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1、 J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文轿车车身设计Car Body Design 学 院 名 称 ： 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2011年 5 月目 录摘要 01Abstract 02引言 03第一章 轿车车身造型设计071.1 美学的运用071.2 空气动力学的应用08第二章 车身总布置设计102.1 车身总布置与整车总布置102.2 人机工程学的运用112.2.1 H点人体模型112.2.2 眼椭圆及其定位122.2.3 本次设计的人机工程部分122.3 工程图的绘制13第三章 三维模型的建立
2、153.1 建立方法及原则153.2 车身建模分块163.3 空间曲线的处理163.4 空间曲面的构成和处理183.4.1 空间曲面的处理183.4.2 空间曲面的构成183.5 曲面间的过渡193.6 渲染21结论 23致谢 24参考文献 25轿车车身设计专业班级： 学生姓名：指导教师： 职 称： 摘要 概述了车身外形设计方法，介绍了逆向工程的含义，阐述了应用逆向工程进行汽车覆盖件模具设计的工作流程及其关键技术。最后针对汽车车身，在ALIAS中进行车身造型设计，再通过CATIA进行数据整理。结果表明,逆向工程可以大大提高覆盖件产品开发的效率和质量。关键词：逆向工程；全车外形；造型设计Car
3、body design Abstract Outlines the body contour design, introduces the meaning of reverse engineering to explain the application of reverse engineering for automotive panel die design workflow and key technologies. Finally, according to the vehicle body, ALIAS of body modelling design, again through
4、the CATIA carries on the data arrangement. The results show that reverse engineering can greatly improve the efficiency of product development covering parts and quality.Keywords：Reverseengineering; All car shape; Modelling design引 言 汽车作为人类最伟大的发明之一，其意义已经完全超越了普通的代步工具，逐步演变成为当今人类文明的重要标志。汽车已经形成一种文化，深深的影
5、响着我们的生活。1898年在法国，一场从巴黎到波尔多行程1200公里的汽车大赛轰轰烈烈展开，这是全世界第一次汽车大赛，从那一刻开始，速度，成为了汽车制造的终极追求。一百多年过去了，无论汽车工业如何发展，人们对于汽车速度的迷恋从来没有减弱。生活中，轿车无处不在。如果仅仅从造型来区分，最早将空气动力学和汽车外型设计结合的品牌是克莱斯勒（Chrysler），它在1934年造就了世界上第一辆流线型轿车“气流”，这个创举第一次在设计造型上与传统汽车区别开来。二次世界大战阻碍了汽车经济的发展，但从 图1.1 第一辆四轮汽车“戴姆勒1号” 图1.2 第一辆流线型轿车:克莱司勒“气流”客观上来看，战争时期军备
6、竞赛所带来的机械技术进步，变相为今后轿车的发展打下了坚实的基础。而飞机设计水平在战争中的提高，更是造就了一大批空气动力学专家级人物，他们是战后将空气动力学大范围应用在轿车设计上的中坚分子。这其中，最具有代表意义的品牌就是宝马（BMW）。60到70年代，西方自由主义思潮的兴起，为是培育跑车文化提供了最好的温床。人们很容易将速度与自由精神联系到一起，再加上轿车流线型的多变款式，成为了希望摆脱束缚的一代人的物质宣言。20世纪末电子技术的蓬勃发展，改变了传统轿车设计的思路。更多的电子元素被结合进轿车设计中，速度性能与外型体验有了更高的统一，更多仅仅是为了用于享受的设备被融入其中，轿车变成了个人享受的工
