基于A6L型汽車3D數(shù)據(jù)的后車門設(shè)計

1、目 錄摘 要3Abstract41 緒 論51.1 車身外形設(shè)計在汽車工業(yè)中的地位和意義51.2 傳統(tǒng)車身外形設(shè)計方法51.3 現(xiàn)代車身外形設(shè)計方法71.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀82 車身逆向工程設(shè)計方法及流程 102.1 傳統(tǒng)車身設(shè)計、車身工裝設(shè)計和制造的工作流程102.2 基于逆向工程的車身總體設(shè)計流程 102.2.1 逆向工程系統(tǒng)概述 102.2.2 基于逆向工程的車身總體設(shè)計 112.2.3 UG在逆向工程技術(shù)中的應(yīng)用123 基于逆向工程的后車門結(jié)構(gòu)設(shè)計 153.1 數(shù)據(jù)測量 153.1.1 基于A6L型汽車3D外形的掃描數(shù)據(jù) 153.1.2 點云數(shù)據(jù)的獲取 183.1.3 點云數(shù)據(jù)的處理

2、193.2 曲面的擬合重構(gòu) 194 車門的總成設(shè)計和要求 264.1 車門設(shè)計的要求及方法 264.1.1 車門設(shè)計的要求 264.1.2 剛性要求 264.1.3 耐久性能 274.2 車門結(jié)構(gòu)的加強 274.2.1 對窗口部位的加強 274.2.2 窗框與下部連接處的加強 284.2.3 外板剛度的加強 294.3 車門的布置及附件設(shè)計 304.3.1 車門外部條件的確定 304.3.2 門鎖的布置 314.4車門內(nèi)板的設(shè)計與繪圖 325 結(jié)論 39參考文獻 40致謝 42摘 要概述了車身外形設(shè)計方法，介紹了逆向工程的含義，闡述了應(yīng)用逆向工程進行汽車覆蓋件模具設(shè)計的工作流程及其關(guān)鍵技術(shù)。最

3、后針對汽車車門這一典型覆蓋件，在UG中進行車身覆蓋件點云數(shù)據(jù)處理和造型，進行模具設(shè)計。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；后車門設(shè)計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

4、, a typical automobile door panel, in the UG for body panels in point cloud data processing and modeling of mold design. The results show that reverse engineering can greatly improve the efficiency of product development covering parts and quality.Keywords:Reverseengineering; All car shape; Rear doo

5、r design1 緒論1.1 車身外形設(shè)計在汽車工業(yè)中的地位和意義在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，車身作為汽車三大總成之一和新車型的象征，其研制與生產(chǎn)技術(shù)的水平是汽車工業(yè)水平的重要標志。車身工程己經(jīng)成為汽車工業(yè)中發(fā)展最迅速且最具活力的分支之一。一個總體設(shè)計優(yōu)良的汽車品牌在市場競爭中的成敗主要取決于其外形能否吸引顧客和能否不斷更新。一部汽車的底盤生存周期一般在10年左右，而車身的生存周期只有35年。一個國家沒有高水平的車身研制與生產(chǎn)技術(shù)，就沒有自主發(fā)展的汽車工業(yè)，就難以在竟爭中獲勝。因此，如何利用現(xiàn)代設(shè)計方法，加快車身總體和外形的設(shè)計，實現(xiàn)產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，是一個汽車品牌在市場竟爭中立于不敗之地的重要法寶

6、。探討汽車車身設(shè)計的理論和實際意義土要體現(xiàn)在有助于促進汽車車身制造業(yè)的進一步發(fā)展，有助于縮短車身產(chǎn)品的再設(shè)計周期，有助于制造和完善各種外形美觀的車身產(chǎn)品，有助于提高車身產(chǎn)品的制造精度和經(jīng)濟效益。1.2 傳統(tǒng)車身外形設(shè)計方法汽車車身外形是汽車結(jié)構(gòu)中與底盤和發(fā)動機并列的三大部分之一，其開發(fā)和生產(chǎn)準備周期最長，圖紙及工藝準備的工作量最人，并且還經(jīng)常要改型，不像底盤和發(fā)動機那樣容易做到系列化、通用化。車身結(jié)構(gòu)的特點在于組成車身外形的各個零部件多為尺寸大而形狀復(fù)雜的空間曲面(即所謂人型覆蓋件)，這些空間曲面無法用一般的機械制圖方法將其完整地表現(xiàn)出來，因而不得不建立立體模型作為依據(jù)。為了使這些圖紙和換型能

7、夠確切地表現(xiàn)出車身的形狀和結(jié)構(gòu)，需要通過一套復(fù)雜的設(shè)計程序來完成。在傳統(tǒng)車身設(shè)計方法中，車身的設(shè)計信息和數(shù)據(jù)的傳遞主要是靠二維圖紙和主模型，人的手工設(shè)計部分較多。傳統(tǒng)設(shè)計方法無法克服的缺點土要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、人力物力消耗大。傳統(tǒng)的車身設(shè)計開發(fā)需要美工人員、工程技術(shù)人員及其工人通力合作，如二維工程圖(車身曲線圖的繪制)、土模型的制作和保存、模具設(shè)計、制造、研配和調(diào)試、生產(chǎn)準備中的工藝設(shè)計等都將耗費人量的人力和物力。2、設(shè)計精度低、周期長。精度低的主要原因在于設(shè)計和生成準備的各個環(huán)節(jié)之間信息傳遞是一種“移形”，例如由主圖板制作主模刑，由主模型進行加工工藝補充，制造工藝模型，由凸的工藝模型翻

