畢業(yè)設計轎車車身設計

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1、 本 科 畢 業(yè) 論 文 轎車車身設計 Car Body Design 學 院 名 稱 ： 專 業(yè) 班 級 ： 學 生 姓 名 ： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………01 Abstract ……………………………………………………………………………02 引言 ………………………………………………………………………………

2、…03 第一章 轎車車身造型設計…………………………………………………………07 1.1 美學的運用………………………………………………………………07 1.2 空氣動力學的應用………………………………………………………08 第二章 車身總布置設計……………………………………………………………10 2.1 車身總布置與整車總布置………………………………………………10 2.2 人機工程學的運用………………………………………………………11 2.2.1 H點人體模型…………………………………………………………11 2.2.2 眼橢圓及其定位……………………………………

3、…………………12 2.2.3 本次設計的人機工程部分……………………………………………12 2.3 工程圖的繪制……………………………………………………………13 第三章 三維模型的建立……………………………………………………………15 3.1 建立方法及原則…………………………………………………………15 3.2 車身建模分塊……………………………………………………………16 3.3 空間曲線的處理…………………………………………………………16 3.4 空間曲面的構(gòu)成和處理…………………………………………………18 3.4.1 空間曲面的處理……………………

4、…………………………………18 3.4.2 空間曲面的構(gòu)成………………………………………………………18 3.5 曲面間的過渡……………………………………………………………19 3.6 渲染………………………………………………………………………21 結(jié)論 …………………………………………………………………………………23 致謝 …………………………………………………………………………………24 參考文獻 ……………………………………………………………………………25 轎車車身設計 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職 稱：

5、 摘要 概述了車身外形設計方法，介紹了逆向工程的含義，闡述了應用逆向工程進行汽車覆蓋件模具設計的工作流程及其關(guān)鍵技術(shù)。最后針對汽車車身，在ALIAS中進行車身造型設計，再通過CATIA進行數(shù)據(jù)整理。結(jié)果表明,逆向工程可以大大提高覆蓋件產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：逆向工程；全車外形；造型設計 Car body design Abstract Outlines the body contour design, introduces the meaning of reverse engineering to explain the application of reverse en

6、gineering for automotive panel die design workflow and key technologies. Finally, according to the vehicle body, ALIAS of body modelling design, again through the CATIA carries on the data arrangement. The results show that reverse engineering can greatly improve the efficiency of product developmen

7、t covering parts and quality. Keywords：Reverseengineering; All car shape; Modelling design 引 言 汽車作為人類最偉大的發(fā)明之一，其意義已經(jīng)完全超越了普通的代步工具，逐步演變成為當今人類文明的重要標志。汽車已經(jīng)形成一種文化，深深的影響著我們的生活。 1898年在法國，一場從巴黎到波爾多行程1200公里的汽車大賽轟轟烈烈展開，這是全世界第一次汽車大賽，從那一刻開始，速度，成為了汽車制造的終極追求。一百多年過去了，無論汽車工業(yè)如何發(fā)展，人們對于汽車速度的迷戀從來沒有減弱。生活中，轎車無處不在。

8、 如果僅僅從造型來區(qū)分，最早將空氣動力學和汽車外型設計結(jié)合的品牌是克萊斯勒（Chrysler），它在1934年造就了世界上第一輛流線型轎車“氣流”，這個創(chuàng)舉第一次在設計造型上與傳統(tǒng)汽車區(qū)別開來。二次世界大戰(zhàn)阻礙了汽車經(jīng)濟的發(fā)展，但從 圖1.1 第一輛四輪汽車“戴姆勒1號” 圖1.2 第一輛流線型轎車:克萊司勒“氣流” 客觀上來看，戰(zhàn)爭時期軍備競賽所帶來的機械技術(shù)進步，變相為今后轎車的發(fā)展打下了堅實的基礎。而飛機設計水平在戰(zhàn)爭中的提高，更是造就了一大批空氣動力學專家級人物，他們是戰(zhàn)后將空氣動力學大范圍應用在轎車設計上的中堅分子。這其中，最具有代表意義的品牌就是寶馬（BMW）

9、。60到70年代，西方自由主義思潮的興起，為是培育跑車文化提供了最好的溫床。人們很容易將速度與自由精神聯(lián)系到一起，再加上轎車流線型的多變款式，成為了希望擺脫束縛的一代人的物質(zhì)宣言。20世紀末電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，改變了傳統(tǒng)轎車設計的思路。更多的電子元素被結(jié)合進轎車設計中，速度性能與外型體驗有了更高的統(tǒng)一，更多僅僅是為了用于享受的設備被融入其中，轎車變成了個人享受的工具。正是隨著這種性質(zhì)化的改變，使得轎車也進一步擴大了自己的消費群體。而時尚的外觀成為當今轎車除開速度外的另一類追求。 轎車（saloon car）是指用于載送人員及其隨身物品，且座位布置在兩軸之間的汽車。包括駕駛者在內(nèi)，座位數(shù)最多不