7、具。正是随着这种性质化的改变，使得轿车也进一步扩大了自己的消费群体。而时尚的外观成为当今轿车除开速度外的另一类追求。轿车（saloon car）是指用于载送人员及其随身物品，且座位布置在两轴之间的汽车。包括驾驶者在内，座位数最多不超过九个。一般轿车强调的是舒适性，以乘员为中心。而且是从经济性考虑出发，选择马力适中、排量小、耗油量小的发动机。在中国内地的行驶证管理方面，轿车特指区别于货车、皮卡、SUV、大巴、中巴的小型汽车，俗称为“小轿车”。在香港，轿车又称私家车。图1.3 雪弗兰“大黄蜂” 图1.4 奔驰C230在世界轿车发展史上，轿车消费家庭化是从经济型轿车的发展开始，在绝大多数发达国家，经
8、济型轿车都是家用轿车市场的主流。现今世界上，节能、环保、紧凑型的经济型轿车倍受消费者的青睐，发展经济型轿车产业更受到各国政府的鼓励和支持。各轿车制造商也大力推出各种小型车以迎合市场的需求。 在中国，因为人口众多，人均可利用资源水平较低，同时，由于中国人均所得水平不高，整体消费能力相对低下，要启动家用轿车市场，走轿车消费全民化的路子，发展经济型轿车产业，是较为经济、理想的选向，符合中国的国情。中国从20世纪80年代中叶发展经济型轿车产业，现在已形成一定的规模。经济型轿车市场也不断成长，成为中国出租车市场和家用轿车市场的主体。进入2000年，中国经济型轿车新品陆续问世，社会各界对经济型轿车期待良久
9、，业内人士关心备至，新车型不断涌现，中国经济型轿车面临一个市场导入期，将对中国轿车市场产生重大影响。由于诸多因素的影响，中国经济型轿车产业的发展道路多年来一直良多坎坷。加入WTO后，国门洞开，进口轿车将像脱缰的野马跃过低矮的门槛，挤占经济型轿车应有的市场份额，对国内经济型轿车市场产生强烈的冲击，国内的轿车消费环境，又使经济型轿车步履维艰。而国家宏观经济环境持续走好，国民消费能力不断提高，是经济型轿车能够战胜恶劣的环境而继续保持发展势头的原动力，但毕竟代价高昂。在未来的发展道路中，经济型轿车产业和市场注定也面临许多机会和威胁。国内汽车工业由于各种原因和世界先进水平仍然有很大的差距，尤其在汽车研发
10、这一块。近二十年的合资企业和所谓“市场换技术”的策略，虽然造就了相当的制造能力，却没有提升国内汽车开发水平。反之，跨国企业为了其利益不断扼杀国内自主研发能力，造成其严重落后的现状。目前国内车身设计绝大多数只能做逆向工程。可喜的是，这个问题已经逐步得到改观，“自主研发”已成为目前业界最热的话题。在刚刚结束的2011上海国际汽车展上，各自主品牌纷纷推出自己的新作，尽管当中许多还是国外设计力量的作品，但它代表了一种声音，国内自主研发力量正在努力追赶世界水平。按照中国大陆标准划分为：微型轿车（排量/1L以下）、普通级轿车（排量为1.01.6L)、中级轿车（排量为1.62.5L）、中高级轿车（排量为2.
11、54.0L）、高级轿车（排量为4L以上）。过去我国是以计划经济占主导地位的国家，市场意识不强，价格敏感度较差。当时轿车是按计划分配式的模式销售/，以发动机排量/来衡量轿车的等级，由此分为微型轿车、普通轿车、中级轿车、中高级轿车和高级轿车几类。目前的通俗分类法：以价格为主，技术规格为辅。即将20万元以上的轿车解释为中高级轿车；15万元20万元为中级轿车；10万元左右或10万元15万元为普通级轿车；10万元以下为微型轿车或经济型轿车。在汽车100多年的历史中，车身设计经历了数个发展时期，各具风格和特点。传统设计方法分为初步设计和技术设计。初步设计采用缩小的比例，需要绘制车身布置图，彩色效果图和雕塑
12、1:5 的油泥模型。技术设计阶段多采用1:1比例，需要绘制线性图，雕塑1:1油泥模型，制作内部模型，绘制车身主图版，绘制内外覆盖件图，制作车身主模型，取样板等步骤。现代设计方法分为概念设计和工程设计两阶段进行。国外车身设计是以三维模型为基础的。随着科学技术的进步，特别是近年来计算机辅助技术（CAD/CAM）迅猛发展，如今的车身设计已经完全有用全新的面貌。该技术将计算机超高速的计算性能、准确的处理信息的特点与人类的创造思维能里及推理判断能力结合起来，为车身设计提供了全新的理想手段，大大提高了车身造型设计的效率，缩短了车型开发周期。在本次设计中，我顺应时代潮流，大胆采用CAD技术，全程使用计算机完