8、成凹的工藝模型，再由工藝模型反靠加工沖模，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過這些環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換，各種人為的誤差就在所難免，導(dǎo)致加工出的模具精度無法保證，只有靠下一步的手工研配來解決。3、車身定型過早且不能進行并行設(shè)計。傳統(tǒng)車身設(shè)計基本上是一種單向不可逆設(shè)計狀態(tài)，產(chǎn)品一旦定型，修改或改型非常困難，通用化、系列化程度低。此外，現(xiàn)代汽車的車身零部件由于結(jié)構(gòu)和美觀的需要，空間曲面日趨復(fù)雜化，傳統(tǒng)的設(shè)計方法己很難滿足設(shè)計要求。傳統(tǒng)的車身設(shè)計方法的流程可用圖1.1來表示。圖1. 1傳統(tǒng)車身設(shè)計方法流程圖1.3 現(xiàn)代車身設(shè)計方法近幾年來，由于計算機技術(shù)(CAD/CAM/CAE/CIMS等)的迅猛發(fā)展，車身外形設(shè)計方法己經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的突

9、破。在具體的設(shè)計過程中，按照產(chǎn)品設(shè)計信息來源的不同采用計算機輔助設(shè)計的流程上要分為以下幾大類：1、產(chǎn)品的逆向設(shè)計(仿形設(shè)計)，如圖1.2所示，產(chǎn)品信息來源土要是實物(樣車)、二維圖紙等。2、產(chǎn)品的正向設(shè)計(概念設(shè)計)，如圖1.3所示，產(chǎn)品信息來源土要是圖片、模型及造型人員的設(shè)計思維等。3、基于上述兩者之間的交互式設(shè)計(改型設(shè)計)。圖1. 2產(chǎn)品的逆向設(shè)計(仿形設(shè)計) 圖1. 3產(chǎn)品的正向設(shè)計(概念設(shè)計)現(xiàn)代車身設(shè)計中大量采用CAD/CAM技術(shù)，這會帶來傳統(tǒng)設(shè)計方法無法比擬的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：1、提高了設(shè)計精度：造型一旦完成建立了車身外表面的數(shù)學模型并存入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)計算機管理便可以多方共享，為生

10、產(chǎn)準備、工裝設(shè)計制造提供方便、詳細、準確的原始依據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，使模具加工的精度大大提高，并可消除凸凹模之間的研配，使調(diào)試、修改的工作量大為減少。2、提高了設(shè)計和加工效率，縮短了設(shè)計和制造周期：一方面表面數(shù)學模型可直接用來進行沖模設(shè)計，提高沖模設(shè)計的成功率，另一方面模具的制造可以通過直接引用CAD模烈進行數(shù)控加工，從而大大提高了模具制造的速度。3、可以方便地將造刑結(jié)果的CAD數(shù)學模型用于車身設(shè)計中的各種分析；建立了車身的CAD數(shù)學模型后，即可用于車身的強度、剛度有限元分析、車身覆蓋件成烈模擬和空氣動力特性模擬，獲得對招個車身設(shè)計的車身剛度，車身安全性，整車空氣動力特性的初始評定，使得

11、設(shè)計的可信度大為提高。有了這樣一個基礎(chǔ)，一般只需要試制一輪樣車作為驗證，產(chǎn)品即可定型。4、在原設(shè)計基礎(chǔ)上改型和換刑比較容易。可以避免大聳繁鎖重復(fù)性的工作，縮短設(shè)計開發(fā)周期、提高效率。如轎車的二廂、三廂車的設(shè)計，卡車的單排、排半、雙排、寬車、窄車、高頂、平項系列車身的設(shè)計等，均可在一個車身平臺的基礎(chǔ)上衍生多個車身，使得產(chǎn)品的系列化、通用化程度大人提高，極人的滿足了客戶的需求。1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基于逆向的現(xiàn)代車身設(shè)計方法日前己在技術(shù)先進的國外汽車行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。世界上比較大的汽車公司都已普遍采用CAD系統(tǒng)進行車身的二維設(shè)計，如車身的總布置(人機工程)、內(nèi)外覆蓋件的曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件結(jié)構(gòu)和

