汽車造型設(shè)計(jì)流程中A級曲面的探析

賈名揚(yáng)

摘 要：A級曲面設(shè)計(jì)通常以2-3個(gè)月為周期進(jìn)行，前提是項(xiàng)目整體工程可行性問題基本解決，油泥模型凍結(jié)，獲取掃描的油泥模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后反向制作數(shù)據(jù)。A級曲面是建模設(shè)計(jì)的最后階段，用于確定產(chǎn)品生產(chǎn)后的外觀效果，其結(jié)果必須是數(shù)據(jù)的完美狀態(tài)。本文基于汽車造型設(shè)計(jì)流程中A級曲面的探析展開論述。

關(guān)鍵詞：汽車造型;設(shè)計(jì)流程;A級曲面的探析

0 引言

A級曲面稱為Class-Asurface。A級曲面表示對曲面品質(zhì)有很高要求或有特殊要求的曲面類型。這種高質(zhì)量的表面外觀的特點(diǎn)是表面外觀平滑，光線反射時(shí)表面必須平滑，避免突然突起或下陷等缺陷。隨著A面首次在汽車產(chǎn)業(yè)引進(jìn)，逐漸發(fā)展到家電、手機(jī)、衛(wèi)生機(jī)構(gòu)等行業(yè)。A面目前在定義上具有不統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)制造商在設(shè)計(jì)和檢查時(shí)具有自己的標(biāo)準(zhǔn)，因此，一個(gè)更廣泛使用的定義是，要更改相鄰曲面之間間距小于0.005mm，且接觸率小于0.05度、曲率小于5%的曲面，曲面必須滿足最小G2連續(xù)性。

1 A面的造型原理

曲面是構(gòu)建模型的基礎(chǔ)，這種曲面是基于NURBS（Non-UniformRationalB-Splines）即非均勻有理B樣條曲線，它是一種描述曲面的方式。包含四個(gè)基本要素：Degree（階數(shù)）、ControlPoints（控制點(diǎn)），Knots（節(jié)點(diǎn)）和EvaluationRule（評定規(guī)則）。其中重要的概念是參數(shù)連續(xù)和幾何連續(xù)性。參數(shù)連續(xù)性是將函數(shù)的連續(xù)性用到曲線曲面的結(jié)果，即用其來度量曲線曲面的光滑性和連續(xù)性。幾何連續(xù)性，曲線曲面拼接的連續(xù)性可以分為G0位置連續(xù)，表現(xiàn)出來特點(diǎn)是表面有很尖凸的接縫，只保持面與面接觸的關(guān)系;G1切線連續(xù)，表現(xiàn)出來特點(diǎn)是面接處出現(xiàn)中斷感覺曲率發(fā)生突變;G2曲率連續(xù)，表現(xiàn)出來的特點(diǎn)則視覺效果光滑順暢，這通常是制作光滑表面和A面的基本要求。G3、G4則是更為平滑連續(xù)的效果，對曲線曲面的質(zhì)量要求更高，通常高可見區(qū)域的A面需要達(dá)到G3曲率連續(xù)。

2 A級曲面

A級曲面（Class-Asurface）高質(zhì)量的外觀數(shù)據(jù)，包括但不限于數(shù)學(xué)定義或嚴(yán)格的指標(biāo)，根據(jù)每個(gè)主機(jī)工廠標(biāo)準(zhǔn)，可以簡單地說明為非常簡單但完美的曲面。A級曲面的基本要求是曲面之間的連續(xù)性。要使對象曲面具有平滑的環(huán)境反射，在數(shù)學(xué)上定義曲面之間的G2連續(xù)性，但有時(shí)即使達(dá)到連續(xù)性，也不一定可以稱為A級曲面。因?yàn)樵诿缹W(xué)上，曲面若發(fā)生急劇變化，出現(xiàn)異常皺紋，或者形狀不美觀，同樣可以認(rèn)為不符合A級表面的要求。因此，曲面的連續(xù)性是A級曲面所需的，而不是足夠的條件。它包含曲面功能級別和質(zhì)量美學(xué)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 整車A級曲面構(gòu)建