13、成设计。使用AutoCAD软件完成车身总布置设计，绘制对应二维工程图，在决定整车基本参数后，然后使用Alias、Catia等软件进行三维建模并渲染输出。最后撰写设计说明书。第一章 轿车车身造型设计汽车造型设计是指汽车基本参数确定后，进一步使汽车获得具体形状和艺术面貌的过程，它包括外形设计和室内造型设计。汽车造型设计是汽车设计过程中一个重要的组成部分，应使汽车具有完美的艺术形象，良好的空气动力学性能，良好的工艺性，良好的适用性，并考虑材料的装饰效果。对于我的这次设计，主要是设计车外身造型。1.1美学的运用美学主要研究美的存在、美的认识和美的创造。具有美感的汽车车身造型应该是符合由人类长期时间总结
14、出来的美学基本原则，是外在形式美和内在科技美的统一。一个优秀的汽车车身造型师也应该是在把握美学基本原则基础上，针对不同消费群体来进行设计，而且其特别吸引人的设计思想，往往会推动实现其目标的技术手段的新发展。轿车车身的造型演变主要经历了马车型、箱型、流线型（甲虫型）、船型、鱼型、楔型几个流行阶段。由于本设计做的是工程设计，于是通过大胆借鉴奥迪A6L的风格设计，确定了本次造型风格。该车在流线型的车身表面捏出很多折线，棱角分明，锋芒毕露。旨在通过这种前卫时尚稳重的外观，表现一种力量与自信，让车在静止状态就诱惑人们有驾驶的欲望。在外形设计方面，奥迪A6L标志性车身设计将复古、经典与现代、时尚有机地融为
15、一体，既透着奥迪的创始人霍希在上世纪30年代统治德国顶级豪华车市场时的威严，又体现出奥迪自战后复兴以来突出科技和运动特点的品牌理念。尾部上方由圆润的流线型改为略微翘起的棱角，具有扰流板的功效，可使车辆在高速行使时获得足够的抓地力，从而增强了高速行使状态下车辆的操控性和安全性，同时也使尾部造型更显硬朗和运动化。奥迪产品被公认为极致经典的低悬式车窗设计以及类似跑车的车顶轮廓现在变得更具张力，动感十足：低平的腰线和向后上扬的肩线把整个车身勾勒出蓄势待发、呼之欲出的动感神态。而发动机舱盖中部醒目的弧形设计更突显了全新奥迪 A6L的强劲动力和出众性能。车身尾部除了造型突出的灯组设计外，大致可分为上下两部
16、分。从上而下首先是整个行李箱盖的设计，由曲线营造出来的立体感极为突出，被连在一起的扰流翼似乎就是当中的重点所在。车尾下方则是一体式的保险杠，虽然线条明显较车身来得简单，但硬朗的线条仍然很认真地刻画出来，可谓彻头彻尾。设计的特别之处还不止这些，它同样可以提供感官方面的美妙体验。车体上的凸起部分与凹陷部分与光线交相辉映，强烈的直线与柔和的曲线互相补充，光滑的钢铁质感为汽车的每一个细微部位都带来了豪华的感觉。图1.1本次车身造型设计效果图（一） 图1.2本次车身造型设计效果图（二）区别于原车型，本次设计前进气栅舍弃了奥迪A6L的“大嘴”造型，而采用大众Passat的前脸造型，一体化设计更显低调却又不
17、缺奢华，配合的组合前灯，隐约间流露出平易近人的气质，符合本车应具有的市场价值观。相对车身硬朗的线条，圆润风格的后视镜及防滚架为整车张扬的性格添加了几分收敛，视觉上更显平衡。1.2空气动力学的应用汽车问世以来，经过100多年的努力，结构和性能均有了质的变革和发展，越来越深入地体现着机械工程学、人体工程学和空气动力学等诸学科研究的成果。在当今汽车上，机械工程学和人体工程学要素，已达到了相当高的发展阶段，而空气动力学要素还具有更大的发展余地。随着汽车车速的不断提高，以及在高速行驶时保证汽车的动力性、经济性、操纵稳定性和冷却通风、降低风噪等的需要，汽车的空气动力性能越来越为人们所认识，已成为研究汽车车
