CN100388290C - 一种快速建立车身概念设计几何模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速建立车身概念设计几何模型的方法，引入面向对象中的模板概念，通过建立车型的模板，构建车身模板库，实现快速建立车身概念设计几何模型。本发明可以方便、快速的建立车身概念设计模型，减少了大量重复劳动，降低了对设计者的软件水平要求，加快了车身概念设计阶段的进度，缩短了车身概念设计乃至整车的设计周期。

Description

一种快速建立车身概念设计几何模型的方法

技术领域

本发明涉及一种建立车身概念设计几何模型的方法。

背景技术

车身结构设计通常分为概念设计阶段和详细设计阶段。在车身概念设计阶段，需要对车身结构进行强度设计、模态分析和优化设计，这样可以提早检测车身所存在的强度缺陷和结构错误，对于快速选择车身结构形式，确定结构参数具有重要作用。所以，概念设计的成果和周期将对整车结构设计质量和周期起到至关重要的作用。

目前，车身结构概念设计可分为几何模型的建立、有限元网格模型生成、有限元模型求解和车身优化四个阶段。其中，建立车身几何模型通常通过手工在CAD系统上完成，对设计者的相关软件操作技术要求较高。同时，由于车身种类繁多，车身几何模型和有限元网络模型都较为复杂，这使得概念设计阶段的工作量大，过程繁琐，设计周期较长。所以，如果能有一种新的建立车身概念设计几何模型的方法，能方便快速的建立车身概念设计几何模型，这对于缩短车身概念设计周期乃至整车的设计周期都具有重大意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明基于面向对象技术中的模板概念，通过建立车型的模板，构建车身模板库，实现快速建立车身概念设计几何模型。

本发明可在任意参数化CAD设计平台上实现，其技术方案如下：

首先建立车身模板，其方法如下：

a.定义一系列位置可调的点，称为车身的硬点；

b.基于a中定义的点生成形状可调的曲线，该曲线对应车身结构概念设计中的梁，称为车身的梁曲线；

c.基于b中生成的曲线生成三维曲面，该曲面对应车身结构概念设计中所需要的车身的板，称之为车身的板曲面；

根据建立的模板，通过模型逼近生成车身模型：将车身模板按照标准坐标位置转配到车身设计外形上，调整硬点位置，使车身模板充分逼近车身设计外形，调整后的模板即为所需车身几何模型。

所述硬点的确定原则是：

1)每个硬点都是参数化的点，可以通过改变所述点的坐标值来相应移动所述点；

2)通过各硬点确定车的基本结构和形状；

3)所述硬点具有代表性，对任一款同类型的车均可以进行逼近；

4)每个硬点均代表一定的结构和几何意义，其个数和位置对于一类车型是固定的，不可随意增加或减少；

5)只需确定一侧及中部的硬点。

所述梁曲线的创建过程是：所述梁曲线为通过参数化的硬点来创建的参数化的线，随着所述硬点的移动而改变。对于直线结构需要两个硬点，即首点和末点，对于有一定曲率的结构，需要三个或三个以上硬点。

所述板曲面的创建过程是：所述板曲面为通过参数化的梁曲线来创建的参数化的面，随着所述梁曲线的位置和形状的改变而改变。所述板曲面包括：左右前轮罩、前围、顶盖、前地板、后地板和左右后轮罩，并且根据实际车型来调节板曲面的形状。

进行模型逼近时，需要对车身底部横梁、纵梁进行调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用的模板法建立车身概念设计几何模型的方法，可以方便、快速的建立车身概念设计模型，减少了大量重复劳动，降低了对设计者的软件水平要求，加快了车身概念设计阶段的进度，缩短了车身概念设计乃至整车的设计周期。