12、裝配設(shè)計、模具設(shè)計，并自動生成相關(guān)的設(shè)計技術(shù)文件。CAM/CAE乃至CIMS技術(shù)應(yīng)用也很普遍。各大汽車制造公司都擁有自己龐大的車身開發(fā)隊伍，而且不惜投入巨額資金建立先進的實驗室，開發(fā)或引進專門的軟件進行車身設(shè)計。在車身設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用較多的可進行逆向工程設(shè)計的軟件包主要有美國ALIAS公司的Autostudio, IBM公司的子公司Daussault的CATIA, EDS公司的UG、參數(shù)技術(shù)公司的PRO/Engineer等。這些軟件都屬于通用機械設(shè)計軟件，具有較強的曲面設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計能力或混和設(shè)計功能，并能支持機械制造的全過程，即設(shè)計建模工程分析加工制造，有些甚至能較好的支持車身設(shè)計的最初階段，

13、即概念設(shè)計(Concept Design)階段(如Autostudio)，并通過一定的手段將其與建模結(jié)合起來，將平面設(shè)計轉(zhuǎn)換為二維模型。國內(nèi)計算機用于汽車設(shè)計始于70年代。長春汽研所研制了曲面光順程序車身專用功能板，建立了其車身設(shè)計用的圖形庫，開發(fā)了基于逆向工程基礎(chǔ)上的汽車車身表面造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計程序系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪制車身土圖板和車身零件圖，提供加工主模型NC數(shù)據(jù)，制作土模型的能力。北京汽車摩托車制造公司研制了BJA-BSM車身CAD系統(tǒng)，成功地應(yīng)用于BJ124, BJ125等各種新車型的車型工作。上海通用汽車、上海同濟同捷科技有限公司等對基于逆向工程基礎(chǔ)上車身設(shè)計開發(fā)流程進行了比較深入地研究

14、，形成了一套比較完善的車身開發(fā)程序。但在逆向工程點數(shù)據(jù)處理、曲面表面光順、數(shù)學模型轉(zhuǎn)換過程等方面仍存在很多急需解決的問題。國內(nèi)很多中小汽車企業(yè)由于資金、設(shè)備和人員的限制，使得對UG的應(yīng)用水平不高，未能對基于逆向I程基礎(chǔ)上的車身設(shè)計方法進行比較系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，或者僅應(yīng)用逆向工程的某一領(lǐng)域，應(yīng)用得最多的也只是對產(chǎn)品做局部或少黃的改動。總的來說，國內(nèi)逆向工程在汽車車身外形設(shè)計中應(yīng)用的深度和廣度與國外先進水平相比還有很大差距，尤其在CAD/CAM、UG集成應(yīng)用等方面還處于起步階段。2 車身逆向工程的總體設(shè)計眾所周知，汽車車身設(shè)計與制造的技術(shù)水平標志著一個國家或者一個汽車集團的汽車產(chǎn)品開發(fā)能力和水平。

15、而汽車車身造型設(shè)計與模型試制技術(shù)又是車身設(shè)計與制造技術(shù)的重要基礎(chǔ)和必備環(huán)節(jié)，它的開發(fā)質(zhì)量與速度將直接影響到產(chǎn)品將來在市場上的價值和企業(yè)的主動性，從而被各個廠家作為企業(yè)的生命線而給予高度的重視。如何在車身制造領(lǐng)域引入快速設(shè)計一直是各個廠家探索的方向。2.1 傳統(tǒng)車身設(shè)計、車身工裝設(shè)計和制造的工作流程傳統(tǒng)的車身開發(fā)以串行方式工作，即從車身概念設(shè)計、造型設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計到車身沖壓工藝設(shè)計、車身工藝裝備設(shè)計、制造以及檢測等各個階段都以串行方式進行。串行工作方式存在著如下缺點：每一個階段都依賴于前一個階段的完成并制約后一個階段的進行，整個車身開發(fā)的周期為上述各個過程所需周期的總和。此外，由于各個階段的工作

16、分別由車身開發(fā)的各專業(yè)人員進行，使得前階段的專業(yè)人員常常不能及早考慮后階段可能產(chǎn)生的問題，造成車身設(shè)計與沖壓工藝模具設(shè)計與制造嚴重脫節(jié)，并且常因后期工裝模具制造產(chǎn)生問題而不得不反過來修改車身產(chǎn)品設(shè)計，從而使整個車身生產(chǎn)準備過程反復(fù)循環(huán)，造成設(shè)計改動量大，產(chǎn)品開發(fā)周期長，產(chǎn)品開發(fā)成本高等缺點。2.2 基于逆向工程的車身總體設(shè)計流程2.2.1逆向工程系統(tǒng)概述重建實物的UG模型的目的是為后續(xù)應(yīng)用提供幾何支持，逆向工程技術(shù)往往和其他先進制造技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計和制造，如80年代初發(fā)展起來的快速原型制造技術(shù)、基于數(shù)字及網(wǎng)絡(luò)的快速模具設(shè)計及制造技術(shù)等，通常需要逆向工程技術(shù)的支持。利用系統(tǒng)集成的思想，將