10、超過九個。一般轎車強調(diào)的是舒適性，以乘員為中心。而且是從經(jīng)濟性考慮出發(fā)，選擇馬力適中、排量小、耗油量小的發(fā)動機。在中國內(nèi)地的行駛證管理方面，轎車特指區(qū)別于貨車、皮卡、SUV、大巴、中巴的小型汽車，俗稱為“小轎車”。在香港，轎車又稱私家車。 圖1.3 雪弗蘭“大黃蜂” 圖1.4 奔馳C230 在世界轎車發(fā)展史上，轎車消費家庭化是從經(jīng)濟型轎車的發(fā)展開始，在絕大多數(shù)發(fā)達國家，經(jīng)濟型轎車都是家用轎車市場的主流?，F(xiàn)今世界上，節(jié)能、環(huán)保、緊湊型的經(jīng)濟型轎車倍受消費者的青睞，發(fā)展經(jīng)濟型轎車產(chǎn)業(yè)更受到各國政府的鼓勵和支持。各轎車制造商也大力推出各種小型車以迎合市場的

11、需求。 在中國，因為人口眾多，人均可利用資源水平較低，同時，由于中國人均所得水平不高，整體消費能力相對低下，要啟動家用轎車市場，走轎車消費全民化的路子，發(fā)展經(jīng)濟型轎車產(chǎn)業(yè)，是較為經(jīng)濟、理想的選向，符合中國的國情。 中國從20世紀80年代中葉發(fā)展經(jīng)濟型轎車產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在已形成一定的規(guī)模。經(jīng)濟型轎車市場也不斷成長，成為中國出租車市場和家用轎車市場的主體。進入2000年，中國經(jīng)濟型轎車新品陸續(xù)問世，社會各界對經(jīng)濟型轎車期待良久，業(yè)內(nèi)人士關(guān)心備至，新車型不斷涌現(xiàn)，中國經(jīng)濟型轎車面臨一個市場導入期，將對中國轎車市場產(chǎn)生重大影響。由于諸多因素的影響，中國經(jīng)濟型轎車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展道路多年來一直良多坎坷。 加入W

12、TO后，國門洞開，進口轎車將像脫韁的野馬躍過低矮的門檻，擠占經(jīng)濟型轎車應有的市場份額，對國內(nèi)經(jīng)濟型轎車市場產(chǎn)生強烈的沖擊，國內(nèi)的轎車消費環(huán)境，又使經(jīng)濟型轎車步履維艱。而國家宏觀經(jīng)濟環(huán)境持續(xù)走好，國民消費能力不斷提高，是經(jīng)濟型轎車能夠戰(zhàn)勝惡劣的環(huán)境而繼續(xù)保持發(fā)展勢頭的原動力，但畢竟代價高昂。在未來的發(fā)展道路中，經(jīng)濟型轎車產(chǎn)業(yè)和市場注定也面臨許多機會和威脅。國內(nèi)汽車工業(yè)由于各種原因和世界先進水平仍然有很大的差距，尤其在汽車研發(fā)這一塊。近二十年的合資企業(yè)和所謂“市場換技術(shù)”的策略，雖然造就了相當?shù)闹圃炷芰?，卻沒有提升國內(nèi)汽車開發(fā)水平。反之，跨國企業(yè)為了其利益不斷扼殺國內(nèi)自主研發(fā)能力，造成其嚴重落后的

13、現(xiàn)狀。目前國內(nèi)車身設計絕大多數(shù)只能做逆向工程?？上驳氖牵@個問題已經(jīng)逐步得到改觀，“自主研發(fā)”已成為目前業(yè)界最熱的話題。在剛剛結(jié)束的2011上海國際汽車展上，各自主品牌紛紛推出自己的新作，盡管當中許多還是國外設計力量的作品，但它代表了一種聲音，國內(nèi)自主研發(fā)力量正在努力追趕世界水平。 按照中國大陸標準劃分為：微型轎車（排量/1L以下）、普通級轎車（排量為1.0~1.6L)、中級轎車（排量為1.6~2.5L）、中高級轎車（排量為2.5~4.0L）、高級轎車（排量為4L以上）。 過去我國是以計劃經(jīng)濟占主導地位的國家，市場意識不強，價格敏感度較差。當時轎車是按計劃分配式的模式銷售/，以發(fā)動機排量/

14、來衡量轎車的等級，由此分為微型轎車、普通轎車、中級轎車、中高級轎車和高級轎車幾類。目前的通俗分類法：以價格為主，技術(shù)規(guī)格為輔。即將20萬元以上的轎車解釋為中高級轎車；15萬元～20萬元為中級轎車；10萬元左右或10萬元～15萬元為普通級轎車；10萬元以下為微型轎車或經(jīng)濟型轎車。 在汽車100多年的歷史中，車身設計經(jīng)歷了數(shù)個發(fā)展時期，各具風格和特點。傳統(tǒng)設計方法分為初步設計和技術(shù)設計。初步設計采用縮小的比例，需要繪制車身布置圖，彩色效果圖和雕塑1:5 的油泥模型。技術(shù)設計階段多采用1:1比例，需要繪制線性圖，雕塑1:1油泥模型，制作內(nèi)部模型，繪制車身主圖版，繪制內(nèi)外覆蓋件圖，制作車身主模型，取

