车身a级(class a)曲面模型的构造

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1、车身A级(ClassA)曲面模型的构造ClassA曲面是由CATIA软件开发商DassaultSystem公司提出的新概念，主要是指车身零件中对外观和形状要求极高的曲面。本文从车身开发的角度，通过大量实例描述了车身ClassA曲面模型的定义及创建方法，而车身曲面模型的光顺是车身开发人员一直追求的目标，本文提出了一个切实可行的设计思路。一、前言车身设计方法从无到有，以及现在千姿百态的车身样式，都应当归功于现代科学技术的飞速进展。从设计理念上而言，车身开发的基本思路并未发生根本性变化，依然是“概念设计→

2、总布置设计→详细结构设计→试验验证→产品”这样一个流程。然而由于现代技术的介入，使车身的开发周期大大缩短，车身的设计质量大大提高。车身外形的变化也经历了由简单到复杂的演化过程，即箱式→船形→楔形→光滑曲面过渡的外凸形，这一过程也得益于各种先进技术的大量应用，如三维图形技术以及空气动力学仿真技术等。现代车身设计，尤其是外观零件的设计，已经完全摈弃了由二维转三维的阶段，而是直接由虚拟三维到实际三维。正是借助于先进的设计方法和工具，车身开发周期才能由原来的4到5年缩短至目前的2到3年，甚至更短的时间。Cl

3、assA曲面设计，即完全在计算机三维虚拟环境下构造合格的车身曲面的一种方法，是数学与计算机图形学相结合的典型应用，它不同于图板工作模式，使设计更加灵活，编辑起来更加方便快捷。随着逆向设计、稳健设计、基于分析的设计以及面向制造的设计等新方法涌入车身设计过程，基于三维的车身曲面模型设计越来越重要，在整个产品链中的地位也日益提高。二、ClassA曲面的定义ClassA一词最初是由法国DassaultSystem公司在开发大型CAD/CAM软件包CATIA时提出并付诸应用的，常译作A级曲面，专指车身模型中对

4、曲面质量有较高要求或特殊要求的一类曲面，如外形曲面、仪表板和内饰件的表面等。从CATIAV5版本开始，软件中新增加了ACA(AutomotiveClassA)模块，专门用于ClassA曲面的设计。ClassA曲面与通常所说的光顺曲面有相似之处，只不过ClassA特指汽车车身上的一部分曲面。依次类推，对于车身内覆盖件，如内板件，其曲面称为ClassB、ClassC等。ClassA曲面是既满足几何光滑要求，又满足审美需求的曲面。对于光滑曲面已经有很多的研究结论，参照施法中和朱心雄的定义可归纳如下：1)曲

5、面片满足G2连续；2)没有多余的拐点；3)曲率分布均匀；4)应变能最小。光顺则包含光滑和顺眼两层含义，上面归纳的定义是对光滑的数学描述，而对顺眼的衡量则是仁者见仁，智者见智，没有统一的评判标准。曲面模型设计从始至今已有了四十多年的历史，取得了很大的进展，尤其体现在大型CAD应用软件包上，出现了很多曲面建模系统，如基于NURBS的、基于Bezier的、基于B样条的以及混合建模系统等，不一而足。而由DassaultSystem提出的ClassA曲面，为业界所承认并得到了广泛应用，主要是因为其简洁明了。通

6、过参阅一些资料，并且做了大量曲面和零件的设计工作，对ClassA曲面的要求总结如下：(1)曲面片由B样条方法(包括NURBS和Bezier方法)描述，节点向量采用累加弦长参数化法；(2)曲面在u，v方向上次数在三次(四阶)至七次(八阶)之间，最高不要大于九次(十阶)；(3)相邻曲面片满足G2连续（曲率过渡均匀，至少满足G1，特殊要求满足G3）；(4)大的曲面片为全凸的(法方向指向曲面同侧)。自由形状描述理论在许多文献中都有详细论述，现在总结的对车身曲面模型的更高要求，就是建立在这些理论的基础上。现在

7、大多数CAD系统和曲面建模系统都是以B样条作为自由曲线曲面的表达方法，而且国际标准化组织已将NURBS采纳为产品数据描述的标准格式。NURBS方法是B样条方法更一般化的表达形式，公式(1)是直角坐标系下的B样条曲线表达式，如下所示。(1)在许多关于曲线曲面的文献中，尤其是关于CAGD方面的文章中，都将三次作为自由曲线和曲面的标准形式。但是，在车身设计的具体应用中会发现明显的不足，尤其是涉及到上文中提出的对曲线曲面的光顺要求后。对于低于三次的曲线曲面，很容易看出其是不“自由”的，故在此不再赘述。由上述

8、对曲面片的光顺约束条件可知，仅为三次的曲线曲面不可能满足与相邻（设曲线在两个端点拼接，四边域曲面在四条边界上进行拼接）曲线曲面拼接时的几何二阶连续性的要求。目前，在通用和专用的曲面建模系统中生成曲线的次数可达21次，而若由用户自定义，生成曲线的次数还能更高，但并不实用，而且高次曲面还存在以下不足：(1)导致曲面形状易波动；(2)增大文件容量，不利于存储；(3)不利于数据交换。ClassA曲面标准的第三条是对边界连续性提出要求，同时也是许多光顺准则的第一条要求，如图1所