18、身设计中的基础学科之一，亦是评价汽车车身水平的重要依据。为了减少空气阻力系数，现代轿车的外形一般用圆滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线。前围与侧围、前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用圆滑过渡，发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘，后翼子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面玻璃，且与车顶园滑过渡，侧窗与车身相平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光洁平滑，车底用平整的盖板盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少风阻系数。车身的造型设计首要目的就是要解决空气阻力的问题，1934年雷伊教授首次采用了风洞和汽车模型开展了车身空气阻力实验，测量了各种形状的车身空气阻力系数。得出结果流线型车身既
19、美观同时空阻系数也最低。于是流线型的车身被广为应用到汽车生产中。1934年生产的克莱斯勒小客车就是最早采用流线型车身的产品。1936年林肯轿车又较之进步了许多，精心设计了其车身附件使该车整体看起来颇具动感。1937年，德国设计天才费尔南德保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫汽车堪称汽车设计史中的经典，其仿生学的设计理图1.3 大众甲壳虫念不只使具有很好的空气动力性，独特的造型也使它风靡一时，时至今日仍然引领汽车的时尚潮流。然而流线型的车身造型大大降低了车厢内的空间，大大降低了驾驶和乘坐的舒适度。由此可见，汽车作为一个工具，其使用功能也是至关重要的。轿车造型，对空气动力性能有一定的要求。纵
20、观现今轿车设计，流线型车身，圆润的曲线，丰富的扰流件设计，无不体现优异的空气动力学性能。图1.4 本次设计侧面造型在本次设计中，车身前部保持着圆润的线条，低平的发动机罩提供了较低的气动阻力。短平的车尾，减少了从车顶向后部作用的负气压，有效防止后轮飘浮。前端底部扰流板，可减少进入底部的气流量，还能使底部气流顺利地向尾部或侧面流动，并保持一定流速，使气动升力系数下降。和行李箱盖上端翘起连在一起的扰流翼，将从车顶冲下来的气流阻滞，形成气动负升力，压迫驱动轮紧贴地面，保证动力有效输出。第二章 车身总布置设计车身总布置设计是在整车总布置的基础上进行的。根据同组同学的数据及技术要求，可得到汽车的基本尺寸，
21、轴荷分布范围以及水箱、动力总成、前后桥、传动轴与车轮等的轮廓尺寸和位置。据此再参考同类车型有关数据，初步确定前后悬长度、前后风窗位置和角度、发动机罩高度、地板平面高度、前围板位置、座椅布置、内部空间控制尺寸、方向盘位置角度与操纵机构和踏板的相互位置等。2.1车身总布置与整车总布置轿车车身的布置在很大程度上是受底盘布置形式的制约。轿车底盘有四种常见的布置形式：发动机前置后驱，前置前驱，后置后驱和中置后驱。在本次设计中采用前置后驱的方案。初步设计时，必须确定车身与动力总成相对与前轮轴线的位置。设计为轴荷分布50:50，借此应该完成动力总成布置和凸包、传动轴的布置。其实，底盘、车身、动力总成三者共存
22、于一个统一体之内，彼此之间联系密切，相互制约，所以车身总布置和整车总布置工作需要反复交叉进行。参考现有车型后，确定本次设计基本参数如表3.1。表3.1 本次设计基本参数车型：四门五座三厢轿车车长 4653mm / 宽 2004mm / 高 1521mm / 轴距 2675mm 前悬965mm / 后悬1013mm / 前轮距 1540mm / 后轮距 1540mm发动机前置后驱 / 直列六缸1.8L / 最大功率108kw/6500 / 最大扭矩183Nm/4000轮胎规格 205/55 R16 / 最高速度211km/h2.2人机工程学的运用人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是以人的生理结构