15、樣板等步驟。 現(xiàn)代設計方法分為概念設計和工程設計兩階段進行。國外車身設計是以三維模型為基礎的。隨著科學技術(shù)的進步，特別是近年來計算機輔助技術(shù)（CAD/CAM）迅猛發(fā)展，如今的車身設計已經(jīng)完全有用全新的面貌。該技術(shù)將計算機超高速的計算性能、準確的處理信息的特點與人類的創(chuàng)造思維能里及推理判斷能力結(jié)合起來，為車身設計提供了全新的理想手段，大大提高了車身造型設計的效率，縮短了車型開發(fā)周期。 在本次設計中，我順應時代潮流，大膽采用CAD技術(shù)，全程使用計算機完成設計。使用AutoCAD軟件完成車身總布置設計，繪制對應二維工程圖，在決定整車基本參數(shù)后，然后使用Alias、Catia等軟件進行三維建模并渲

16、染輸出。最后撰寫設計說明書。 第一章 轎車車身造型設計 汽車造型設計是指汽車基本參數(shù)確定后，進一步使汽車獲得具體形狀和藝術(shù)面貌的過程，它包括外形設計和室內(nèi)造型設計。汽車造型設計是汽車設計過程中一個重要的組成部分，應使汽車具有完美的藝術(shù)形象，良好的空氣動力學性能，良好的工藝性，良好的適用性，并考慮材料的裝飾效果。對于我的這次設計，主要是設計車外身造型。 1.1美學的運用 美學主要研究美的存在、美的認識和美的創(chuàng)造。具有美感的汽車車身造型應該是符合由人類長期時間總結(jié)出來的美學基本原則，是外在形式美和內(nèi)在科技美的統(tǒng)一。一個優(yōu)秀的汽車車身造型師也應該是在把握美學基本原則基礎上，針對不同消費群體

17、來進行設計，而且其特別吸引人的設計思想，往往會推動實現(xiàn)其目標的技術(shù)手段的新發(fā)展。 轎車車身的造型演變主要經(jīng)歷了馬車型、箱型、流線型（甲蟲型）、船型、魚型、楔型幾個流行階段。由于本設計做的是工程設計，于是通過大膽借鑒奧迪A6L的風格設計，確定了本次造型風格。該車在流線型的車身表面捏出很多折線，棱角分明，鋒芒畢露。旨在通過這種前衛(wèi)時尚穩(wěn)重的外觀，表現(xiàn)一種力量與自信，讓車在靜止狀態(tài)就誘惑人們有駕駛的欲望。 在外形設計方面，奧迪A6L標志性車身設計將復古、經(jīng)典與現(xiàn)代、時尚有機地融為一體，既透著奧迪的創(chuàng)始人霍希在上世紀30年代統(tǒng)治德國頂級豪華車市場時的威嚴，又體現(xiàn)出奧迪自戰(zhàn)后復興以來突出科技和運動特

18、點的品牌理念。尾部上方由圓潤的流線型改為略微翹起的棱角，具有擾流板的功效，可使車輛在高速行使時獲得足夠的抓地力，從而增強了高速行使狀態(tài)下車輛的操控性和安全性，同時也使尾部造型更顯硬朗和運動化。奧迪產(chǎn)品被公認為極致經(jīng)典的低懸式車窗設計以及類似跑車的車頂輪廓現(xiàn)在變得更具張力，動感十足：低平的腰線和向后上揚的肩線把整個車身勾勒出蓄勢待發(fā)、呼之欲出的動感神態(tài)。而發(fā)動機艙蓋中部醒目的弧形設計更突顯了全新奧迪 A6L的強勁動力和出眾性能。車身尾部除了造型突出的燈組設計外，大致可分為上下兩部分。從上而下首先是整個行李箱蓋的設計，由曲線營造出來的立體感極為突出，被連在一起的擾流翼似乎就是當中的重點所在。車尾下

19、方則是一體式的保險杠，雖然線條明顯較車身來得簡單，但硬朗的線條仍然很認真地刻畫出來，可謂徹頭徹尾。 設計的特別之處還不止這些，它同樣可以提供感官方面的美妙體驗。車體上的凸起部分與凹陷部分與光線交相輝映，強烈的直線與柔和的曲線互相補充，光滑的鋼鐵質(zhì)感為汽車的每一個細微部位都帶來了豪華的感覺。 圖1.1本次車身造型設計效果圖（一） 圖1.2本次車身造型設計效果圖（二） 區(qū)別于原車型，本次設計前進氣柵舍棄了奧迪A6L的“大嘴”造型，而采用大眾Passat的前臉造型，一體化設計更顯低調(diào)卻又不缺奢華，配合的組合前燈，隱約間流露出平易近人的氣質(zhì)，符合本車應具有的市場價值觀。相

20、對車身硬朗的線條，圓潤風格的后視鏡及防滾架為整車張揚的性格添加了幾分收斂，視覺上更顯平衡。 1.2空氣動力學的應用 汽車問世以來，經(jīng)過100多年的努力，結(jié)構(gòu)和性能均有了質(zhì)的變革和發(fā)展，越來越深入地體現(xiàn)著機械工程學、人體工程學和空氣動力學等諸學科研究的成果。在當今汽車上，機械工程學和人體工程學要素，已達到了相當高的發(fā)展階段，而空氣動力學要素還具有更大的發(fā)展余地。隨著汽車車速的不斷提高，以及在高速行駛時保證汽車的動力性、經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性和冷卻通風、降低風噪等的需要，汽車的空氣動力性能越來越為人們所認識，已成為研究汽車車身設計中的基礎學科之一，亦是評價汽車車身水平的重要依據(jù)。 為了減少空氣阻