17、逆向工程過程中的各個子系統(tǒng)有機地集成起來，構(gòu)成一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)，即為集成逆向工程(Integrated Reverse Engineering, IRE)系統(tǒng)。圖2. 1給出了逆向工程集成系統(tǒng)框架。從圖中可以看出，逆向工程系統(tǒng)的核心技術(shù)是建立集成化的車身產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。目的在于為車身開發(fā)的整個生命周期內(nèi)的各個環(huán)節(jié)提供車身產(chǎn)品的全部信息。它可為車身造型設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、有限元分析、沖壓成型工藝性分析、車身工裝設(shè)計與制造、裝配和檢驗等環(huán)節(jié)，提供共享的車身產(chǎn)品開發(fā)的全面描述。它不僅包括對車身表面的幾何信息的描述而且包括非幾何部分信息的描述，如精度、管理、技術(shù)、材料、裝配等方面的制造工藝信息的描述。這些

18、信息是產(chǎn)品生命周期中信息交換和共享的基礎(chǔ)。圖2.1 集成逆向工程系統(tǒng)2.2.2基于逆向工程的車身總體設(shè)計逆向設(shè)計是20世紀90年代興起的一種汽車產(chǎn)品開發(fā)新技術(shù)。廣義上講，逆向設(shè)計主要是依靠高度集成化、可視化及開放型的計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)筑汽車產(chǎn)品，從概念構(gòu)思、產(chǎn)品設(shè)計、工程分析到工藝制造、應(yīng)用工程、市場服務(wù), 全過程實行無紙化、系統(tǒng)化的高精度操作平臺。這種思維先于實體，再用實體反證思維的逆向工作形式，被稱之為逆向設(shè)計。狹義上講, 逆向設(shè)計是指從已有的物理模型或?qū)嵨飿蛹@取產(chǎn)品數(shù)學模型, 并且在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進行解剖、深化和再創(chuàng)造的過程。逆向設(shè)計已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)、模具制造及產(chǎn)品質(zhì)量控制等

19、眾多領(lǐng)域。特別是在汽車產(chǎn)品開發(fā)中，逆向設(shè)計已經(jīng)成為必不可少的重要技術(shù)手段。汽車車身的逆向設(shè)計對點云測量和曲面重構(gòu)提出了很高的要求。點云測量的質(zhì)量主要取決于測量設(shè)備的精度，而曲面重構(gòu)的品質(zhì)還與所選用數(shù)據(jù)處理軟件的功能與數(shù)據(jù)處理的策略有關(guān)。汽車車身產(chǎn)品逆向設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)逆向設(shè)計在汽車車身產(chǎn)品開發(fā)中, 有兩項關(guān)鍵技術(shù)：準確、高效的從手工油泥模型上采集三維點云數(shù)據(jù)；快速、高質(zhì)量的創(chuàng)建曲面數(shù)學模型。點云數(shù)據(jù)采集技術(shù)：點云數(shù)據(jù)采集是將油泥模型曲面以空間點三維坐標的形式離散化，所采集的點云數(shù)據(jù)是曲面擬合或曲面檢測的基礎(chǔ)。目前常用的點云數(shù)據(jù)采集方法有3種：1、接觸式三坐標測量機測量 測量精度較高,測量效率較低，

20、由于測量時接觸被測物體，易劃傷其表面，適于測量點、特征線、孔等幾何特征。2、線狀激光束測量(相位測量) 將周期性的光柵投影到被測曲面上，通過光柵圖像的調(diào)制解調(diào)，求出被測曲面形狀的三維信息。其測量范圍大，速度快，但只能測量起伏不大的較平坦曲面, 曲面變化大時測量精度較低。3、光柵投影式測量(照相測量) 將光柵投影到物體表面，形成一塊待測區(qū)域，由光學掃描系統(tǒng)測取實物的表面數(shù)據(jù)，用數(shù)碼像機獲取特征標志點的三維坐標位置。光柵投影式測量輕便靈活，易于攜帶，可進行異地測量；非接觸測量，對被測物表面無劃傷；復(fù)雜或大面積表面可分塊測量；測量速度快，點云密度高；測量精度高，在0.03 /100 mm100 mm

21、以內(nèi)，綜合測量精度在0.1 /1000 mm以內(nèi)。在車身設(shè)計中，要求車身外表面和內(nèi)飾表面光順?！肮忭槨庇小肮饣焙汀绊樠邸敝猓〝?shù)學和主觀美學兩方面描述。曲面光順描述受主觀因素影響，不同汽車制造廠制定了不同的分級標準。汽車車身表面曾有A、B、C三級之分, 其中：A 面為車身外表面,即白車身,要求滿足上述曲線、曲面光順的全部條件；B 面為不重要表面(含內(nèi)飾表面)，要求滿足曲線、曲面光順的基本條件；C 面為不可見表面。隨著制造技術(shù)的進步，汽車內(nèi)飾表面也被列入A級要求，因此分類方法也隨之簡化，A 面為可見(可觸摸)表面；B面為不可見表面。逆向設(shè)計需要相應(yīng)的軟件支撐。逆向設(shè)計主要應(yīng)用軟件有:Ge

