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【TRIZ】技術(shù)沖突解決原理在汽車造型設(shè)計中的應用

2022-10-25 16:58 作者:天行健六西格瑪  | 我要投稿

產(chǎn)品創(chuàng)新的標志是消除或移走設(shè)計中存在的沖突,從而產(chǎn)生新的解決方案。TRIZ理論獨特的沖突解決原理為我們解決這兩大沖突提供了一條全新的可實現(xiàn)的路徑。

(一)動力性與舒適性沖突的移除

乘駕舒適需要車內(nèi)有足夠的空間,這就意味著必須加大車身尺寸,尤其是橫截面尺寸。但如果增加汽車的迎風面積,會直接影響汽車的風阻系數(shù)。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,汽車的速度越來越高,動力性和舒適性的矛盾越來越突出。

研究表明,當車速在70km/h左右時,克服風阻所消耗的功率會超過克服路阻所消耗的功率。如果速度超過100km/h,就要消耗大部分動力來克服風阻。可見,車身形狀對汽車行駛阻力的影響很大。

由汽車外形決定的空氣阻力占總阻力的58%,干擾阻力約占總空氣阻力的14%??梢哉f空氣阻力系數(shù)主要是由這兩部分產(chǎn)生的,所以當車速提高時,它的油耗也在增加。實驗表明,空氣阻力系數(shù)降低10%,可節(jié)省燃油7%。

動力性和舒適性的矛盾轉(zhuǎn)化為TRIZ技術(shù)矛盾,即速度和能量損失的矛盾沖突。希望改善的工程參數(shù)“汽車行駛速度”和惡化的參數(shù)“能量損失”之間的技術(shù)矛盾得到解決。根據(jù)TRIZ沖突解決矩陣表,得出沖突矩陣中兩個工程參數(shù)兩行(列)相交的那個格子,獲得該所對應的發(fā)明原理,用以解決對應的技術(shù)矛盾。

根據(jù)實際情況,選擇(14)曲面化和(35)改變性質(zhì)兩項發(fā)明原理。以頭部為例,當改變汽車前端設(shè)計參數(shù),使前端設(shè)計盡可能曲面化,外形接近流線型,減少汽車頭部的正面投影面積時,CD值會明顯降低。從而獲得更好的空氣動力性。因此,車身應盡可能設(shè)計成流線型,橫向截面積不宜過大,車身各部分應以適當?shù)膱A弧過渡,盡量減少突出車身的附件。

成功的案例是福特Probe V概念車,此款車的外形流線型,車身整體低矮,前低后高呈楔形,車頭圓滑,車身后部做成逐漸收縮狀,接近于 理想的造型使福特其風阻系數(shù)(0.137)保持世界最低。

(二)動力性與安全性沖突的移除

流線型可以減少空氣阻力,產(chǎn)生高速。然而,流線型汽車也有缺點。流線型車身的縱剖面類似于飛機機翼的形狀。高速行駛時會產(chǎn)生升力,使方向盤漂移,影響行駛穩(wěn)定性性。如果車速進一步提高到100km/h以上,后輪附著力也會降低,后輪騰空,導致驅(qū)動力明顯下降。根據(jù)風洞試驗結(jié)果,當車速為100km/h時,汽車的附著性比汽車靜止時下降了1/8。速度150km/h時,減少1/4;在204 km/h時,它減少了1/2。遇到側(cè)風時,車體可能會搖擺,有脫離運行軌道的危險。

從上面的分析來看,一般的流線型車輛,比如甲殼蟲汽車和魚型車,在高速行駛時容易出現(xiàn)兩個問題。一是車身因側(cè)風擺動;第二,升力引起的附著力下降,帶動動力下降。根據(jù)TRI2理論,這個問題歸結(jié)為“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性性”。因此,動力性和安全性的矛盾,就轉(zhuǎn)化為速度與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的TRIZ技術(shù)矛盾沖突。

在上述技術(shù)沖突問題解決矩陣給出的原理中,第二個原理首先應用: 抽取,從對象中提取出有負面作用的部分或?qū)傩浴\嚿砥坪蛡?cè)偏安全的隱患是由于流線型車身的縱截面類似飛機機翼的形狀,從車身上側(cè)流出的氣體一定比從車身下側(cè)流出的氣體快,會產(chǎn)生浮力。隨著速度的增加,下壓力的損失會逐漸增加,升力也會增加。

然后應用第三條原理:局部質(zhì)量:將物體、環(huán)境或外部作用的均勻結(jié)構(gòu)改變?yōu)榉蔷鶆?,使物體各部分處于最佳狀態(tài)以完成各自的功能。第一種想法是在車身上安裝一個翼,提供一個與升力方向相反的力,但是由于翼重量大,安裝困難,空氣阻力大,所以沒有使用。后來想到在車身上安裝前后擾流板,造成“鴨尾”形狀。當沿車頂流動的空氣遇到“鴨尾”時,會產(chǎn)生向下的力,增加后輪的地面附著力,尤其是后輪高速行駛時。


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