21、力系數(shù)，現(xiàn)代轎車的外形一般用圓滑流暢的曲線去消隱車身上的轉(zhuǎn)折線。前圍與側(cè)圍、前圍、側(cè)圍與發(fā)動機罩，后圍與側(cè)圍等地方均采用圓滑過渡，發(fā)動機罩向前下傾，車尾后箱蓋短而高翹，后翼子板向后收縮，擋風玻璃采用大曲面玻璃，且與車頂園滑過渡，側(cè)窗與車身相平，前后燈具、門手把嵌入車體內(nèi)，車身表面盡量光潔平滑，車底用平整的蓋板蓋住，降低整車高度等等，這些措施有助于減少風阻系數(shù)。 車身的造型設計首要目的就是要解決空氣阻力的問題，1934年雷伊教授首次采用了風洞和汽車模型開展了車身空氣阻力實驗，測量了各種形狀的車身空氣阻力系數(shù)。得出結(jié)果——流線型車身既美觀同時空阻系數(shù)也最低。于是流線型的車身被廣為應用到汽車生產(chǎn)中

22、。1934年生產(chǎn)的克萊斯勒小客車就是最早采用流線型車身的產(chǎn)品。1936年林肯轎車又較之進步了許多，精心設計了其車身附件使該車整體看起來頗具動感。1937年，德國設計天才費爾南德?保時捷開始設計類似甲殼蟲外形的汽車。甲殼蟲汽車堪稱汽車設計史中的經(jīng)典，其仿生學的設計理 圖1.3 大眾甲殼蟲 念不只使具有很好的空氣動力性，獨特的造型也使它風靡一時，時至今日仍然引領汽車的時尚潮流。然而流線型的車身造型大大降低了車廂內(nèi)的空間，大大降低了駕駛和乘坐的舒適度。由此可見，汽車作為一個工具，其使用功能也是至關(guān)重要的。 轎車造型，對空氣動力性能有一定的要求。縱觀現(xiàn)今轎車設計，流線型車身，圓潤的曲線，豐富的擾

23、流件設計，無不體現(xiàn)優(yōu)異的空氣動力學性能。 圖1.4 本次設計側(cè)面造型 在本次設計中，車身前部保持著圓潤的線條，低平的發(fā)動機罩提供了較低的氣動阻力。短平的車尾，減少了從車頂向后部作用的負氣壓，有效防止后輪飄浮。前端底部擾流板，可減少進入底部的氣流量，還能使底部氣流順利地向尾部或側(cè)面流動，并保持一定流速，使氣動升力系數(shù)下降。和行李箱蓋上端翹起連在一起的擾流翼，將從車頂沖下來的氣流阻滯，形成氣動負升力，壓迫驅(qū)動輪緊貼地面，保證動力有效輸出。 第二章 車身總布置設計 車身總布置設計是在整車總布置的基礎上進行的。根據(jù)同組同學的數(shù)據(jù)及技術(shù)要求，可得到汽車的基本尺寸，軸荷分布范圍以及水箱、動力總成、

24、前后橋、傳動軸與車輪等的輪廓尺寸和位置。據(jù)此再參考同類車型有關(guān)數(shù)據(jù)，初步確定前后懸長度、前后風窗位置和角度、發(fā)動機罩高度、地板平面高度、前圍板位置、座椅布置、內(nèi)部空間控制尺寸、方向盤位置角度與操縱機構(gòu)和踏板的相互位置等。 2.1車身總布置與整車總布置 轎車車身的布置在很大程度上是受底盤布置形式的制約。轎車底盤有四種常見的布置形式：發(fā)動機前置后驅(qū)，前置前驅(qū)，后置后驅(qū)和中置后驅(qū)。在本次設計中采用前置后驅(qū)的方案。 初步設計時，必須確定車身與動力總成相對與前輪軸線的位置。設計為軸荷分布50:50，借此應該完成動力總成布置和凸包、傳動軸的布置。其實，底盤、車身、動力總成三者共存于一個統(tǒng)一體之內(nèi)，彼

25、此之間聯(lián)系密切，相互制約，所以車身總布置和整車總布置工作需要反復交叉進行。 參考現(xiàn)有車型后，確定本次設計基本參數(shù)如表3.1。 表3.1 本次設計基本參數(shù) 車型：四門五座三廂轎車 車長 4653mm / 寬 2004mm / 高 1521mm / 軸距 2675mm 前懸965mm / 后懸1013mm / 前輪距 1540mm / 后輪距 1540mm 發(fā)動機前置后驅(qū) / 直列六缸1.8L / 最大功率108kw/6500 / 最大扭矩183Nm/4000 輪胎規(guī)格 205/55 R16 / 最高速度211km/h 2.2人機工程學的運用 人機工程學是