22、oMagic、CopyCAD RapidForm、QuickForm、UG及CATIA等。不同軟件各有所長，應(yīng)根據(jù)不同曲面的結(jié)構(gòu)特點和測量數(shù)據(jù)的特點，選用不同軟件；或在逆向設(shè)計的不同階段，采用不同軟件，以提高設(shè)計質(zhì)量和效率。2.2.3 UG在逆向工程技術(shù)中的應(yīng)用 多年來，UGS一直在支持美國通用汽車公司實施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項目，同時Unigraphics也是日本著名汽車零部件制造商DENSO公司的計算機應(yīng)用標準，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應(yīng)用，如Navistar、底特律柴油機廠、Winnebago和Robert Bosch AG 等。另外，UG軟件在航空領(lǐng)域也有很好的的表現(xiàn)：在美國

23、的航空業(yè)，安裝了超過10,000套UG軟件；在俄羅斯航空業(yè)，UG軟件具有90%以上的市場；在北美汽輪機市場，UG軟件占80%。UGS在噴氣發(fā)動機行業(yè)也占有領(lǐng)先地位，擁有如Pratt & Whitney和GE 噴氣發(fā)動機公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有：B/E航空公司、波音公司、 以色列飛機公司、英國航空公司、Northrop Grumman、伊爾飛機和Antonov。 同時，UGS公司的產(chǎn)品同時還遍布通用機械、醫(yī)療器械、電子、高技術(shù)以及日用消費品等行業(yè)，如：3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飛利浦公司、吉列公司、Timex、 Eureka 和Arctic Cat等

24、。UG進入中國以后，其在中國的業(yè)務(wù)有了很大的發(fā)展，中國已成為其遠東區(qū)業(yè)務(wù)增長最快的國家。UG曲面造型技術(shù)主要有規(guī)則曲面造型和復(fù)雜曲面造型兩種，復(fù)雜曲面的造型設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的難點和重點。曲面構(gòu)造的方式，可分為以下幾類：(1)掃描曲面：發(fā)生線沿“脊線”運 動掃過形成 的曲面；(2)截面驅(qū)動曲面：控制各截面形狀面積，按“脊線”運動形成的 曲面；(3)連接曲面：以確定的控制線對兩個曲面倒圓形成的曲面；(4)填充曲面：在已有的曲面圍成區(qū)域的空白處填充形成的曲面； (5)布爾運算：對幾個曲面的布爾運算形成的曲面。 UG軟件還可以對曲面外形進行分析，檢查曲面或曲線間的細縫大小與連續(xù)性，檢查曲線、曲面的曲率，

25、分析曲面的品質(zhì)，檢查幾何元素問的距離等。UG提供了反射線、反曲線、影像映射等多種檢查曲面品質(zhì)功能，通過檢查、修改，使曲面達到滿意效果 。 在汽車車身產(chǎn)品設(shè)計中，大部分零件是由一系列復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成的，這些曲面是由不同曲率的空間曲面經(jīng)過光滑處理相互連接而成，達到一定的平順和諧效果。 下面用UG曲面造型來說明重構(gòu)轎車車身的曲面過程和步驟。(1) 根據(jù)車身點云數(shù)據(jù)分析，該車身點云數(shù)據(jù)可分割成左右兩個對稱點云數(shù)據(jù)； (2) 經(jīng)過點云數(shù)據(jù)過濾，減少數(shù)據(jù)點的數(shù)量； (3) 利用 UG中的鋪面工具，得到點云網(wǎng)格，若有漏洞，可以利用補洞工具將破洞填充； (4) 將云點切層，生成插值于云點交線； (5) 由交

26、線生成曲面。 對生成的曲面片進行曲率檢查，確定生成的曲面光滑，無扭曲變形。然后 ，將生成的曲面片擬合，生成整個曲面，再將生成的曲面進行整體曲面評價，使曲面符合光順準則，以保證曲面的光順。3 基于逆向工程的后車門結(jié)構(gòu)設(shè)計逆向工程的一般過程為：樣件樣件表面數(shù)字化曲面重構(gòu)CAD /CAM系統(tǒng)制造系統(tǒng)產(chǎn)品。逆向工程包括兩個主要研究內(nèi)容：樣件表面數(shù)字化，即樣件表面數(shù)據(jù)采集；曲面重構(gòu)。高效、高精度地實現(xiàn)樣件表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一，是逆向工程最基本最不可以缺少的步驟。3.1 數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)測量，又稱產(chǎn)品表面數(shù)字化，通過特定的測量設(shè)備和測量方法，將物體表面的形狀轉(zhuǎn)換成離散的幾何點坐標

27、數(shù)據(jù)。逆向工程中的物體表面三維數(shù)據(jù)的獲取方法分為接觸式和非接觸式。根據(jù)測頭的不同，接觸式又分為觸發(fā)式和連續(xù)式。按其原理的不同，非接觸式分為光學式和非光學式。光學式包括三角形法、結(jié)構(gòu)光法、計算機視覺法、激光干涉法、激光衍射法等；非光學式包括CT測量法、MRI測量法、超聲波法和層析法等。3.1.1 基于A6L型汽車3D外形的掃描數(shù)據(jù)單擊“打開”按鈕，根據(jù)掃描文件的路徑打開part格式文件。方向視圖如下圖3-1到3-3所示。圖3-1圖3-2圖3-33.1.2 點云數(shù)據(jù)的獲取在汽車車身覆蓋件的測量中，測量精度并非需要考慮的首要問題，由于覆蓋件產(chǎn)品強調(diào)的是曲面的整體效果，而不是在于局部精度。但是為滿足后

