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1、基于CATIA的大客车车身曲面设计 传统的大客车车身设计过程是首先绘制造型设计方案效果图,制作油泥模型评价、修改、确定设计方案,然后采集表面数据,创建曲面数字模型。该方法设计周期长、成本高、效率低,逐渐被计算机辅助设计方法所取代。 大客车车身曲面属于自由曲面,随着客车车身设计圆基调风格的流行,表面复杂程度有所提高,但仍然是特征相对鲜明的简单曲面,这为使用特征轮廓线构建大客车车身曲面奠定了基础。 鉴于上述两种情况,本文提出一种基于CATIA环境的大客车车身曲面设计方法。前期由造型师进行方案设计,创建完成胶带图,然后以胶带图
2、信息为设计输入,在CATIA软件环境下直接进行客车车身曲面设计建模。 1 导入胶带图 造型师确定创意方案之后,使用黑胶带在主图板上按照比例关系绘制汽车轮廓三视图(称为胶带图),为制作油泥模型提供尺寸控制和外形参考。然后使用数码相机拍摄或扫描胶带图生成胶带图文件,作为输入信息。 大客车车身造型特征相对简单,可使用两个视图表达(图1)。胶带图包含三方面信息:(1)车身建模所需的总布置信息,包括整车的长宽高、轮距、轴距、前悬、后悬等;(2)曲面造型基本元素曲线,包括车身廓线、窗线、门线、车灯廓线等;(3)通过基本的人机工程校核
3、。图1 大客车车身胶带图(正视图、侧视图) 导入胶带图文件到CATIA软件环境,作为绘制轮廓线的外部参考。使用sketchtracer工具,分两步进行:(1)按照胶带图的视图投影方向,选择相应的平面视图;(2)视图导入后,视图间的比例关系并不协调,按照车辆总布置的长、宽、高实际尺寸修改视图比例,使得视图间比例一致(图2)。图2 导入CATIA环境的胶带图 2 绘制轮廓线 应用sketch工具,在正视图、侧视图内分别绘制出大客车车身轮廓线,使其逼近胶带图中基本造型特征曲线,作为车身曲面建模外部参考信息。绘制过程中,可遵循以
4、下原则:(1)圆弧逼近原则,即尽可能利用多段相切的圆弧逼近普通不规则曲线;(2)尺寸圆整原则,即在不影响造型风格和总布置尺寸的前提下,尽量圆整特征尺寸为整数值;(3)视图关联原则,正视图轮廓线的纵向尺寸标注,要参照侧视图中标注值,防止两视图尺寸不关联,造成最终曲面无法实现无缝连接。这些原则是基于参数化修改和尺寸标定方便,以及切合实际加工工艺要求的考虑。绘制完成的大客车车身轮廓线如图3所示。图3 绘制完的大客车车身轮廓线 3 大客车车身曲面建模 大客车车身曲面建模遵循三个原则:(1)自上而下的建模原则,即首先进行车身整体曲面
5、建模,然后进行零部件基准曲面分割;(2)先简后繁的原则,即具体建模过程,首先创建简单且信息全面的曲面,尔后创建复杂曲面;(3)对称原则,车身产品具有对称性,因此建模时仅创建一半模型,镜像后获得完整模型。 3.1 大客车车身曲面分块 首先合理规划曲面特征。一般来讲,大客车车身可分为前后围、左右侧围、顶盖和底板六大总成。前后围曲面最为复杂,侧围、顶盖和底板曲面相对规则。考虑到对称原则,整个大客车车身曲面可划分为:前围、后围、左侧围和顶盖四部分(底架受动力传动总成布置约束较大,本文暂不建模)。 3.2 大客车车身曲面建模 使
6、用CATIA软件的GSD(GenerativeShapeDesign)工具箱,进行曲面建模。首先,以轮廓线为外部参考,提取曲面建模所需要的边界或者特征曲线,有三种方式可供选取,分别为Nopropagation、Tangentcontinuity、Pointcontinuity,然后使用拉伸、扫描、填充、蒙皮等曲面创建方法,遵循上述车身曲面建模原则,按照左侧围、前围、后围、顶盖的顺序,依次完成半车身整体曲面的创建(图4)。图4 大客车车身半整体曲面模型 3.3 大客车车身曲面品质评价 CATIA环境下,曲面品质检测采用如下几
7、种方法:(1)反射线法(ReflectionLines),反射线的连续次数比曲面的连续次数小1次。如果两相邻曲面上反射线断开,则该两曲面最多属点连续;如果反射线有尖点,则曲面切矢连续;如果反射线光滑过渡,则两曲面曲率连续。(2)等照度法(Isophote),等照度线的连续次数比曲面的连续次数小1次,即如果相邻曲面上的等照度线光滑过渡,则这些曲面之间满足曲率连续。另外,等照度线的形状也反映了曲面形状的变化。(3)高光线法(HighlightLines),高光线是在反射线的基础上发展出来的,它的原理与反射线法基本相同。不同之处是高
8、光线构建过程中,光源与视点重合。(4)环境反射,通过视觉效果检验曲面品质。 大客车曲面的品质要求不像轿车那样严格,但仍需达到一定光顺程度。因为光顺曲面可消除或者延迟空气附面剥离和涡流产生,能够提高整车的空气动力性能。对大客车车身曲面进行反射线检验如图5所示。图5 大客车车身