26、一門新興的邊緣學科。它是以人的生理結(jié)構(gòu)、心理特征為依據(jù)，運用系統(tǒng)工程的觀點分析研究人與機、人與環(huán)境以及機與環(huán)境之間的相互作用，使“人——機——環(huán)境”達到和諧、完美、舒適的統(tǒng)一。在汽車設計中 , 人機工程學中的“人”主要指駕駛員及乘客，其中駕駛員最為關(guān)鍵；“機”指汽車及車內(nèi)緊急救助機構(gòu)；“環(huán)境”是指車內(nèi)環(huán)境和車外環(huán)境。汽車車身設計則是要以人（駕駛員，乘客）為中心，從人體生理、心理和人體運動出發(fā)，研究布置和設備等方面如何適應人的需要。它主要包括：確定人體H點、人體模型、眼橢圓、頭廓包絡線、駕駛員手伸及界面、駕駛的最舒適姿勢、座椅的形狀、儀表板的布置、方向盤的形狀以及他們之間的相互位置關(guān)系、校核操作

27、的輕便性、上下車方便性、視野性、乘坐舒適性等方面內(nèi)容。 如圖 人體樣板尺寸 2.2.1 H點人體模型 車身的內(nèi)部布置的出發(fā)點是人，既要保證安全性又要考慮舒適性。跑車的內(nèi)部布置可按成年人的人體尺寸來考慮。車身內(nèi)部空間和操縱機構(gòu)的布置，以及駕駛員與乘客座椅的尺寸和布置等參數(shù)均以統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為依據(jù)。用統(tǒng)計均值制作如圖的尺寸樣板， 用來確定基本的布置尺寸。該樣板按腿部尺寸統(tǒng)計值的代表性分三種：代表性為90%的人體樣板腿最長，用于基本布置；代表性為50%和10%的樣板較短。用90%的人體樣板確定了司機座椅的最低和最靠后位置后，就可再用50%和10%的人體樣板檢查座椅的中間位置，以

28、及最高、最前的極限位置。 H是人體身軀與大腿的交接點，即胯點（Hip Point）。當H點人體模型按照有關(guān)標準的規(guī)定安放在汽車座椅上時，模型上H點在車身中的位置便是汽車實際H點的位置。我國H點人體模型的標準參見GB/T11559-89。 2.2.2 眼橢圓及其定位 汽車駕駛員眼橢圓是駕駛員以正常駕駛姿勢坐在座椅中時，其眼睛位置在車身中的統(tǒng)計分布圖形。眼橢圓是車身設計中的重要工具性圖形之一。車身設計中，常將幾種典型百分位的眼橢圓制成樣板，以便設計或校核用。 眼橢圓樣板在車身側(cè)視圖上的定位步驟如下： 1 ) 根據(jù)設計已確定的H點水平調(diào)節(jié)量以及眼橢圓百分位，在樣板組中選取相應的樣板。

29、2 ) 在車身側(cè)視圖上最右H點向上作垂直工作線，并量取635mm，過該店做出水平工作線。并根據(jù)靠背角確定垂直工作線和水平工作線的偏距。 3 ) 通過計算，定位轎車眼橢圓在車身俯視圖上的位置。 2.2.3 本次設計的人機工程部分 汽車的使用主體便是人，無論駕控還是乘坐亦或是其他使用功能。所以二戰(zhàn)后福特公司打破了以往車身設計者單憑藝術(shù)美觀和遷就機械裝置的造型設計習慣，提出了以人為主的設計思想，把人體工程學引入車身設計當中。 2.1 眼橢圓在車身視圖上的定位 設計師將發(fā)動機艙置于車體前端，將整個車室置于前后兩輪之間，最大限度的保證了車內(nèi)的空間，后方為行李艙。這樣的設計類似于船的造型，

30、所以被稱為船型汽車。如我國的紅旗轎車。在此種造型將車身分成三個部分，成階梯形分布不僅有效地保證了各部分的使用性，同時也提供了車身造型豐富變化的基礎。 下面是完成的人機工程布置圖。 圖2.2 人機工程布置圖（側(cè)視圖局部） 圖2.3 人機工程布置圖（俯視圖局部） 2.3工程圖的繪制 本次設計車身總布置采用的軟件是AutoCAD。自1982年，美國Autodesk公司推出AutoCAD1.0版起，經(jīng)過不斷改進和完善，AutoCAD已經(jīng)歷了幾十多次版本升級。今天，AutoCAD在世界上被翻譯成18種語言，擁有數(shù)百萬正式用戶，成為世界上最暢銷的圖形軟件之一，也是我國在目前應用最廣泛的軟

31、件之一。AutoCAD憑借其強大的功能和龐大的用戶群，已經(jīng)成為事實上的行業(yè)標準。本次設計中使用的是AutoCAD 2010版本。 首先根據(jù)汽車車身制圖標準QC/T490-2000制定坐標原點。然后根據(jù)車型尺寸、軸距、輪距、離地間隙等基本數(shù)據(jù)，定出幾個關(guān)鍵點（例如前端點，發(fā)動機罩最高點，風窗玻璃最高點等），由這些點的坐標構(gòu)造主要輪廓線。在這個過程中，除了滿足行業(yè)標準，還應充分考慮造型要求和人機工程學。主要輪廓線繪制出來后，重新取點做樣條曲線，注意在有彎角的地方和曲率變化大的地方應多取幾個點，以提高曲線對輪廓線的擬和程度。由于三視圖之間的投影關(guān)系，第三視圖上的曲線可以由前兩個視圖完全確定，因此在