28、續(xù)模型重構(gòu)的精度，需要合理放置點，盡量確保車身掃描點云的質(zhì)量，避免出現(xiàn)錯層的點云。根據(jù)以上的掃描數(shù)據(jù)和本文的設(shè)計要求，我們可以通過UG從車門部位提取出點云文件。再對點云進行處理，如刪除壞點，過濾云點等，通常使用弦高的方式對點云進行過濾，是結(jié)構(gòu)形狀更加明顯，如圖3-4。 圖3-4車門的點云3.1.3 點云數(shù)據(jù)的處理通過圖3-4提取出的點云，由樣條曲線擬合成線，最終線框模型如圖3-5所示。圖3-5點擬合成線而成的線框形態(tài)3.2 曲面的擬合重構(gòu)（1）通過曲面曲線網(wǎng)格，構(gòu)造出車門底部曲面，如圖3-6、3-7所示。圖3-6圖3-7（2）車門把手部位可由曲面中的曲線組、曲線網(wǎng)格、橋接做面并剪切而得，如圖3

29、-8所示圖3-8（3）通過曲面掃掠功能，可構(gòu)造出車門主面，如圖3-9所示。圖3-9（4）由曲面直紋功能，可作出如下直紋面，如圖3-10所示。圖3-10（5）由曲面橋接功能，可構(gòu)造出車窗下邊框曲面，如圖3-11所示。圖3-11（6）通過曲線網(wǎng)格，可作出車窗玻璃曲面，如圖3-12所示。 圖3-12（7）其他兩面間的狹窄面可通過橋接或曲線網(wǎng)格功能構(gòu)得，最后根據(jù)車門特征，適當修剪得總成面，如圖3-13所示。圖3-134 車門的總成設(shè)計和要求車門是汽車車身的主要部件之一，它不僅為司乘人員上下車提供方便的條件，而且與整車動力性（空氣動力性）、舒適性（風流噪聲、密封等）和使用性能（開啟方便靈活）等有著密切的

30、關(guān)系，同時對整車造型起著協(xié)調(diào)作用，并直接影響車身外形的美觀。4.1 車門設(shè)計的要求及方法4.1.1 車門設(shè)計的要求車門時乘員上下車的通道，要便于乘員上下車；關(guān)閉時則要保證乘員的安全，并提供良好的視野和采光。因此，在車門設(shè)計時，必須達到以下要求：1、車門開啟時應(yīng)保證乘員上下車的方便性，要合理確定車門數(shù)，車門的開口位置，設(shè)計車門的開口大小和形狀。并且車門要停留在最大開度的位置上。 2、車門開啟的過程中不應(yīng)和車身的其他部位發(fā)生位置干擾。 3、車門關(guān)閉時，要鎖止可靠、安全，行車中車門不會自動打開。 4、車門機構(gòu)操縱要方便，包括開關(guān)車門自如，玻璃升降輕便等。5、應(yīng)具有良好的密封性能。 6、具有大的透光面

31、，滿足側(cè)向視野要求。 7、門體應(yīng)具有足夠的強度和剛度，保證車門工作可靠，減小車門部分振動，提高車輛側(cè)向碰撞的安全性。足夠的車門安裝剛度，防止車門下沉。 8、良好的車門制造，裝配工藝。9、造型上應(yīng)與整車協(xié)調(diào)一致，包括外表面形狀，覆蓋件的分塊，門縫的設(shè)計和內(nèi)飾。4.1.2剛性要求（1）在50N載荷作用下，最大變形量不應(yīng)大于0.05mm;（2）在200N載荷作用下，彈性變形量+永久變形量必須小于8mm;（3）在200N載荷作用下,不應(yīng)出現(xiàn)局部（小面積）凹陷。（4）在100N載荷作用下，發(fā)動機罩板的扭轉(zhuǎn)剛性應(yīng)為150Nm/度。（5）車門外板彎曲試驗后，與競爭車或參考車彎曲試驗相比，應(yīng)更強些。（6）車門

32、外板鉸鏈安裝部位必須具有足夠的抗彎曲和扭轉(zhuǎn)。（7）如果在車門外板上因形狀有薄弱部位，都應(yīng)用加強板進行加強。4.1.3耐久性能門鎖耐久性試驗（a） 試驗條件1) 本試驗用于評價車門的門鎖特性；2) 評價目標：普通車3000個循環(huán)計算方法：1天1次x300天（除去雙休日）x10年（車體保修年限）；出租車4500個循環(huán)；教練車6750個循環(huán)。（b）試驗后，應(yīng)滿足以下要求：1) 在車門板上不應(yīng)有裂紋；2) 車門內(nèi)板骨架與外板不應(yīng)有分離現(xiàn)象；3) 在車門內(nèi)板和鉸鏈上，不應(yīng)有變形和磨損；4) 試驗完全結(jié)束后，零件不應(yīng)有操作異?，F(xiàn)象；5) 零件不應(yīng)有分離和脫落現(xiàn)象；6)車門與相關(guān)零件不應(yīng)有異常。7)各部位應(yīng)