23、、心理特征为依据，运用系统工程的观点分析研究人与机、人与环境以及机与环境之间的相互作用，使“人机环境”达到和谐、完美、舒适的统一。在汽车设计中 , 人机工程学中的“人”主要指驾驶员及乘客，其中驾驶员最为关键；“机”指汽车及车内紧急救助机构；“环境”是指车内环境和车外环境。汽车车身设计则是要以人（驾驶员，乘客）为中心，从人体生理、心理和人体运动出发，研究布置和设备等方面如何适应人的需要。它主要包括：确定人体H点、人体模型、眼椭圆、头廓包络线、驾驶员手伸及界面、驾驶的最舒适姿势、座椅的形状、仪表板的布置、方向盘的形状以及他们之间的相互位置关系、校核操作的轻便性、上下车方便性、视野性、乘坐舒适性等方
24、面内容。 如图 人体样板尺寸2.2.1 H点人体模型车身的内部布置的出发点是人，既要保证安全性又要考虑舒适性。跑车的内部布置可按成年人的人体尺寸来考虑。车身内部空间和操纵机构的布置，以及驾驶员与乘客座椅的尺寸和布置等参数均以统计数据作为依据。用统计均值制作如图的尺寸样板， 用来确定基本的布置尺寸。该样板按腿部尺寸统计值的代表性分三种：代表性为90%的人体样板腿最长，用于基本布置；代表性为50%和10%的样板较短。用90%的人体样板确定了司机座椅的最低和最靠后位置后，就可再用50%和10%的人体样板检查座椅的中间位置，以及最高、最前的极限位置。 H是人体身躯与大腿的交接点，即胯点（Hip Poi
25、nt）。当H点人体模型按照有关标准的规定安放在汽车座椅上时，模型上H点在车身中的位置便是汽车实际H点的位置。我国H点人体模型的标准参见GB/T11559-89。2.2.2 眼椭圆及其定位汽车驾驶员眼椭圆是驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅中时，其眼睛位置在车身中的统计分布图形。眼椭圆是车身设计中的重要工具性图形之一。车身设计中，常将几种典型百分位的眼椭圆制成样板，以便设计或校核用。眼椭圆样板在车身侧视图上的定位步骤如下：1 ) 根据设计已确定的H点水平调节量以及眼椭圆百分位，在样板组中选取相应的样板。2 ) 在车身侧视图上最右H点向上作垂直工作线，并量取635mm，过该店做出水平工作线。并根据靠背角
26、确定垂直工作线和水平工作线的偏距。3 ) 通过计算，定位轿车眼椭圆在车身俯视图上的位置。2.2.3 本次设计的人机工程部分汽车的使用主体便是人，无论驾控还是乘坐亦或是其他使用功能。所以二战后福特公司打破了以往车身设计者单凭艺术美观和迁就机械装置的造型设计习惯，提出了以人为主的设计思想，把人体工程学引入车身设计当中。 2.1 眼椭圆在车身视图上的定位设计师将发动机舱置于车体前端，将整个车室置于前后两轮之间，最大限度的保证了车内的空间，后方为行李舱。这样的设计类似于船的造型，所以被称为船型汽车。如我国的红旗轿车。在此种造型将车身分成三个部分，成阶梯形分布不仅有效地保证了各部分的使用性，同时也提供了
27、车身造型丰富变化的基础。下面是完成的人机工程布置图。图2.2 人机工程布置图（侧视图局部） 图2.3 人机工程布置图（俯视图局部）2.3工程图的绘制本次设计车身总布置采用的软件是AutoCAD。自1982年，美国Autodesk公司推出AutoCAD1.0版起，经过不断改进和完善，AutoCAD已经历了几十多次版本升级。今天，AutoCAD在世界上被翻译成18种语言，拥有数百万正式用户，成为世界上最畅销的图形软件之一，也是我国在目前应用最广泛的软件之一。AutoCAD凭借其强大的功能和庞大的用户群，已经成为事实上的行业标准。本次设计中使用的是AutoCAD 2010版本。首先根据汽车车身制图标
28、准QC/T490-2000制定坐标原点。然后根据车型尺寸、轴距、轮距、离地间隙等基本数据，定出几个关键点（例如前端点，发动机罩最高点，风窗玻璃最高点等），由这些点的坐标构造主要轮廓线。在这个过程中，除了满足行业标准，还应充分考虑造型要求和人机工程学。主要轮廓线绘制出来后，重新取点做样条曲线，注意在有弯角的地方和曲率变化大的地方应多取几个点，以提高曲线对轮廓线的拟和程度。由于三视图之间的投影关系，第三视图上的曲线可以由前两个视图完全确定，因此在绘制的时候应该将其安排在最能反应曲线形状的视图上。例如贯穿车身的肩线，就应绘制在侧视图和俯视图上，再向前后视图投影。必要的话还需要继续调整位置以满足造型需