32、繪制的時候應該將其安排在最能反應曲線形狀的視圖上。例如貫穿車身的肩線，就應繪制在側(cè)視圖和俯視圖上，再向前后視圖投影。必要的話還需要繼續(xù)調(diào)整位置以滿足造型需求?？偠灾€繪制應盡可能精確。 圖2.4 車身外型 繪出主要曲線后，還應對其進行進一步處理，為三維造型打好基礎。利用ALIAS提供的曲線編輯工具進行處理和光順。完成后再導回AutoCAD繼續(xù)繪制曲線。這一過程將AutoCAD便捷的制圖手段和ALIAS強大的曲線編輯相結(jié)合，取眾家之長，提高了效率。 　　有一個問題需要特別指出。就是畫對稱曲線的時候，必須設法保證鏡像后曲線的二階連續(xù)。解決方法有兩個：一是繪制一半的曲線，在對稱線（或?qū)ΨQ

33、面）處，指定曲線端點方向與之垂直，再做鏡像。另一種方法是繪制一邊曲線，但是沒有達到對稱線（或?qū)ΨQ面），先做鏡像，然后做它們的橋接曲線（使兩個對象橋接參數(shù)一致）。這種方法更簡單，不過合并出來的曲線有可能曲率梳在空間分布上出現(xiàn)突變，需要繼續(xù)編輯。 最后，根據(jù)制圖標準繪出邊框、標題欄等。完成車身工程圖。 圖2.5 車身工程圖 第三章 三維模型的建立 雖然完成了車身總布置圖，但三視圖仍不足以完整表達車身造型的特點。同時車身的定型和進一步的零件設計都需要車型在三維空間中的表達。在真正的汽車開發(fā)程序中，需要制作油泥模型，并搭建三維數(shù)模。在本次設計使用CATIA和ALIAS軟件進行車身三維數(shù)模的搭建

34、，任務主要是車體覆蓋件建模。 3.1 建立方法及原則 本次三維建模使用的工具是法國達索公司公司出品的CATIA和美國歐克特公司的ALIAS。 模塊化的CATIA系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動中的需要，包括風格和外型設計、機械設計、設備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機、機械加工、分析和模擬。CATIA產(chǎn)品基于開放式可擴展的V5架構(gòu)。通過使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設計知識，縮短開發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對市場的需求的反應。自1999年以來，市場上廣泛采用它的數(shù)字樣機流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。CATIA系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領域里成為首要的3D設計和模擬解決方案：汽車、航空航天、

35、船舶制造、廠房設計、電力與電子、消費品和通用機械制造。 Alias作為世界領先3D圖形技術(shù)提供商，Alias為汽車、工業(yè)設計和可視化市場及電影、視頻、游戲、網(wǎng)絡、互動媒體和教育市場開發(fā)了眾多獲獎軟件、定制開發(fā)和培訓解決方案。Alias同時也為從初級到高級的各類用戶提供其最需要的服務項目。各類學習工具及培訓、支持和專業(yè)服務能夠滿足嚴格的制作需求。 得益于CAD軟件之間的數(shù)據(jù)接口，之前建立的CAD二維圖得到繼續(xù)利用。于是CATIA、Alias、AutoCAD之間相輔相成。于是空間曲線的搭建就有了基礎。施加變換操作，將平面圖（俯視圖、側(cè)視圖和前后視圖）放置到圖3.1所示位置，再利用“組合投影”命

36、令，生成空間曲線。有了空間曲線，編織空間曲面就成為可能。不過前提是要對曲線進行處理。 總的來說，三維建模的原則是嚴格按照二維圖，生成空間曲線，再由線生成面，必要的時候由面生成體。反復上述過程，利用ALIAS多樣的造型功能，完成三維模型的搭建。 ALIAS軟件一大優(yōu)點是造型的參數(shù)化，其特點是基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設計修改等。它使設計模型在幾何和拓撲意義上建立了基于約束的關(guān)聯(lián)，保證模型編輯的高效性和可靠性。在本次設計中，這一特性得到了充分利用。模型搭建過程中，盡可能地保持對象的參數(shù)化，為反復修改以達到設計意圖提供了便利。鮮明的例子是“過曲線網(wǎng)格”構(gòu)造片體。 圖3.1

37、 空間曲線的建立 3.2 車身建模分塊 車身覆蓋件通常分為如下幾個部分：發(fā)動機罩、行李艙蓋，前后翼子板，前后保險杠，側(cè)圍，車門，頂棚等。車身各分塊之間有密切的聯(lián)系，有的要求平滑過度，有的要求實現(xiàn)造型意圖，塑出棱角。這在分塊時就應充分考慮，以指導造型操作。原則是在保證實現(xiàn)可能性的前提下，分塊盡量大，以實現(xiàn)造型的宏觀控制。本次設計屬工程設計，在三維建模的過程中必須充分考慮設計意圖、制造方法和工藝性之間的平衡。 3.3 空間曲線的處理 利用平面圖相關(guān)曲線能夠投影出空間曲線。然而這些曲線往往不能直接用于造型，原因是多方面的： 1. 作圖誤差所致。總布置三視圖不可能絕對精確，軟件的公差等級和人

