1、第 5 章汽车车身表面造型的 CAO5.1 汽车车身表面造型设计流程及常用软件5.1.1 汽车车身表面造型设计阶段汽车车身表面造型设计阶段的任务主要包括总体布置草图设计和造型设计两个部分。在总体布置阶段，用 Antocad 或 CATIA 均可完成总体布置。在造型设计阶段，随着计算机辅助设计的发展，以及其所带来的方便和快捷，越来越多的设计师开始使用各种绘图软件进行效果图的绘制。主要的绘图软件有photoshop、painter 以及朋 assketchbook 等。1221.总体布置草图总体布置草图也称为整体布置草图、整车布置草图。绘制汽车总布置草图是汽车总体设计和总布置的重要内容，其主要任务
2、是根据汽车的总体方案及整车性能要求提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求;协调整车与总成间、相关总成间的布置关系和参数匹配关系，使之组成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满足产品目标大纲要求的整车参数和性能指标的汽车。而总体布置草图确定的基本尺寸控制图是造型设计的基础。总体布置草图的主要布置内容包括:车厢及驾驶室的布置，主要依据人机工程学来进行布置，在满足人体的舒适性的基础上，合理的布置车厢和驾驶室。发动机与离合器及变速器的布置、传动轴的布置、车架和承载式车身底板的布置、前后悬架的布置、制动系的布置、油箱、备胎和行李箱等的布置、空调装置的布置，如图 5 一 1 为某车的整车布置
3、图。2.造型设计在进行了总体布置草图设计以后，就可以在其确定的基本尺寸的基础上进行造型设计了。汽车的造型设计现在已经成为汽车研发中至关重要的环节，包括外形和内饰设计两部分。而造型设计过程也分为设计和模型制作两个阶段。汽车造型设计师根据要设计的车型，首先收集同类车型的图片资料，对同类车型进行造型上的比较，根据这些车型在市场上的受欢迎程度，总结出目前的流行的一些设计趋势以及时尚元素，作为设计的主题或关键词。比如简洁、复古、前卫等词语。设计阶段包括设计草图和设计效果图两个阶段，设计草图是设计师快速捕捉创意灵感的最好方法，最初的设计草图都比较简单，它也许只有几根线条，但是能够勾勒出设计造型的神韵，设计
4、师通过设计大量的草图来尽可能多的提出新的创意。每个设计师都会对少数几个自己认为比较好的草图进行完善，包括绘制多个角度的草图，进一步推敲车身的形体，突出造型特征等等。最初的草图形体是比较简练的，只强调部分的特征线，如图 5 一 2。而后来的深入设计草图则比较完整的表达了车身的整个形态。当草图绘制到了一定阶段后，设计工作室内部会进行一次讨论，设计室负责人(比如设计总监)将从设计师的设计草图中挑出几个相对较好的创意，进行深入的设计。接下来就是绘制被选中的草图的精细设计效果图，随着计算机辅助设计的发展，以及其所带来的方便和快捷，越来越多的设计师开始使用各种绘图软件进行效果图的绘制。主要的绘图软件有 p
5、hotoshop、Painter 以及川 iassketchbook等。 【25设计师绘制精细效果图的目的是为了让油泥模型师或者数字模型师(其使用 3D 软件将设计师的设计由效果图变为 3 维的电脑数据模型，这种模型能够直接将数据输入 5 轴铣削机，铣削出油泥模型)看到更加清晰的设计表现效果，以便保证以后的模型能够更好的与设计师的设计意图相一致。设计效果图绘制完毕以后要进行一次评审，这次评审会决定让其中的几个方案进行 1:5 的油泥模型制作。对设计方案效果图进行评审以后就要开始制作模型了，一般有 3 一 5 个甚至更多方案会被选中进行 1:5 的小比例模型制作，制作小比例模型主要是为了节约成本
6、以及节省时间，此外在 1:5 的模型上比较容易准确把握住造型的特征。一般的汽车厂家都会使用油泥作为材料来制作小比例模型，主要是因为其容易修改，便于在模型制作阶段不断完善。传统的全尺寸油泥模型都是完全由人工雕刻出来的，这种方法费时费力而且模型质量不能得到很好的保证，制作一个整车模型大约要花上 3 个月左右的时间，现在随着技术的进步，各大汽车厂家的全尺寸整车模型基本上都是由 5 轴铣削机铣削出来的，油泥模型师只需要根据设计师的要求对铣削出来的模型进行局部的修改就可以了，这种方法制作一个模型只需要 1 个月甚至更少的时间。油泥模型制作完毕后，根据需要将进行风洞试验以测定其空气动力学性能;为了更直观的