29、求。总而言之，曲线绘制应尽可能精确。图2.4 车身外型绘出主要曲线后，还应对其进行进一步处理，为三维造型打好基础。利用ALIAS提供的曲线编辑工具进行处理和光顺。完成后再导回AutoCAD继续绘制曲线。这一过程将AutoCAD便捷的制图手段和ALIAS强大的曲线编辑相结合，取众家之长，提高了效率。有一个问题需要特别指出。就是画对称曲线的时候，必须设法保证镜像后曲线的二阶连续。解决方法有两个：一是绘制一半的曲线，在对称线（或对称面）处，指定曲线端点方向与之垂直，再做镜像。另一种方法是绘制一边曲线，但是没有达到对称线（或对称面），先做镜像，然后做它们的桥接曲线（使两个对象桥接参数一致）。这种方法更
30、简单，不过合并出来的曲线有可能曲率梳在空间分布上出现突变，需要继续编辑。最后，根据制图标准绘出边框、标题栏等。完成车身工程图。图2.5 车身工程图第三章 三维模型的建立虽然完成了车身总布置图，但三视图仍不足以完整表达车身造型的特点。同时车身的定型和进一步的零件设计都需要车型在三维空间中的表达。在真正的汽车开发程序中，需要制作油泥模型，并搭建三维数模。在本次设计使用CATIA和ALIAS软件进行车身三维数模的搭建，任务主要是车体覆盖件建模。3.1 建立方法及原则本次三维建模使用的工具是法国达索公司公司出品的CATIA和美国欧克特公司的ALIAS。模块化的CATIA系列产品旨在满足客户在产品开发活
31、动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA产品基于开放式可扩展的V5架构。通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA系列产品已经在七大领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。Alias作为世界领先3D图形技术提供商，Alias为汽车、工业设计和可视化市场及电影、视频、游戏、网络、互动媒体和教育市场开发了众多获奖软件、
32、定制开发和培训解决方案。Alias同时也为从初级到高级的各类用户提供其最需要的服务项目。各类学习工具及培训、支持和专业服务能够满足严格的制作需求。得益于CAD软件之间的数据接口，之前建立的CAD二维图得到继续利用。于是CATIA、Alias、AutoCAD之间相辅相成。于是空间曲线的搭建就有了基础。施加变换操作，将平面图（俯视图、侧视图和前后视图）放置到图3.1所示位置，再利用“组合投影”命令，生成空间曲线。有了空间曲线，编织空间曲面就成为可能。不过前提是要对曲线进行处理。总的来说，三维建模的原则是严格按照二维图，生成空间曲线，再由线生成面，必要的时候由面生成体。反复上述过程，利用ALIAS多
33、样的造型功能，完成三维模型的搭建。 ALIAS软件一大优点是造型的参数化，其特点是基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等。它使设计模型在几何和拓扑意义上建立了基于约束的关联，保证模型编辑的高效性和可靠性。在本次设计中，这一特性得到了充分利用。模型搭建过程中，尽可能地保持对象的参数化，为反复修改以达到设计意图提供了便利。鲜明的例子是“过曲线网格”构造片体。 图3.1 空间曲线的建立3.2 车身建模分块车身覆盖件通常分为如下几个部分：发动机罩、行李舱盖，前后翼子板，前后保险杠，侧围，车门，顶棚等。车身各分块之间有密切的联系，有的要求平滑过度，有的要求实现造型意图，塑出棱角。这在分块时
34、就应充分考虑，以指导造型操作。原则是在保证实现可能性的前提下，分块尽量大，以实现造型的宏观控制。本次设计属工程设计，在三维建模的过程中必须充分考虑设计意图、制造方法和工艺性之间的平衡。3.3 空间曲线的处理利用平面图相关曲线能够投影出空间曲线。然而这些曲线往往不能直接用于造型，原因是多方面的：1. 作图误差所致。总布置三视图不可能绝对精确，软件的公差等级和人为操作都会造成误差。误差累积常常会达到不可接受的程度。2. 编织曲面的要求。若要达到曲面平整光顺的要求，首先曲线应该平滑。对曲线进行处理主要有两种方法：1. 保持曲线参数，通过调整二维图上投影曲线的母线，达到更新空间曲线形状的目的。这样做的
