车身a级(class a)曲面模型的构造06410.pdf

车身 A 级(Class A) 曲面模型的构造 Class A 曲面是由CATIA 软件开发商 Dassault System 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 Class A 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→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。 Class A 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、Class A 曲面的定义 Class A 一词最初是由法国Dassault System 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 CATIA V5 版本开始，软件中新增加了 ACA(Automotive Class A)模块，专门 用于 Class A 曲面的设计。 Class A 曲面与通常所说的光顺曲面有相似之处，只不过Class A 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 Class B、Class C 等。 Class A 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 Dassault System 提出的 Class A 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。 通过参阅一些资料，并且做了大量曲面和零件的设计工作，对 Class A 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