33、無異常噪音。4.2 車門結(jié)構(gòu)的加強車門本體主要由鈑制零件構(gòu)成，也叫鈑金件，鈑金件由薄鋼板(板厚0.7mm3mm)經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成，一般采取增加板料厚度，采用高強度鋼板，合理設(shè)計加強筋及拉延結(jié)構(gòu)等措施以使飯金件自身具有高強度、剛度。而對車門結(jié)構(gòu)的加強，除制件本身合理結(jié)構(gòu)的應(yīng)用外，構(gòu)件的整體組合效果更為重要，一般應(yīng)注意下面幾點。4.2.1對窗口部位的加強圖4-1 窗口部位加強對車門本體而言，內(nèi)、外板構(gòu)成一個封閉的盒體結(jié)構(gòu)，而窗口線部位為實現(xiàn)玻璃升降必須提供一個通道，為非封閉結(jié)構(gòu)。這一部分的剛度明顯低于其它封閉結(jié)構(gòu)處的剛度，易產(chǎn)生變形而影響玻璃升降及該處密封性。因此，一般應(yīng)在該處分別對內(nèi)、外板

34、進行加強。如圖5所示，為增強剛度，加強板一般都有橫的壓筋，類似“瓦楞板”形狀。加強板與內(nèi)、外板的焊接方式不同，與內(nèi)板沿接觸處沿周焊接，但與外板除窗口翻邊處(有窗口密封條裝飾)可焊接外，為確保外表面質(zhì)量與外板下部不能用焊接方式而采用粘接。4.2.2窗框與下部連接處的加強由于設(shè)置車門窗口及車門玻璃，窗框部位的剛度明顯比下部要低，另外，車門的承力點鉸鏈、門鎖均在下部，而上部窗框在車身上沒有這樣的支撐點，對上部窗框的定位也不利，為使窗框能與密封條可靠接觸，并在行車和振動時起到對玻璃的支撐保護和與門洞間的密封作用，必須使窗框具有足夠的剛度。在輥壓窗框結(jié)構(gòu)處理上，一般應(yīng)使窗框下端盡量增大連接界面并設(shè)計有較

35、強的連接件，以便增大該部位的剛度、強度。在處理整體式車門結(jié)構(gòu)時，則使窗框下部斷面大于上部斷面并成合理的變化過渡，使之近似等剛度設(shè)計。同時，下部連接件也應(yīng)足夠強，并盡量向上延伸，輔助窗框增強剛性，如圖6所示。這樣，在門關(guān)閉后可抵消窗框的彈性變形，并可與密封條正確配合，保持密封性。在進行無窗框車門的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，因上部為玻璃與門洞密封條直接接觸，變形情況更突出，也應(yīng)采用這種方法，以獲得良好的密封性。圖4-2 窗框連接處加強4.2.3外板剛度的加強因車門外板是車身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就較差，行車時易產(chǎn)生振動噪聲，因此必須對外板剛度進行加強，采取的措施有:在外板

36、內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝清板;設(shè)計加強梁，與外板柔性粘接。一般緩沖件通常采用毛氈或泡沫，雙面膠帶粘貼，以起支撐作用。如圖8所示，加強梁下部可與內(nèi)板下部焊接，上部與外板加強板焊接，若結(jié)構(gòu)允許也可與內(nèi)板焊接，以不影響玻璃升降為原則，例如，帶有三角窗的車門在三角窗下部，或無升降玻璃的拉門窗及旅行車背門等。另外，車門外裝飾條也可設(shè)計成為加強件，也可利用外板壓印及外形裝飾線加強外板剛度。如對轎車側(cè)門強度有明確的法規(guī)要求，通常在門腔內(nèi)部設(shè)計縱向的管狀或方形加強梁。圖4-3 外板剛度的加強4.3 車門的布置及附件設(shè)計4.3.1 車門外部條件的確定進行汽車車門布置設(shè)計時首先應(yīng)該確定其外部條件，即車門與門洞周邊結(jié)構(gòu)件之間

37、的關(guān)系。如圖4-4所示，G-G斷面、A-A斷面、B-B斷面分別表示的是窗框前部、上部和后部與門洞之間的配合及密封關(guān)系，F(xiàn)-F斷面、H-H斷面表達了上、下鉸鏈與前立柱安裝面之間的技術(shù)條件；E-E斷面表達了門鎖與后立柱安裝面之間的技術(shù)條件；D-D斷面表示的是車門與門檻之間的關(guān)系。這些關(guān)系的確定應(yīng)考慮下面的原則：1、滿足車門與門洞之間的密封要求，保證相配合的斷面能使密封條沿周邊壓縮量均勻一致。2、保證鉸鏈在前立柱和車門上的裝配，并保證車門開關(guān)運動不干涉。3、保證門鎖與后立柱上的鎖環(huán)配合以及門鎖的開關(guān)運動不干涉。圖4-4 車門與門洞周邊結(jié)構(gòu)件的關(guān)系4.3.2 門鎖的布置門鎖裝置主要由鎖體、內(nèi)開機構(gòu)、外