35、好处是参数化设计，与母线紧密结合，易于调整，尤其在光顺曲线的时候。缺点是不够灵活，很难将空间曲线调整到理想的形状。2. 选择去除参数，将空间曲线的属性变成普通样条曲线，就可以利用ALIAS强大的曲线编辑功能进行处理。这种方法的优点是直观快捷，自由度大。缺点是一旦去除参数就不可恢复，有时会陷入不可控的局面。实际操作的时候应有的放矢，将两种方法相结合。在前期尽量使用方法一，保留曲线参数。不能达到要求的时候再使用方法二，灵活转换。必要的时候应使用复制命令将曲线备份到别的层，以免操作失败和过多调整造成的误差积累。在汽车开发的流程中，有一工程段称为Class A Engineering，重点是在确定曲面
36、的品质可以符合A级曲面（A-class surfaces）的要求。所谓A级曲面的定义，是必须满足相邻曲面之间隙在0.005mm以下，切率改变（Tangency Chang）在0.16度以下，曲率改变（Curvature Change）在0.005度以下。符合这样的标准才能确保钣件的环境反射不会有问题。A-class包括多方面评测标准，G2可以说是一个基本要求，因为G2以上才有光顺的反射效果。对于B样条曲线，点连续（也称为G0曲线）是在每个表面上生产一次反射，反射线成间断分布。切线连续（也称为G1曲线，）将生成一次完整的表面反射，反射线连续但呈扭曲状。曲率连续（也称为G2曲线）将生产横过所有边界
37、的完整且光滑的反射线。因此，用作生成A级曲面的空间曲线至少要求是G2曲线。下面是一个实例，展示的是发动机罩中线调整前后曲率梳的变化情况。从图中我们能够看到曲线光顺的效果。图3.2 曲线的处理（光顺前）图3.3 曲线的处理（光顺后）3.4 空间曲面的构成和处理3.4.1 空间曲面的构成有了边界曲线和关键控制线，我们就能利用他们构建空间曲面。ALIAS里构面的方法很多，大多是利用“自由形式特征”下的功能。本次设计常用的是“过曲线网格”、“扫略”和“桥接”。“过曲线网格”要求输入引导线和截面线，并指定边界条件和边界约束，从而构造出片体。相对其他造面命令，由于它条件清晰，可控性强，本设计中绝大多数片体
38、都是用该方法生成的。3.4.2 空间曲面的处理车身覆盖件都要求达到A级曲面。A级曲面的物理定义是在各自的边界上保持曲率连续的曲面。曲率连续意味着在任何曲面上的任一点，沿着边界有同样的曲率半径。构造曲面是挺难做到这一点的。往往，所有的控制线处理成G2曲线了，但是构建出来的曲面还是不理想。这和多方面的因素有关。曲面需要继续处理。ALISA软件提供了丰富的曲面分析工具，帮助我们精确控制曲面质量。最常用的是“半径”方法和“反射”方法。对于重要曲面，需要常常监控它们的质量。做出的曲面若是不理想，应按如下方法进行处理：先在曲面上抽取等参数曲线，将这些曲线去除参数后再编辑，然后用这些编辑过的线重新构造曲面并
39、进行曲面分析。若仍不理想，则重复上述过程，直到满意为止。这项操作消耗大量时间和精力，考的是耐性，往往曲面需要数小时的调整才能比较理想的效果。下面是车身光顺性分析。可以看到，本次设计用了两种平面光顺性分析方法.一是用斑马线的方式，另一种是直接用光线反射的方法。通过分析，可以看出车身平面是否达到技术要求。图3.4 车身曲面分析一图3.5车身曲面分析二3.5 曲面间的过渡车身是一个整体，造型时定义了各覆盖件之间的关系。由于建模是分块进行的，所以建模时就必须对块与块之间的关系做出准确反映。细节上，曲面间过渡大致有如下两种关系：1. 曲面之间要求平滑过渡。造型上，原本是同一曲面，只是由于制造的原因，或者
40、是为建模方便，将这些面分开建立。于是在曲面边界处的过渡提出了要求，多要求G2连续（曲率连续）或G1连续（相切连续）。例如发动机罩和前面罩是G2连续，要求拥有平顺的光线反射。构造曲面时，向前面罩施加了边界约束，达到了理想的效果。图3.6 发动机罩和前面罩反射效果2. 面要求体现设计意图，塑造棱线。构成的时候分两个面生成，边界处交出棱线。然而冲压工艺不允许出现尖角。于是必须创建过渡圆角。虽然ALIAS提供了“桥接”和“面倒角”命令，但效果往往不理想，甚至边界复杂到一定程度时无法倒圆。这时候就需要手动创建圆角：将面交接出割出缝隙，抽取边界曲线，并建立截面控制线。最后利用“连接面”将上述两组曲线构成过