38、為操作都會造成誤差。誤差累積常常會達到不可接受的程度。 2. 編織曲面的要求。若要達到曲面平整光順的要求，首先曲線應該平滑。 對曲線進行處理主要有兩種方法： 1. 保持曲線參數(shù)，通過調(diào)整二維圖上投影曲線的母線，達到更新空間曲線形狀的目的。這樣做的好處是參數(shù)化設計，與母線緊密結(jié)合，易于調(diào)整，尤其在光順曲線的時候。缺點是不夠靈活，很難將空間曲線調(diào)整到理想的形狀。 2. 選擇去除參數(shù)，將空間曲線的屬性變成普通樣條曲線，就可以利用ALIAS強大的曲線編輯功能進行處理。這種方法的優(yōu)點是直觀快捷，自由度大。缺點是一旦去除參數(shù)就不可恢復，有時會陷入不可控的局面。 實際操作的時候應有的放矢，將兩種方

39、法相結(jié)合。在前期盡量使用方法一，保留曲線參數(shù)。不能達到要求的時候再使用方法二，靈活轉(zhuǎn)換。必要的時候應使用復制命令將曲線備份到別的層，以免操作失敗和過多調(diào)整造成的誤差積累。 在汽車開發(fā)的流程中，有一工程段稱為Class A Engineering，重點是在確定曲面的品質(zhì)可以符合A級曲面（A-class surfaces）的要求。所謂A級曲面的定義，是必須滿足相鄰曲面之間隙在0.005mm以下，切率改變（Tangency Chang）在0.16度以下，曲率改變（Curvature Change）在0.005度以下。符合這樣的標準才能確保鈑件的環(huán)境反射不會有問題。A-class包括多方面評測標準，

40、G2可以說是一個基本要求，因為G2以上才有光順的反射效果。 對于B樣條曲線，點連續(xù)（也稱為G0曲線）是在每個表面上生產(chǎn)一次反射，反射線成間斷分布。切線連續(xù)（也稱為G1曲線，）將生成一次完整的表面反射，反射線連續(xù)但呈扭曲狀。曲率連續(xù)（也稱為G2曲線）將生產(chǎn)橫過所有邊界的完整且光滑的反射線。因此，用作生成A級曲面的空間曲線至少要求是G2曲線。 下面是一個實例，展示的是發(fā)動機罩中線調(diào)整前后曲率梳的變化情況。從圖中我們能夠看到曲線光順的效果。 圖3.2 曲線的處理（光順前） 圖3.3 曲線的處理（光順后） 3.4 空間曲面的構(gòu)成和處理 3.4.1 空間曲面的構(gòu)成 有了邊界曲線和關(guān)

41、鍵控制線，我們就能利用他們構(gòu)建空間曲面。ALIAS里構(gòu)面的方法很多，大多是利用“自由形式特征”下的功能。本次設計常用的是“過曲線網(wǎng)格”、“掃略”和“橋接”?！斑^曲線網(wǎng)格”要求輸入引導線和截面線，并指定邊界條件和邊界約束，從而構(gòu)造出片體。相對其他造面命令，由于它條件清晰，可控性強，本設計中絕大多數(shù)片體都是用該方法生成的。 3.4.2 空間曲面的處理 車身覆蓋件都要求達到A級曲面。A級曲面的物理定義是在各自的邊界上保持曲率連續(xù)的曲面。曲率連續(xù)意味著在任何曲面上的任一點，沿著邊界有同樣的曲率半徑。構(gòu)造曲面是挺難做到這一點的。往往，所有的控制線處理成G2曲線了，但是構(gòu)建出來的曲面還是不理想。這和多

42、方面的因素有關(guān)。曲面需要繼續(xù)處理。ALISA軟件提供了豐富的曲面分析工具，幫助我們精確控制曲面質(zhì)量。最常用的是“半徑”方法和“反射”方法。對于重要曲面，需要常常監(jiān)控它們的質(zhì)量。 做出的曲面若是不理想，應按如下方法進行處理：先在曲面上抽取等參數(shù)曲線，將這些曲線去除參數(shù)后再編輯，然后用這些編輯過的線重新構(gòu)造曲面并進行曲面分析。若仍不理想，則重復上述過程，直到滿意為止。這項操作消耗大量時間和精力，考的是耐性，往往曲面需要數(shù)小時的調(diào)整才能比較理想的效果。 下面是車身光順性分析?？梢钥吹剑敬卧O計用了兩種平面光順性分析方法.一是用斑馬線的方式，另一種是直接用光線反射的方法。通過分析，可以看出車身平面

43、是否達到技術(shù)要求。 圖3.4 車身曲面分析一 圖3.5車身曲面分析二 3.5 曲面間的過渡 車身是一個整體，造型時定義了各覆蓋件之間的關(guān)系。由于建模是分塊進行的，所以建模時就必須對塊與塊之間的關(guān)系做出準確反映。細節(jié)上，曲面間過渡大致有如下兩種關(guān)系： 1. 曲面之間要求平滑過渡。造型上，原本是同一曲面，只是由于制造的原因，或者是為建模方便，將這些面分開建立。于是在曲面邊界處的過渡提出了要求，多要求G2連續(xù)（曲率連續(xù)）或G1連續(xù)（相切連續(xù)）。例如發(fā)動機罩和前面罩是G2連續(xù)，要求擁有平順的光線反射。構(gòu)造曲面時，向前面罩施加了邊界約束，達到了理想的效果。 圖3.6 發(fā)動機罩和前面罩反射效果

