据库和专家库，使 CAE 技术智能化，尽快缩短我国与汽车发达国家在基础。