7、观察模型通常进行贴膜处理，以便检查表面质量和产生逼真的实车效果。这时要进行一次全尺寸模型的评审会，从中选出最终的设计方案，并对其提出一些修改意见。油泥模型师根据修改意见调整油泥模型，修改完毕后再次进行评审，并最终确定造型方案，冻结油泥模型。至此造型阶段全部完成，项目进入工程设计阶段。外一种是由数字模型师先根据设计效果图在 ahas，CAT 认等软件里先建造出 3 维数字模型然后由铣削机铣削出油泥模型，然后经油泥模型师进行细节调整。当然在油泥制作过程中设计师必须全程跟踪指导，以确保油泥模型能够符合自己的设计意图。图 5 一 3 是奥迪丁 1，的油泥模型造型。5.1.2 汽车车身表面造型的数字化模
8、型阶段在油泥模型造型冻结后，将采用激光扫描仪扫描油泥模型，获取汽车外表面造型的空间点云数据，基于 alias 或 CAT 认软件导入点云数据，对汽车外表面造型建立三维数字模型，在这里我们称之为 A 级表面(ClassA)，ClassA 曲面是由 C 灯认软件开发商 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。 【23现在，我们把整个汽车车身外表面造型都纳入了 ClassA 曲面的范围之内了。在这里我们先了解一下 ClassA 的含义:(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;(
9、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 GZ 连续(曲率过渡均匀，至少满足 Gl，特殊要求满足G3);仔)大的曲面片为全凸的(法方向指向曲面同侧)。从 CATIAvs 版本开始，软件中新增加了 ACA(AutomotiveClassA)模块，专用于 ClassA 曲面的设计。在车身 ClassA 建模过程中，要遵循一个曲面分块原则，曲面片划分的准则如下。(l)在曲面曲率变化较小或比较均匀的地方，曲面片可以划分得少一些。有些曲面虽然较大，因其曲率变化均匀，可将其视为一张曲面去造型;45(2)在曲面曲率变化较大或曲率变化不
10、均匀的地方，尤其对曲率急剧变化的部位(如圆弧与直线的连接部分) ，应将曲面分解为几个曲面片分别造型， 381 然后再进行拼接，否则易形成皱纹面，这在车身造型中是不允许的;(3)使划分后的曲面片型值点越少越好，但前提是要保证型值点能够控制曲面的形状;()使划分后的曲面片尽量为四边形域曲面，减少三边封闭的退化曲面。1201CAT 认软件 Class 一 A 曲面造型功能介绍1 曲面生成功能(1)简单曲面生成功能该功能可以利用两个点生成平面片，选取的两个点作为生成平面片的角点;也可以利用四个点生成简单曲面片，这些曲面 u、v 方向可赋予相应的阶值，它是曲面修改变形的基础。(2)填充曲面6.1.2 基
11、于 CA 丁 lA 的车身外表面造型数据评价接下来基于 CATL 气软件的了曲面的光顺评价和检查工具，阐述车身曲面设计中广泛应用的基于曲率的方法和基于光照模型的方法，解释这些评价与检查方法的原理，并以作者本人光顺某轿车翼子板的过程为实例作以验证。运用 CAT 认软件的几何分析功能对我们建立的车身外表面造型数字模型进行分析和技术评价，以确保所生成的曲线或曲面满足设计者的要求。CATL 气有以下几种分析工具:1.环境映像分析 (EnvironmentMa 即 i 吃)该功能是通过样本环境图像投影到曲面上而得到的映像来分析曲面质量的一种分析方法，如图 6 一 1。2.曲面斑马线分析检查斑马线检查是指在被检查的曲面上生成黑白相间的条纹线来检查曲面质量的方法，它是一种检查曲面质量的最常见的方法之一。 【34，如在被检查的曲面上生成分布均匀的斑马线，则表明被检查的曲面是光顺的高品质曲面;如在被检查曲面上所生成的斑马线出现了旋涡，则表明被检查曲面在旋涡处，曲率变化不均匀或出现了拐点。如在两曲面相接处，斑马线分布均匀、合理，则表示两曲面在相接处，曲面具有良好的连续性，满足了曲面曲率均匀变化的要求;如在两曲面相接处，斑马线出现折线，则表示被检查的两曲面在相接处，曲率变化较大，不能满足曲面光顺性要求， “8如图 6 一 2。