Alias、ICEM、CATIA等軟件都是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的軟件，它們提供了非常強(qiáng)大的曲面構(gòu)造和檢測功能，可以快速進(jìn)行汽車外部曲面建模和曲面質(zhì)量評估和模型可視化。汽車車身（通常稱為白色車身）是汽車外形最重要的部分，鈑金件具有良好的光反射特性，對外表質(zhì)量要求很高。前后保險(xiǎn)杠作為車輛建模風(fēng)格的重要體現(xiàn)，在曲面構(gòu)建時(shí)同樣有著很高的質(zhì)量要求，保險(xiǎn)杠通常為塑料材質(zhì)、與車身件同色、因此同樣要求良好的外部表面質(zhì)量。內(nèi)飾建模設(shè)計(jì)中，需要具有更多的創(chuàng)意，曲面構(gòu)建更加復(fù)雜和變化，涉及更加復(fù)雜的工程約束，內(nèi)飾曲面構(gòu)建過程更加復(fù)雜和耗時(shí)。內(nèi)部裝飾大部分裝飾都會(huì)涉及到皮革、紋理和織物等材質(zhì)，所以在內(nèi)飾建模中，沒有如同外飾那樣嚴(yán)格的要求。一般對儀表板上本體，門護(hù)板上本體等高可見區(qū)域，有較高的質(zhì)量要求。由于材質(zhì)的原因，（如頂棚的織物材質(zhì)，副儀表的地毯材質(zhì)，門板的包覆材質(zhì)等）曲面建模過程中的小瑕疵，在實(shí)際部件中并不易察覺到，在內(nèi)飾設(shè)計(jì)中，高光，高斯等并不是檢查質(zhì)量數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，對于形面所形成的陰影效果，同樣是對曲面質(zhì)量的重要評價(jià)依據(jù)，陰影效果是對整體造型最直觀的表現(xiàn)。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展、制造工藝和審美習(xí)慣的提高，內(nèi)飾部件質(zhì)量要求也提到了A級曲面的要求。

4 技術(shù)要求

表面的質(zhì)量要求最終是為了獲得良好的視覺效果而對微觀光學(xué)質(zhì)量的要求。用戶在豐富的照明條件下可以獲得良好的外觀效果，表明此數(shù)據(jù)模型具有高質(zhì)量。為此，通常使用一些光源來檢查面的連續(xù)性和曲面的張力。在Catia軟件中，高光線，斑馬紋，環(huán)境映射，高斯曲率評價(jià)等檢查工具，都是用作數(shù)據(jù)檢測方法。

5 A級曲面品質(zhì)檢測方法

汽車A級曲面檢測包括曲面特征檢測和曲面品質(zhì)檢測，曲面特征檢測指造型人員根據(jù)汽車造型要求評價(jià)所做的曲面是否符合造型意圖（即構(gòu)建好的曲面與原始輸入數(shù)據(jù)間的貼合程度），曲面品質(zhì)檢測指對組成它的每張曲面片的品質(zhì)及面片之間連續(xù)性進(jìn)行檢測。在ALIAS、CATIA、ICEM等常用的制圖軟件里，都提供了豐富的、功能強(qiáng)大的曲線、曲面檢測工具，如偏置公差檢測，高斯曲率檢測，曲率梳檢測，高亮檢測，斑馬條紋，曲線間連續(xù)性檢查，曲面間連續(xù)性檢查等。在設(shè)計(jì)過程中可以實(shí)時(shí)對造型結(jié)果進(jìn)行評估，能有效及時(shí)修正設(shè)計(jì)缺陷，保證設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)品質(zhì)。為滿足A級曲面要求，如對高光面檢測方法要求高光走勢一致，條文均勻，過渡光順，無扭曲;對曲率梳檢測方法則要求曲率梳均勻或漸變、走勢有規(guī)律、無跳動(dòng)、扭曲、突變、反曲等都是結(jié)果品質(zhì)的判定標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)束語

在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，汽車造型的風(fēng)格越來越豐富，對面品的質(zhì)量要求也有越來越高，它的研制與生產(chǎn)技術(shù)水平是汽車工業(yè)水平的重要標(biāo)志。一個(gè)總體設(shè)計(jì)優(yōu)良的汽車品牌在市場競爭中的成敗，除了其功能上的體現(xiàn)，還取決于其外形能否吸引顧客。如何利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，加快車身總體和外觀設(shè)計(jì)，縮短車身的設(shè)計(jì)周期，提高車身的制造精度和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不斷的推陳出新是汽車品牌在市場競爭中立于不敗之地的重要因素之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪洋，何建波.基于CATIA的汽車A級曲面光順方法及注意事項(xiàng)[J].設(shè)計(jì)，2016（19）：120-122.

[2]寧艷梅.關(guān)于汽車A面設(shè)計(jì)的一些原則[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2016（02）：187.

[3]劉鋒.基于NX的汽車車身A級曲面設(shè)計(jì)與質(zhì)量分析[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2015，44（04）：59-62.