CATIA大客车车身曲面设计

1、客车技术与研究2006年第6期设计计算研究基于 CATIA 的大王磊，金达锋，李轩(清华大学汽车安全与节能国家電点实验室，北京100084)摘 要;在CATLAP件环境下，捉出一种基于胶带图的大客丰车身曲面正向设计方法，无需制作油 泥模型，能有效地编短设计周期，降低开发成本，提离工作效率。关鼻词:客车车身;胶带图；曲面建模;CATIA软件中图分类号:U463.82.02文就标识码:A文章编号：1006-3331(2006)36-0011-03Bus Body Camber Design Based on CATIA SoftwareWANG Lei, JIN Da-feng> LI Xu

2、an(State Key Lab. of Automotive Safety and Energy, Tsinghua Univ. .Beijing 100084, China)Abstract：This paper presents a tape drawing-based method to model bus body camber using CATIA software： the clay model is not necessary, and the method has many advantages such as shorter period, less cost and h

3、igher efficiency.Key words： bus body； tape drawing； camber modeling； CATIA software 11 客车技术与研究2006年第6期 11 客车技术与研究2006年第6期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，这为使用待征轮 廓线构建大客车车身曲

4、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。大客车车身造型挣征相对简单,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

5、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。图1大客车车身胶带图（正视图、侧視图）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sketch tracer I具，分 11 客车技术与研究2006年第6期 11 客车技术与研究2006年第6期使得车辆滅速。 液力缓速器妥装在自动变速器中其原理类 似电机缓速器，不同的是将车辆向前行驶的动能转 换为变速器油的温升，从而使车辆减速。 排气缓速器安装在排气管路中，当汽车下坡 或高速行驶中需要滅速时，利用发动机的排气节流, 即排气缓速器的蝶阀关闭排气管，形成极大的排气 背压,对车辆产生行驶阻

6、力，使得车辆减速。在早期 车辆中已经得到应用。 发动机缓速器在中国属于一种新型客车缓速 装置但在美洲市场上已运用了 40务年。苴丁作原 理是当发动机缓速器工作时，发动机活塞运行至压 缩冲程上止点前,缓速器的从动活塞将排气门打开， 使得发动机在四个冲程对车辆作负功利用发动机 内部阻力,使车辆减速。美洲市场上90%的重型货 车都装备发动机缓速器。发动机缓速器有三大功 能:一是安全二是可以提高运输效率;三是环保。收稿日期：2006-09-28 11 客车技术与研究2006年第6期 11 第6期2006年客车技术与研究两步进行:（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

7、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导人CAT1A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，可連循以下原则：（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，尽录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

8、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绘般兜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恃征。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

9、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12设计计算研究 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用 CATIA 软件的 GSD（Generative Shape Design）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No propagation Tangent continuity Point continuity,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

10、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棋型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种方 法：反射线法（Reflection Lines），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。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骨过渡，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。高光线法（Highlight Lines）,高光 线是

11、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大客车车身曲面反射线检验客车技术与研究2006年第6期设计计算研究3.4大客车车身零部件曲面分割大客车车身整体曲面创建完成以后，需要根据 车身零部件形状对整体曲面进行分割处理，以得到 每一个车身零部件的基准曲面。可直接从车身整体 曲面上分割得到的零件基准曲面

12、包括:前风窗玻璃、 前围蒙皮、车大灯、转向灯、雾灯、车前门、车中门、 侧窗玻璃、车后灯、后围蒙皮、车后保险杠等（图6）。0图6曲面分割后的大客车车身曲面棋取分割分两步进行：（1）投影，把零部件边界的平 面轮廉线投影到整体曲面上，得到附着于整体曲面 的零部件边界线;（2）裁切，使用CATIA提供的裁 切工具，以所得边界线为分割参考，裁切整体曲面。利用各零部件基准曲面，使用Part Design工具 箱，进行曲面增厚处理，实体化各基准曲面。然后为 各零件设置相应材质，按照设计色彩进行配色，可观 察整车造型效果。创建完成的大客车车身模型见图 7,包括后视镜和轮胎零件。图7大客车车身模羽4下游相关工作

13、大客车车身零部件曲面创建完成后，可进行车 身设计的后续相关工作：（1以车身零部件曲面作为 外部参考,设计客车骨架，并进行相应的结构分析、 模态分析、安全性仿真等;（2）利用车身整体曲面作 为流场内边界，进行车身外流场模拟,分析大客车的 空气动力学性能;（3）生成NC代码,铳出泡沫实物 模型,进行风洞试验，检验造型效果。在863燃料电池大客车车身设计项目中，采用 该大客车车身曲面设计方法,能有效降低开发成本， 缩短产品开发周期，提高工作效率。实践证明，该方 法具有很高的实用价值。参考文献：1 邓亚东，余翊妮,钟诗清.基于UG软件的客车车身设 计J客车技术与研究，2005,（1）:7-9.2 曹立

14、波高建远廖俭.客车车身的三维实体建模技术 J.客车技术与研究，2002,：7-&3 谷正气，樊碧吾，张丕付.客车车身几何建模的应用研 究.Journal of Hunar. University（Natural Sciences E- dition）. Apr. 1999.4 邓亚东，江志双基于UG的大客车车身CAD设计研 究J机械设计与制造，2005,（4）5 李红陈靖芯，徐晶，等.CATIA V5软件环境下客车 车身数字化设计技术J1客车技术与研究，2004. （6）：46修改稿日20064）1-0713客车技术与研究2006年第6期13客车技术与研究2006年第6期交通部召开报刊负责人本刊讯:交通部体改法规司11月1415日在北京召开部主管的报刊负责人座谈会。全国42位交通部 主管报刊社长、编辑部主编参加了会议。客车技术与研究杂志编辑部负责人参加了座谈会。交通部黄先耀副部长出席会议并讲话，他提岀交通系统的报刊要办成“三个园地”:让社会了解交通的知 识园地、其他媒体了樓交通的信息园地、支持交通可