38、開機構(gòu)、鎖止機構(gòu)、擋塊、定位器和緩沖器等部分組成。設(shè)計時，車門門鎖裝置應(yīng)滿足輕便、安全、鎖止和強度等方面的要求。如圖4-5所示，門鎖一般安裝在車門內(nèi)板的后端部（與鉸鏈對應(yīng)）其安裝高度一般希望安裝在車門中間。門鎖的裝配位置還與車門外手柄位置有關(guān)，且外手柄高度應(yīng)滿足使用和整車外形要求。如圖4-5所示，鉸鏈中心線確定后，車門的開關(guān)運動軌跡即可確定，運動校核須檢驗車門周邊與門洞是否干涉，特別是車門前端是否與前立柱干涉，并依此確定車門的開度。與門鎖機構(gòu)相關(guān)的運動件很多，有內(nèi)外手柄、內(nèi)鎖按鈕、鎖芯、鎖體、鎖環(huán)及其相應(yīng)的聯(lián)桿等，它們的正確安裝、使用、彼此干涉情況對車門結(jié)構(gòu)的影響和制約較大，也是車門布置設(shè)計的

39、重要步驟。圖4-5 門鎖機構(gòu)布置圖4.4車門內(nèi)板的設(shè)計與繪圖（1）單擊“打開”按鈕，根據(jù)掃描文件的路徑打開part格式文件?？傻脢W迪A6的后車門文件，刪除車門外表面以及一些加強板視圖，得到方向視圖如下圖4-6到4-7所示。圖46 奧迪A6后車門前視圖圖47奧迪A6后車門左視圖（2）在開始菜單下面單擊制圖按鈕，彈出如圖所示的對話框，由于標準尺寸不符合我們的車門零件，我們應(yīng)選中定制尺寸，輸入方框大小，具體操作如圖48所示。圖48（3）根據(jù)我們設(shè)計的要求，選擇后視圖和左視圖，放置方法選擇水平，單擊關(guān)閉完成操作，具體操作過程如圖49和410所示。圖49圖410（4）單擊文件，在彈出的工具條內(nèi)選擇導(dǎo)出，

40、然后根據(jù)設(shè)計要求，選擇2D Exchange 選項，如圖411所示。圖411（5）保存該文件之后，單擊應(yīng)用按鈕，系統(tǒng)彈出Translating to 2D Part File對話框，之后系統(tǒng)自動生成設(shè)計所需要的文件，如圖412所示。圖412（6）為了圖紙的整潔和表達的清晰，對圖進行修改，然后在根據(jù)工藝制作要求進行標注。5 結(jié)論本文基于A6L型汽車3D外形掃描數(shù)據(jù)，得到車門外板的點云數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)據(jù)處理,輪廓特征線提取,進而完成曲面重構(gòu)。在逆向工程中曲面重建是最為關(guān)鍵的一步,曲面重建的難點就在于如何利用現(xiàn)有的逆向軟件系統(tǒng),從點云數(shù)據(jù)中提取特征樣條曲線,將其填充成光順的曲面。研究表明逆向工程應(yīng)用于車身

41、產(chǎn)品開發(fā)過程中,可以大大縮短開發(fā)周期,保證產(chǎn)品質(zhì)量。參考文獻1 李少波. 汽車車身計算機輔助設(shè)計與分析A . 碩士論文. 貴陽: 貴州工業(yè)大學, 19992 周偉，崔建昆，侯海晶. 車身斷面設(shè)計及其在車門設(shè)計中的應(yīng)用研究 2006.103 張國忠. 現(xiàn)代設(shè)計方法在汽車設(shè)計中的應(yīng)用M. 沈陽：東北大學出版社，2002.4 黃天澤，黃金陵. 汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計M北京：機械工業(yè)出版社, 2000.5 陳勇,邊明遠. 汽車專業(yè)英語. 北京:北京理工大學出版社，2007.86 劉影，杭九全，萬耀青反求工程與現(xiàn)代設(shè)計機械設(shè)計1998(12)：147 劉紅杰. 機械制圖. 重慶：重慶大學出版社，2002.8

42、8 王望予. 汽車設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.89 機械設(shè)計手冊編委會. 機械設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.810 黃金陵. 汽車車身設(shè)計. 北京:機械工業(yè)出版社，2007.911 吳亞良現(xiàn)代轎車車身設(shè)計M上海：上?？茖W技術(shù)出版社, 1999.12 HEINZ HEISLER. Advanced Vehicle Technology. Reed Educational and Professional Publishing Ltd. , 2001.13 周儒榮 逆向工程與快速原型制造計算機輔助設(shè)計與制造，2000(9)：6914 張三元，孫守遷，潘云鶴 基于產(chǎn)品反求工程的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法計算機輔助設(shè)計與圖形學報，2000(11)285185515 姜元慶,劉佩軍. UG/ Imageware逆向工程培訓(xùn)教程M . 北京:清華大學出版社,