41、渡面。图3.7 行李箱盖过渡边圆角的生成图3.8 整体效果图3.6 渲染完成三维建模后，最后一步操作是渲染。渲染是模型展示前的最后一步，通图4.14 渲染图过添加光源，向模型赋予材质，建立环境界面，尽可能的构造真实效果，将数学模型生动的展示在用户面前。鉴于ALIAS和CATIA都可以进行渲染。且ALIAS渲染效果逼真，对材料都可以逼真的反应出来，联合使用专业渲染工具和图形平面处理软件，利用专业材质库里的丰富材质，并添加复杂的光影，部分作品还在后期合成真实场景，达到一种以假乱真的效果，带来绝佳的视觉体验，简直可以和相片媲美。CATIA也可以进行简单的渲染，并不追求绝对拟真，而是力求清晰展示设计意
42、图，并利用平面设计的色彩构图等理论。考虑到毕业设计时间较短，以及对软件的掌握有限，且个人电脑的配置问题，本次设计的就用CATIA只进行简单的渲染。向车身覆盖件附上“金属漆”材质，并反复调整颜色、反射等效果，寻求最佳的视觉效果。设计最初拟定这辆小跑车可以是红色、白色和银色。通过渲染输出比较发现红色并不符合本造型的硬朗风格，白色则略显普通，银色最能展现整车细腻的质感。结 论通过此次设计，我深刻的体会到车身设计作为汽车设计中最活跃的一部分，近年来发展迅速。技术的进步已经从根本上改变了车身设计的面貌。CAD/CAM技术的广泛采用，为车身设计提供了全新的理想手段，大大提高了车身造型设计的效率，缩短了车型
43、开发周期。如今的车身设计已经无法离开计算机，开发人员必须掌握这种工具，并创造性地运用到工作中，才能设计出优秀的产品。同时也应该看到，现今的CAD/CAM软件在兼容性、功能性和人性化等方面仍有很大的发展空间，单一的设计思路容易束缚住设计人员的思维。伴随着设计手段和CAD/CAM技术共同发展，汽车车身设计将更加完善和成熟。车身设计是一个艰巨而复杂的工程,广泛牵涉到美学、人机工程学、空气动力学、制造工艺学、材料工艺学、汽车总布置等学科的知识。一款车型的成功，凝聚着大批设计人员的集体智慧和辛勤劳动。本次设计由于自身知识和经验的限制，加之时间匆忙，可能部分设计内容不是很准确,甚至出现错误也在所难免。但通
44、过这一次锻炼，学习了几款开发软件，学到了一些设计经验，学会了如何发现问题并设法解决问题，这些都为我在今后工作学习中的进一步的提高打下了坚实的基础。致 谢经过近三个月的努力工作，在指导老师和同学们的帮助下，我顺利的完成了毕业设计。在这里我要特别感谢我的老师*，他严谨的治学态度和严格的要求，督促我全神专注自己的工作，渊博的知识和耐心的指导是我完成设计的最可靠保证。同时也要感谢同课题组的同学，有了他们的热心帮助和通力合作，诸多技术难题迎刃而解。在此，我向各位提供帮助的老师和同学们表示由衷的感谢。参考文献1黄金陵、黄天泽，轿车车身结构与设计,机械工业出版社，2002年10月第一版2周一鸣、毛恩荣编著，
45、车辆人机工程学,北京理工大学出版社，1999年12月3吴亚良著，现代轿车车身设计，上海科学技术出版社，1999年3月4郭竹亭主编轿车车身设计,吉林科学技术出版社2000年10月第一版5龚微寒主编轿车现代设计制造，人民交通出版社，2001年9月6余志生轿车理论机械工业出版社，2000年5月7魏强,Alias汽车设计实战手册,中国建筑工业出版社，2009年2月8 天一工作室,AutoCAD2000中文版循序渐进教程M,北京:北京希望电子出版社,1999.9 洪如瑾,UG NX CAD快速入门指导M.北京:清华大学出版社.2003.10 赵波,龚勉,浦维达.UG CAD实用教程M.北京,清华大学出版社.2002.11 GB4785-1998,汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定S. 北京:中国标准出版社,1998.13 李少波. 汽车车身计算机辅助设计与分析A . 硕士论文. 贵阳: 贵州工业大学, 199914 周伟，崔建昆，侯海晶. 车身断面设计及其在车门设计中的应用研究 2006.1015 张国忠. 现代设计方法在汽车设计中的应用M. 沈阳：东北大学出版社，2002.16 黄天泽，黄金陵. 汽车车身结构与设计M北京：机械工业出版社, 2000.17 陈勇,边明远. 汽车专业英语. 北京:
