跑車車身造型設計

1、1緒論1.1課題背景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，這點集中體現(xiàn)在人們對F1的癡迷以及對拉力賽的關注。生活中，人們對于速度的渴望又聚攏到 了另一個焦點上一一跑車。類型化的名字簡單又容易理解，可對于全世界的車迷們來說， 正是這個名字，已經(jīng)成為汽車工業(yè)在技術

2、上前進與發(fā)展的圖騰。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 設計模式上將跑車與傳統(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進步， 變相為今后跑車作為獨立的車 型模式登上世界汽車制造舞臺打下了堅實的基礎。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跑車設 計上的中堅分子。這其中，

3、最具有代表意義的品牌就是寶馬( BMW )。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，再加上跑車其本身流線型的多變款式， 成為了希望擺脫束縛的一代人的物質宣言。跑車代表的是一種滿懷希望的前進精神。無論是蘭博基尼（Lamborghini）、法拉利（Ferrari）還是寶馬、奔馳（Benz），設計理念都大膽而前衛(wèi)。1980年代，隨著日本跑車興起，跑車市場呈現(xiàn)出群雄逐鹿的格局。20世紀末電子技術的蓬勃發(fā)展，改變了傳統(tǒng)跑車設計的思路。更多的電子元素被結合進跑車設計中，速度性能與外型體驗這兩項跑車傳統(tǒng)的設計追求被漸漸弱化了。更多

4、僅僅是為了用于享受的設備被融入其中。跑車從一種純粹追求速度的收藏變成了個人享受的工具。正是隨著這種性質化的改變，使得跑車制造也進一步擴大了自己的消費群體。而時尚成為當今跑車除開速度外的終極追求。跑車（Sports Car或Sporty Car），屬于轎車（Car）類。Road&Track的汽車字典是 這樣定義跑車的：“他們是2座和2+ 2開放設計的，兼具低且流線型車體，擁有與轎車類似設計的汽車。”車身一般為雙門式，雙座或 2 + 2座（兩個后座特別狹窄）。發(fā)動機 功率強大，加速性好，車速較高。注重操縱性，而舒適性和通過性相對要差一些。越高 級的跑車，此特點越明顯。跑車的共同特點是動力強

5、勁，外觀新潮，造型優(yōu)美。雙門雙座敞篷跑車（Roadste）同時隸屬跑車和開篷車（Convertible），其特征是車頂 為篷布或金屬硬頂，可折疊或移動。它結合了雙門轎車和雙座轎車的特色，是硬頂車型的衍生車種。1989年，馬自達（Mazda）公司出品了 Mx-5 Roadster （圖1.3），這款劃 時代的產品開創(chuàng)了一個新的車型一一雙座敞篷小跑車，取得了極大的成功。各大廠商紛紛推出同類產品，例如奔馳 SLK、保時捷（Porsche Boxster （圖1.4）、寶馬Z系列、 奧迪（Audi） TT Roadster、克萊斯勒Crossfire Roadster等等。區(qū)別于通常意義上的超級 跑車

6、，這種車型車長較短，動力性能相對有限，定位于中端市場，售價合理，個性張揚, 在市場上占有重要地位。近年來這一系列的車型炙手可熱。圖1.3馬自達Mx-5圖1.4保時捷Boxster S1.2國內外研究現(xiàn)狀國外汽車經(jīng)過百年發(fā)展，眾多跑車品牌聞名遐邇，諸如法拉利、保時捷、瑪紗拉蒂(Maserati)、蘭博基尼等等。由于跑車對高性能的追求和高端的市場定位，各種最新科 技多在跑車身上最先運用，跑車已經(jīng)成為當今汽車科技的卓越代表。其開發(fā)設計手段更 是代表著汽車研發(fā)的最高水平。國內汽車工業(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”的策略，雖然造就

7、了相當?shù)闹圃炷芰Γ?卻沒有提升國內汽車開發(fā)水平。反之，跨國企業(yè)為了其利益不斷扼殺國內自主研發(fā)能力， 造成其嚴重落后的現(xiàn)狀。目前國內車身設計絕大多數(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。在剛剛結束的2005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，國內自主研發(fā)力量正在努力追趕世界水平。在跑車領域，國內幾乎是零。迄今只有寥寥數(shù)款作品，例如吉利美人豹和奇瑞M14， 而前者由于動力性能很弱幾乎不能算是跑車，后者甚至沒有量產。國產跑車市場現(xiàn)在還 處于前期預熱期，量產的車型用來試水的成分更大

8、，還得經(jīng)過一段時間的孕育。不過， 我們有理由相信，隨著市場的細化和各廠商的努力開拓， 今后國產跑車將有很大的發(fā)展 空間。1.3課題研究方法在汽車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，制作內部模型，繪制車身主圖版，繪制內外覆蓋件圖，制 作車身主模型，取樣板等步驟?，F(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。隨著科學技術的進步，特別是近年來計算機輔助技術(

9、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。1.4論文構成及設計過程在本次設計中，我們也順應時代潮流，大膽采用 CAD技術，全程使用計算機完成 設計。在決定整車基本參數(shù)后，使用 AutoCAD軟件完成車身總布置設計，繪制對應二 維工程圖，然后使用UG NX軟件進行三維建模并渲染輸出。最后撰寫設計說明書。2跑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面貌

10、的 過程，它包括外形設計和室內造型設計。 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2 02.1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出來的美學基本原則， 是外在形式美和內在科技美的統(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)其目標的技術手段的新發(fā)展0跑車往往個性張揚，靈動的曲線勾勒出矯健的車身，強烈的運動特性在外型上特別 突出。

11、由于本設計做的是工程設計，不涉及汽車造型設計，于是通過大膽借鑒寶馬Z4,確定了本次造型風格。和許多通身圓潤的跑車不同，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)風格的外觀，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。這既是一款傳統(tǒng)意義上的 Roadster,同時又是一輛具有超凡魅力的汽車。前端的流 線型設計、長長的軸距，以及比較低的駕駛座設計方式都證明這是一款完全意義上的跑 車。長長的發(fā)動機罩和短小精悍的尾部相對照，駕駛員位置相當靠后。這種設計不但提供了良好的操控感，也提供了完美的 50:50的軸荷分布。偏低的腰線，配合上置在前輪 拱后的激突斜線

12、及高高的肩線，打造出了非凡的立體效果。這種利用突出線條刻畫出來 的立體感，從肩線一直延伸至車身尾部，渾然天成。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， 光滑的鋼鐵質感 為汽車的每一個細微部位都帶來了豪華的感覺。圖2.1本次車身

13、造型設計效果圖（一）圖22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寶馬的雙腎造型，一體化設計更顯霸氣，配合犀利的組合前燈，隱約間流露出一股阿斯頓馬丁的氣質。新設計的車標靈動灑脫,符合整車的線條感。相對車身硬朗的線條，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。2.2空氣動力學的應用汽車問世以來，經(jīng)過100多年的努力，結構和性能均有了質的變革和發(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

14、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 折線。前圍與側圍、前圍、側圍與發(fā)動機罩，后圍與側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，側窗與車身相平，前后燈具、門手把嵌入車體內，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)。跑車獨特的運

15、動特性，對空氣動力性能提出了更高的要求。 縱觀現(xiàn)今跑車設計，流線型車身，圓潤的曲線，豐富的擾流件設計，無不體現(xiàn)優(yōu)異的空氣動力學性能。舉幾圖2.3法拉利F50圖2.4蘭博基尼S概念車個有代表性的例子，法拉利F50車身尾部，標志性的擾流部件，水平翼和垂直翼一體化 設計，為這輛跑車提供了卓越的高速行駛穩(wěn)定性。 最新的蘭博基尼S概念車，突破性地將座艙一分為二，添加了貫穿車身的導氣槽以引導氣流，實屬神來之筆。仔細觀察保時捷Carrera GT、法拉利Enzo、福特GT這三款超級跑車，低而寬的車身，微小的離地間 隙，眾多的擾流部件構成的怪異外型,從中能夠看到當今汽車空氣動力學的最高成就 F1賽車的影子。圖

16、2.5本次設計側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面流動，并保持-定流速，使氣動升力系數(shù)下降。和行李箱蓋連在一起的擾流尾翼將從車頂沖下來的氣流 阻滯，形成氣動負升力，壓迫驅動輪緊貼地面，保證動力有效輸出。后端底部附加的擾 流部件，提供了良好的氣動力穩(wěn)定。3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。整車的總布置提供了汽車的基本尺寸，軸荷分布范圍以及水箱、動力總成、前后橋、傳動軸與車輪等的輪廓尺寸和位

17、置。 據(jù)此再參考同類車型有關數(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、內部空間控制尺寸、方向盤位置角度與 操縱機構和踏板的相互位置等。最后在此基礎上，按滿載情況繪制1:5車身總布置圖。3.1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，前置前驅，后置后驅和中置后驅。跑車的運動特性決定了大 多是后輪驅動，例如寶馬Z系列（前置后驅），保時捷911 （后置后驅），保時捷Boxster （中置后驅）。在本次設計中采用前置后驅的方案。初步設計時，必須確定車身與動力總成相對與前輪

18、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，彼此之間聯(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)有車型后呵，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：雙門雙座軟頂敞篷車車長 4088mm/ 寬 1780mm/ 高 1308mm/ 軸距 2495mm前懸820mm/后懸773mm/前輪距 1473mm/后輪距 1523mm發(fā)動機前置后驅 /直列六缸3.0L /最大功率170kw/5900 /最大扭矩300Nm/3500輪胎規(guī)格 225/45 R17/

19、最高速度250km/h3.2人機工程學的運用人機工程學是一門新興的邊緣學科。 它是以人的生理結構、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“人一一 機一一環(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，其中駕駛員最為關鍵；“機”指汽車及車內緊急救助機構；“環(huán) 境”是指車內環(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

20、、儀表板的布置、方向盤的形狀以及他們之間的相互位置關系、 校核操作的輕便性、上下車方便性、視野性、乘坐舒適性等方面內容。321 H點人體模型圖3.1人體樣板尺寸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標車身的內部布置的出發(fā)點是人，既要保證安全性 又要考慮舒適性。跑車的內部布置可按成年人的人體 尺寸來考慮。車身內部空間和操縱機構的布置，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3.1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5

21、0%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，以及最高、最前的極限位置準的規(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 3.2.2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點水平調節(jié)量 以及眼橢圓百分

22、位，在樣板組中選取相應的 樣板。2）在車身側視圖上最右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。3.2.3本次設計的人機工程部分小跑車（Roadster）車型基本上歸類于轎 車，因為手頭跑車的設計資料十分有限，所 以本次設計的人機工程部分基于轎車設計標 準。與此同時，跑車的運動特性在人機工 程中應有所體現(xiàn)。在嚴格符合相關標準的前圖3.2眼橢圓在車身視圖上的定位提下，跑車駕駛員坐姿相對普通轎車更低（H點低），更后仰（座椅傾斜角度大，在本 設計中，駕駛員靠背傾斜角為25度）。

23、由于跑車需要做劇烈動作，所以座椅采用了半 包圍的結構，靠背兩端的腰撐為駕駛員腰部提供有利的支撐，時刻確保其的正確坐姿。因篇幅所限，僅列出本次設計部分尺寸見表3.2。表3.2本次設計人機工程的部分尺寸尺寸名稱冋類車型設計標準本次設計采用值駕駛員座椅縱向中心線距側面尺寸推存356mm356mm轉向盤直徑178mm 至 533mm340mm加速踏板寬度76mm 至 108mm100mm駕駛室坐墊表面到頂棚內側距離940mm 至 960mm948mm駕駛員靠背傾斜角15 o 35 o25 oF面是完成的人機工程布置圖,-圖3.3人機工程布置圖（側視圖局部）圖3.4人機工程布置圖（俯視圖局部）3.3工程

24、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AutoCADl.O版起，經(jīng)過不斷改進和完善，AutoCAD已經(jīng)歷了十多次版本升級。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 2005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)，定出幾個關鍵點（例如前端點，發(fā)動機罩

25、最高點，風 窗玻璃最高點等），由這些點的坐標構造主要輪廓線。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系，第三視圖上的曲線可以由前兩個視圖完全確定， 因此在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)調整位置以滿 足造型需求?？偠灾?，曲線繪制應盡可能精確。圖3.5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。Au

26、toCAD并沒有提供曲線分析工具，應將曲線通過 dxf格式導入UG ,利用UG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UG強大的曲線編輯相結合，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（或對稱面）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 對稱面），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

27、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。完成車身總布置工程圖。si SI ? >7 s 需 s s 48丁AS S 5 盃 s s! AT A 甲 JA跟 黨 sr-a技 喬 益 魚 罟 窖 檔 畧 邕圖3.6車身總布置工程圖4.三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UG NX軟件進行車身三維數(shù)模的搭建，任務主要是車體覆蓋件建模。同時為了完整表達汽車的整體，并考慮到敞篷特性，應一并

28、搭建車輪、車燈，以及座椅、儀表臺、方向盤等車身附件。4.1建立方法及原則本次三維建模使用的工具是美國 EDS公司出品的Unigraphics （簡稱UG），它是當前 世界上最先進和緊密集成的、面向制造業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM 高端軟件。作為一個集成的全面產品工程解決方案，UG軟件家族使得用戶能夠數(shù)字化地創(chuàng)建和獲取三維 產品定義9。UG軟件被當今許多世界先進的制造商用來從事概念設計、工業(yè)設計、詳 細的機械設計以及工程仿真和數(shù)字化制造等各個領域。UG NX是基于下一代技術的第一個UG版本，提供了新一代技術的關鍵屬性。我們將利用其強大的建模手段完成車身 三維造型。得益于CAD軟件之間的數(shù)

29、據(jù)接口，之前建立的 CAD二維圖得到繼續(xù)利用。通過 dxf這一中間格式，現(xiàn)有的曲線成功導入 UG。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、側視圖和前后視圖）放置到圖4.1所示位置，再利用“組 合投影”命令，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。（對曲線和曲面的處理方法見下文。）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UG多樣的造型功能，完成三維模型的搭建。UG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、 尺寸驅動設計修改等10。它

30、使設計模型在幾何和拓撲意義上建立了基于約束的關聯(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”構造片體，4.4節(jié)將詳細展開。圖4.1空間曲線的建立4.2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

31、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?？紤]到敞篷車特性以及 棱角分明的造型特點，按圖 4.2圖4.2本次建模車身分塊情況分塊搭建模型4.3空間曲線的處理利用平面圖相關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?？偛贾萌晥D不可能絕對精確，軟件的公差等級和人為操作都 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

32、好處是參數(shù)化設計，與母線緊密結合，易于調整，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UG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，將兩種方法相結合。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 En gi neeri ng,重點是在

33、確定曲面的 品質可以符合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（Tan ge ncy Cha ng）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，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

34、 G2曲線）將生產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。（注：圖中曲率梳顯示比例為1:25000。）圖4.3曲線的處理（光順前）圖4.4曲線的處理（光順后）4.4空間曲面的構成和處理4.4.1空間曲面的構成有了邊界曲線和關鍵控制線，我們就能利用他們構建空間曲面。 UG里構面的方法 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”。下面以“過曲線網(wǎng)格”為例，敘述曲面的構造過程?！斑^曲線網(wǎng)格”要求輸入引

35、導線和截面線，并指定邊界條件和邊界約束，從而構造出片體。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。圖4.5是側圍的構成過程。為了控制曲面形狀，達到設計要求，使用 了三條引導線和多達八條的截面控制線，反復調整后生成側圍，并進入下一步切割。圖4.5側圍曲面的構成方法4.4.2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，但是構建出來的曲面還是不理想。這和多方面的因素有關。曲

36、面需要繼續(xù)處理。UG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)小時的調整才能比較理想的效果。下面是發(fā)動機罩處理前后的云圖對照。 可以看到，處理前，中央有明顯突起部分（藍 色區(qū)域，曲率半徑較?。?，同時橫向方向也有零散的缺陷。重新構面后的曲面云圖色彩 過度自然平滑，沒

37、有突變區(qū)域，達到設計要求。圖4.7發(fā)動機罩曲面分析云圖（處理后）4.5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系做出準確反映。細節(jié)上，曲面間過渡大致有如下兩 種關系：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。構造曲面時，向前面罩施加了邊界約束，達到了理想的效果。圖4.8發(fā)動機罩和前面罩反射效果2.面要求體現(xiàn)設計意圖，

