参数化车身总布置的车身造型设计方法

　　一、引言

　　随着日益成熟的CAD/CAM/CAE一体化产品开发技术在汽车设计领域得到广泛应用，汽车车身设计方法正逐步由传统的设计方 法向着以缩短产品开发周期和提高产品设计精度为目标的现代 设计方法转变。车身造型逐步由草图加油泥模型造型设计方法 向数模与虚拟装配仿真的虚拟现实设计方法转变，特别是欧美的大型汽车企业很多都向无纸化趋势发展，完全应用相应的计 算机软件对车身造型的各个阶段进行不同阶段的设计与分析。CATIA V5是Dassualt Systemes公司与IBM公司合作共同推出的微机版专业CAD/CAM软件，它具有基础结构模块、机械设计模块、曲面造型模块、分析模块和人机工程设计等，具有知识智能、曲面造型分析评价、有限元分析以及数字化虚拟样机等强大的功能模块，为许多用户所青睐。在欧洲的汽车生产商包括克莱斯勒(Chrysler)、宝马(BMW)、奔驰(Benz)、大众(Volkswagen) 和奥迪(Audi)等已全部将CATIA当成核心开发软件。

　　二、CATIA V5知识工程模块

　　知识工程是C A T I A V5软件的重要组成部分，也体现了CATIA V5软件强大的功能。CATIA V5实现了工程设计与产品设 计系统的无缝连接，是使KB E工程化、实用化的重要工具。用户可以根据具体的需求，通过定义特征、定义公式、定义规则和定义检查，来检验设计过程是否符合技术要求或给予设 计的评估以及建议等。CATIA V5的知识工程模块包括：知识 工程顾问(Knowledge Advisor);知识工程专家(Knowledge Expert);产品知识模板(Product Knowledge Template);业务流程知识模板(Business Process Knowledge Template); 产品工程优化(Product Engineering Optimizer);产品功 能定义(Product Function Definition);产品功能优化(Product Function Optimization)。

　　此系列模块主要功能：第一，CATIA V5知识工程模 块将知识以参数(Parameters)、公式(Formulas)、规则(Rules)、检查(Check)、报告(Reports)、设计表(Designtable)、应变(Reactions)和创成式脚本(Generativescripts)等多种形式表示出来，还可以把这些智能资产封装为产品设计模板直接使用。第二，CATIA V5知识工程模块给企业提供了在产品全生命周期都可以捕捉与重用企业知识的能力。建立知识库的目的是为了在产品开发过程中，所有相关技术人员都可以高效利用CATIA V5自动捕捉系统 中的知识。

　　三、基于CATIA V5知识工程的参数化车身总布置方法

　　首先是采用参数化建模的方法对设计对象进行特征的提取;

　　其次是将其特征量用参数表示，从而奠定了下一步建立公式或规则 的基础;再次是在确定特征的基础上，将专家的设计思想或设计方法等知识归纳为规则或公式，通过建立特征之间的关联，将设计思 想或方法等知识转化为可用计算机实现的工作过程;最后，这些规 则或公式还可以根据特征或参数对设计的结果进行量化评估。

　　1.定义车身总布置参数

　　车身总布置参数化就是实现其尺寸参数化驱动的过程，在此过程中，要创建其总布置相关关键尺寸参数。图1是应用某车型控制尺寸参数，进行关键控制尺寸的建立。

　　2.在CATIA V5中建立相应关键点

　　运用相关的公式、定义和规则，把上述车型参数导入CATIA V5知识工程模块，建立车身参考点、面，以此来确立车身主要硬点位置。在CATIA V5中可以通过面、面相交得到线，线、面相交得到点的方法来确定相关的车身硬点(如图2)。

　　3.构建车身网络线

　　车身总布置硬点不能直观地反应车身整体轮廓，必须把相应的硬点连接起来，才能得到车身总布置的轮廓线。应用CATIA V5中的相关命令，依次用线条曲线连接车身总布置硬点，构建空间型体，得到车身前、中、后部网络线，最后得到整车车身总布置网络线框(如图3)。

　　4.导入设计表及车身全部尺寸更新

　　构建完成车身总布置网络线后，CATIA V5可以通过外部已有车型数据引用驱动文件自动更新，引用的格式可以是Excel文件或记事本文件。应用此方法可以完成车型总布置的自动更新(如图4)。

　　5.建立检查规则

　　检验工具(Check)可让用户对参数值加以检查。所谓检验， 就是针对参数检查是否在设置范围之内，核实一个规则声明是否被执行。我们根据设计目标来设置规则(即法规、标准等)，把它链接在所建车身总布置模型中。当更改车身总布置某些尺寸参数时， 如果造成目标规则没有被实现，就会有警报出现，提醒设计者某项规则被违反，从而实现了实时检验。

　　四、基于CATIA V5曲面模块的车身造型设计与曲面质量分析评价

　　车身造型是由一系列复杂的空间曲面构成的，这些曲面是由不同曲率的空间曲面相互连接而成，这种连接既要满足零件功能、结构的要求，又要光滑过渡，达到平顺、和谐的效果。

　　CATIA软件的曲面造型技术为车身曲面造型提供了先进、方便、快捷的手段，使汽车的设计更趋完美。CATIA具有混合建 模功能，可以直接由知识工程模块切换到曲面模块，在已建好的车身总布置线框内进行车身主要线条的构建，从而进行车身曲面造型设计(如图5)。

　　曲面质量对汽车的外覆盖件很重要，光顺的独立曲面连接后并不一定生成光顺的整体曲面，因而对车身全部曲面生成且 拼接后，要对整体曲面进行评价。A级曲面分析是CATIA环境下曲面品质检测的重要方法。A级曲面高亮分析方法是通过黑白相间的条纹，显示曲面法向与指定方向的角度，对车身造型曲 面进行曲面高亮分析，进而分析评价车身造型曲面的质量。

　　五、结论

　　本文提出了基于CATIAV5作为车身总布置设计的核心工具，在线架造型、曲面造型以至于3D实体造型等方面更具有独特的长处，其可伸缩性设计和并行工程能力可显著缩短产品开发周期。基于CATIA的数字化产品，在数字化工厂内通过数字化流程，进行数字化工程的实施。因此，CATIA的技术在汽车领域内的优势是显著的，并且得到各国的汽车零部件供应商的广泛认可。