44、 2. 面要求體現(xiàn)設計意圖，塑造棱線。構(gòu)成的時候分兩個面生成，邊界處交出棱線。然而沖壓工藝不允許出現(xiàn)尖角。于是必須創(chuàng)建過渡圓角。雖然ALIAS提供了“橋接”和“面倒角”命令，但效果往往不理想，甚至邊界復雜到一定程度時無法倒圓。這時候就需要手動創(chuàng)建圓角：將面交接出割出縫隙，抽取邊界曲線，并建立截面控制線。最后利用“連接面”將上述兩組曲線構(gòu)成過渡面。 圖3.7 行李箱蓋過渡邊圓角的生成 圖3.8 整體效果圖 3.6 渲染 完成三維建模后，最后一步操作是渲染。渲染是模型展示前的最后一步，通 圖4.14 渲染圖 過添加光源，向模型賦予材質(zhì)，建立環(huán)境界面，盡可能的構(gòu)造真實效果，將數(shù)學模型生

45、動的展示在用戶面前。 鑒于ALIAS和CATIA都可以進行渲染。且ALIAS渲染效果逼真，對材料都可以逼真的反應出來，聯(lián)合使用專業(yè)渲染工具和圖形平面處理軟件，利用專業(yè)材質(zhì)庫里的豐富材質(zhì)，并添加復雜的光影，部分作品還在后期合成真實場景，達到一種以假亂真的效果，帶來絕佳的視覺體驗，簡直可以和相片媲美。 CATIA也可以進行簡單的渲染，并不追求絕對擬真，而是力求清晰展示設計意圖，并利用平面設計的色彩構(gòu)圖等理論。 考慮到畢業(yè)設計時間較短，以及對軟件的掌握有限，且個人電腦的配置問題，本次設計的就用CATIA只進行簡單的渲染。 向車身覆蓋件附上“金屬漆”材質(zhì)，并反復調(diào)整顏色、反射等效果，尋求最佳的

46、視覺效果。設計最初擬定這輛小跑車可以是紅色、白色和銀色。通過渲染輸出比較發(fā)現(xiàn)紅色并不符合本造型的硬朗風格，白色則略顯普通，銀色最能展現(xiàn)整車細膩的質(zhì)感。 結(jié) 論 通過此次設計，我深刻的體會到車身設計作為汽車設計中最活躍的一部分，近年來發(fā)展迅速。技術(shù)的進步已經(jīng)從根本上改變了車身設計的面貌。CAD/CAM技術(shù)的廣泛采用，為車身設計提供了全新的理想手段，大大提高了車身造型設計的效率，縮短了車型開發(fā)周期。如今的車身設計已經(jīng)無法離開計算機，開發(fā)人員必須掌握這種工具，并創(chuàng)造性地運用到工作中，才能設計出優(yōu)秀的產(chǎn)品。同時也應該看到，現(xiàn)今的CAD/CAM軟件在兼容性、功能性和人性化等方面仍有很大的發(fā)

47、展空間，單一的設計思路容易束縛住設計人員的思維。伴隨著設計手段和CAD/CAM技術(shù)共同發(fā)展，汽車車身設計將更加完善和成熟。 車身設計是一個艱巨而復雜的工程,廣泛牽涉到美學、人機工程學、空氣動力學、制造工藝學、材料工藝學、汽車總布置等學科的知識。一款車型的成功，凝聚著大批設計人員的集體智慧和辛勤勞動。本次設計由于自身知識和經(jīng)驗的限制，加之時間匆忙，可能部分設計內(nèi)容不是很準確,甚至出現(xiàn)錯誤也在所難免。但通過這一次鍛煉，學習了幾款開發(fā)軟件，學到了一些設計經(jīng)驗，學會了如何發(fā)現(xiàn)問題并設法解決問題，這些都為我在今后工作學習中的進一步的提高打下了堅實的基礎。 致 謝 經(jīng)過近三個月的努力工作，在指導

48、老師和同學們的幫助下，我順利的完成了畢業(yè)設計。在這里我要特別感謝我的老師***，他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和嚴格的要求，督促我全神專注自己的工作，淵博的知識和耐心的指導是我完成設計的最可靠保證。同時也要感謝同課題組的同學，有了他們的熱心幫助和通力合作，諸多技術(shù)難題迎刃而解。在此，我向各位提供幫助的老師和同學們表示由衷的感謝。參考文獻 [1]黃金陵、黃天澤，《轎車車身結(jié)構(gòu)與設計》,機械工業(yè)出版社，2002年10月第一版 [2]周一鳴、毛恩榮編著，《車輛人機工程學》,北京理工大學出版社，1999年12月 [3]吳亞良著，《現(xiàn)代轎車車身設計》，上海科學技術(shù)出版社，1999年3月 [4]郭竹亭主編《轎

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