38、塑造棱線。構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UG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“過 曲線網(wǎng)格”將上述兩組曲線構成過渡面。圖4.9行李箱蓋過渡邊圓角的生成4.6車身附件建模為完整表現(xiàn)整車造型，除車身覆蓋件，還需要進行車輪、方向盤、座椅以及車身附件建模。本設計的敞篷特性對車身附件建模提出了更高的要求，工作量隨之加大。根據(jù)構件特征和需要表現(xiàn)的細節(jié)程度，建模的方法也不近相同。下面分別介紹幾個主要構件

39、 的建模過程。4.6.1座椅建模座椅是由形狀復雜的曲面組成的，所以建模時采用了類似車身覆蓋件的構造方法，首先做出三視圖，投影出空間曲線，然后利用曲線織面。腰托部分因為曲面形狀比較復雜，在二維圖上難以表達，眾多的截面控制線都要手動生成。經(jīng)過耐心調整和光順樣條曲線，在參數(shù)化控制的幫助下，曲線得以生成。輔助“掃略”和“藝術曲面”命令，附 加實體切割出來的頭枕部分，以及連接剛架等，運動特性十足的座椅順利完成。圖4.10座椅建模過程4.6.2方向盤建模方向盤外形相對比較規(guī)則，根據(jù)設計尺寸，利用多個草圖構造曲線，通過偏置、拉 伸等命令指定曲線的空間分布，做實體造型。 由于本設計車型是小跑車，所以選用了三

40、方向盤輪輻結構。輪輻先以簡單拉伸片體的方法構成實體，然后進行實體邊界倒圓。在一些不方便用實體造型的地方輔助片體， 構成手握的圓滑部分。完成時應該注意將坐標 原點移至車身圖指定的定位處，并旋轉坐標系，保持設計傾角。這樣做是為了方便最后導入車身時的定位工作。圖4.11方向盤建模過程4.6.3其他部件車燈的構建基于先前總體分塊，在對應面上裁減出燈罩的形狀后，向車身里偏置和 拉伸，再根據(jù)邊界曲線仔細繪制而成。前大燈相當于車的眼睛，觀察整車造型的時候很 容易將視線集中于這里，因此必須細細刻畫。尾燈位于車身諸多線條的終端，肩負著收 斂線條表現(xiàn)氣質的重任，也馬虎不得。參照國家燈具標準11，經(jīng)過耐心的塑造，燈

41、具造 型都達到了理想的效果。見圖 4.12。圖4.12燈具建模頂篷有必要做個說明。這輛是軟頂敞篷車，本次建模中做了這樣的簡化處理：將頂 篷、側窗、后窗及相應的密封條做到一個單獨的層（ PRT文件第99層）里。無論演示 還是渲染，若把這個層關閉，那么整車就是敞篷狀態(tài)。若打開該層，整車變?yōu)殚]篷。另 一方面，理論上軟篷是由內部骨架支撐的，所以在外形上應該能看到明顯的骨架凸起。 應時間有限，而本次設計做了簡化，以平順曲面取代之，并不影響整車效果。其他部件相對簡單，不做一一說明。圖4.13軟篷關閉狀態(tài)4.7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，通過添加 光源，向模型賦予材

42、質，建立環(huán)境界面，盡可能的構造真實效果，將數(shù)學模型生動的展 示在用戶面前。參閱過大量的效果圖之后，我發(fā)現(xiàn)渲染大致分為兩種風格。一種是極端擬真，追求相片級效果。這種方法聯(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)材質庫里的豐富材質，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。另一種風格貼近工業(yè)設計，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圖等理論，使效果圖展示某種藝術效果（在汽車造型上，最常見的是展示其科技感和表達設計的時尚概念）。考慮到畢業(yè)設計時間較短，以及全面擬真在實現(xiàn)上的難度，本次設計的渲染輸出偏向第二種風格圖4.14渲染的兩種風格向車身覆蓋件附上“金屬漆”材質，并反復調整顏色、反射等效果，尋求最佳的視 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)整車細膩的質感。覆蓋件渲染效果確定后，繼續(xù)向車身其他部件添加材質，仔細調整光源，對比各種渲染方法， 最后的效果見附錄。全圖采用灰色