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CATIA V5 一Automotive Class A模块在汽车A 面设计中的应用

运用CATIA V5 一Automotive Class A模块进行A 面设计可有效地缩短车身的开发周期, 提高车身外观质量。文章介绍了Class A 曲面设计的相关概念及CATIA V5 一Automotive Class A 模块的功能介绍和使用方法。再以某车型外后视镜为例, 阐述如何运用CATIA V5 一Automotive Class A 模块进行汽车外表面设计。

汽车的外形设计一直以来是各车企产品研发过程中的重要一环。一个外观质量良好的汽车产品, 会给人一种赏心悦目的感觉, 会激发客户的购买欲望。

汽车的外表面不仅直接影响到汽车造型的外观质量, 而且影响到结构设计、加工工艺、材料选择等。采用CATIA V5 的ClassA 模块进行汽车的外表面设计可有效地缩短汽车车身的开发周期, 并与CATIA 结构设计无缝对接, 免去由于使用其他A 面设计软件带来的格式转换上的不便。并且其应用日益广泛, 备受用户好评。

1  A 曲面简介

Class A 一词*初是由Dasasult System公司提出并付诸应用的, 常译作A 级曲面, 专指汽车产品中对曲面质量要求较高或者有特殊要求的一类曲面, 如车身侧围外板、引擎盖、前后保险杠、仪表板、侧围内饰板等这些外观高可见的零部件。

在工程设计中A级曲面并没有十分严格的数学定义也没有十分严格的概念定义, 可以理解为: 满足工程和造型条件下简单且**的曲面。A 面应该具有以下4 点特性:

a .A 面的阶次与控制点数目不应过多, U V 方向应在7 个控制点以内。

b. 单个A 面在U V 方向都保证曲率的连续性及变化趋势的一致。

c .A 面之间的连接至少满足切线连续。

d.使用多种数学检验方法来检验A 面, 都应是**的, 不应出现视觉上的瑕疵, 如斑马纹检测出现断裂, 漩涡等。

2 CATIA V5 一Automotive Class A常用命令简介

Class A 模块与CATIA V5 其他 D 建模模块不同点在于其众多命令均是不带参数的 ,点击“ 确认” 后不可编辑。所以为避免不必要的麻烦, 一般会将未裁剪前或倒角前的面做好备份。

表1 常用命令举列及简介

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可检查相邻面之间是否达到0G 一G 3( 点一曲率变化率) 

3 应用实例

以某车型外后视镜为例, 来说明如何使用CATIA V5 一Automotive Class A模块进行A 面设计。

3.1 输入条件

A 面设计输人条件主要包括设计硬点输人, 法规输人, 及其他一些可行性分析等。这些对A 面质量起到决定性作用。

3.2 设计硬点输入

设计硬点是总布置设计过程中, 为保证零部件之间的协调和装配关系, 及造型风格要求所确定的控制点( 或坐标), 控制线, 控制面及控制结构的总称. 设计硬点包括结构安装断面图、断面公差D T S、视野区域、转动角度、与车身间隙等法规要求等等, 英美称为Hardpoint 。

如本案的后视镜设计硬点包括: 节点、项目进度表等、后视镜内芯机构、车身安装面、前门及玻璃、视野线、转动轴、旋转角度、视野区域要求等; 设计每一次修改都是为提高质量完善而不是把方案推到重来, 否则, 设计的周期就会无限延误。

4.1.2 法规标准

表2 后视镜常用法规列举

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4.2 外后视镜的A 面设计

4.2.1 点云输入

进人CATIA V5 Digitzed it shapeeditor 模块, 点击“Im p o r t , ,命令, 输人S T L 格式点云( 如图l )。

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图1 import命令示意图

4.2.2 点云特征分析

分析后视镜点云可以看出此后视镜主要是由镜座, 镜身, 还有中间的颈部组成。镜座和颈部相对简单, 在此不赘述。镜身主要有7 个大面组成, 面与面之间用圆角过渡。

4.2.3 曲面生成

A 面的设计原则是先大面再小面, **裁剪, 倒角。

方法: 先用“ 四点面片” 命令, 在点云的目标面上任意点四个点, 做出一个简易4 边面; 再用“外插延伸” 命令将生成的四边面尽量延伸到比点云上的目标面略微大一点( 如图2 ) ;

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图2 外插延伸命令系统

此时面的阶次还是2 x2。然后用“ 控制点编辑” 命令给面增加阶次, 并按法向、

U /V 方向调整控制点, 用*少的阶次调至面与点云贴合这就我们的目标( 如图3 )。

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图3 控制点编辑

依据这三个步骤, 就可将后视镜点云上的基础面全部铺完。( 如图4 )

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图4 基础面

4.2.4 倒角

在倒角之前有必要先检查一下相邻面之间的理论交线是否顺滑, 这是决定圆角质量关键性因素。方法: 求出交线后, 点击“曲率梳状图”

检查交线( 如图5 )。

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图5 曲率梳状图

在确认交线无扭曲变形后, 就可进行倒角。具体方法: 点击“ 圆角曲面”命令, 先从大面开始倒角。在倒角样式方面, 应尽量选择弦倒角; 在连续级别方面, 应在高可见区域及R 角大于3m m 时, 选择G Z 连续进行倒角。反之小于R 2.3 时, 可选择G l 连行倒角。在一些圆角交汇处尽量选择“ 填补曲面’ , 命令将过渡面补出来, 这样能使圆角之间过渡更加圆滑美观。图6 为倒角完成后的外后视镜。

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图6 倒角完成

4.2.5 曲面的匹配

倒角完成后, 由于某些曲面弧度过大, 导致单纯的7 x7 面与周边面无法达到理想的连续级别。我们通常会将此面分割开来, 形成若干小面并与周边面进行匹配, 以达到理想的连续级别。

方法: 点击“匹配” 命令, 选择想要的连续界别( G o 一G 2   G3很少用) , 点击要进行匹配的面再点击目标面。

当某一连续性图标为红色时, 表明此处未与目标面达到连续( 如图7 )。

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图7 匹配前

此时增加面的阶次, *多增加到7 阶。若还是未达到想要的连续级别, 只能将曲面一分为2 , 再进行匹配, 直至连续性图标变为绿色或黄色即可( 如图8 )。

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图8 匹配后

两图中两组数值分别代表了曲面与目标面各连续。之间的误差。想要达到理想的连续级别必须将误差控制在一定范围内。

G Z 连续的误差值一般控制在0.1 以内,

G l 误差值一般控制0.05。以内,

G O 误差值一般控制在0.0 05 m m 以内。

4. 2.6 曲面质量的检查

可利用斑马纹分析检查功能、截面曲率梳分析功能、曲面连续性检查功能、曲面拔模分析功能等检查所生成曲面的质量, 及时对发现的问题部位进行修改, 以保证输出的Class A 曲面合格。图9 分别为外后视镜的斑马纹检查、截面曲率梳分析、曲面拔模分析。

得结论: 后视镜A 面完全符Class A 设计要求及拔模要求。

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圈9 斑马纹分析

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图10 截面曲率核分析

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图11 曲面拔横分析

5 结束语

设计高质量且符合制造工艺的曲面是A 面设计的第一要素Class A 概念的提出, 使人们对车身曲面模型有了全新的认识。

CATIA V5 的Class A 曲面建模功能为汽车内、外表面的几何造型提供了极其丰富的建模手段和曲面品质检验手段, 它已越来越广泛地应用于世界各大车企的车身外形设计上, 并发挥着巨大的作用。

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