附图说明

图1汽车前部硬点示意图；

图2汽车中部硬点示意图；

图3汽车后部硬点示意图；

图4前轮罩调节参数示意图；

图5前地板调节参数示意图；

图6后轮罩调节参数示意图；

图7底部可调横梁、纵梁示意图；

图8IVCD系统框图，其中：

1-用户向导界面；

2-车身优化模块；

3-求解与后处理模块；

4-有限元模型生成模块；

5-几何建模生成模块；

6-接口；

7-最终设计数据报表和模型；

8-车身材料库；

9-车身梁截面库；

10-车身总体参数；

11-车身模板库；

图9IVCD几何建模模块流程，其中：

12-车型选择；

13-设定工作目录；

14-设计外型导入；

15-定义局部坐标系；

16-车身硬点调整；

17-车身底板调整；

18-保存几何模型；

图10IVCD Tool生成的几何模型。

具体实施方式

现结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1，以三箱四门车为例，说明其车身模板的建立过程。

步骤一、硬点的创建。

模板共有33个硬点，各硬点位置的结构及几何意义如下：

图1为汽车前部12个硬点示意图，其中：

F1确定前裙板中部位置及汽车总长尺寸；

F2确定发动机罩前支撑板的中部位置；

F3确定前围上盖板中部位置；

F4确定前裙板端部位置；

F5确定发动机罩前支撑板的端部位置及汽车头部总宽尺寸；

F6为发动机舱或前置行李箱侧边中部控制点；

F7为A柱与前围上盖板交点；

F8为前翼子板轮缘前控制点；

F9为前翼子板轮缘中控制点；

F10为前翼子板轮缘后控制点；

F11为A柱中部控制点；

F12为A柱与门槛交点。

图2为汽车中部12个硬点示意图，其中：

M1为顶盖前边缘中部控制点；

M2为A柱上顶端控制点；

M3为A柱与前风挡玻璃交线中部控制点；

M4为顶盖前横梁中部控制点；

M5为顶盖前横梁与B柱交点及汽车总高尺寸；

M6为B柱中部控制点及汽车中部总宽尺寸；

M7为B柱与门槛交点及汽车总高尺寸；

M8-顶盖后横梁中部控制点；

M9-顶盖后横梁与C柱交点；

M10为C柱中部控制点；

M11为C柱与后轮挡泥板交汇处拐弯点；

M12为C柱与门槛交点。

图3为汽车后部12个硬点示意图，其中：

R1为后围上盖板中部控制点；

R2为后围上盖板端部控制点；

R3为后围板上方中部控制点；

R4为后围板上方端部控制点；

R5为后围板下方中部控制点及汽车总长尺寸；

R6为后围板下方端部控制点；

R7为后翼子板轮缘前控制点；

R8为后翼子板轮缘中控制点；

R9为后翼子板轮缘后控制点；

在参数化CAD系统中只需按照上述位置定义生成参数化的点即可。

步骤二、梁曲线的创建。

根据车身结构的特点，对于直线结构生成直线，直线需要两个硬点，即首点和末点；对于有一定曲率的结构，生成B样条曲线，至少需要三个硬点来确定。

步骤三、板曲面的创建。

根据大多数汽车车身结构中的主要承载件的特点，共生成左右前轮罩，前围，顶盖，前地板，后地板和左右后轮罩，板的形状可以根据实际车型进行调节。

1、前轮罩

如图4所示前轮罩可以进行高度D，宽度C，长度B，前后倾斜距离A和E等5个参数的调节。

2、前地板

如图5所示，前地板的调节集中在传动轴通道的调节上，可以进行前后开口的底边长K和N，顶边长J和M以及高度L和P的调节。

3、后地板

后地板的前后边缘的高度均可以调节。

4、后轮罩

如图6所示后轮罩可以进行高度V，宽度S，下边长U和上边长T等4个参数的调节。

步骤四、底部横梁和纵梁的调节。

由于汽车车身底部有很多类似梁的结构，它们是主要的承载件，因此在进行模型逼近的时候，需要对其进行调节。如图7所示，线27-35的每一条线的两个端点都可以在其所在的线上滑动，可以保证尽可能的逼近任一款车。

实施例2为基于本发明的方法，已经开发实现的基于UG/NXCAD平台下的车身结构概念设计工具——IVCD Tool，该方法基于模板技术，融合了知识工程、参数化设计、等先进的设计分析技术，可快速建立参数化概念车身的几何模型，生成有限元网格模型和边界约束载荷，通过NX Nastran求解器进行强度和模态计算，生成设计者所需要的设计结果以及产品方案报告。该方法还可对概念车身的梁和板进行参数优化，指导和帮助用户得到满意的设计方案，使得车身结构概念设计阶段所需时间大大缩短，操作难读大大降低。图8为IVCDTool系统的总体结构。其中几何建模生成模块5是本系统的核心部分之一，应用了本发明的建模方法。几何建模生成模块5是基于模板法实现的，可分为以下7个步骤，参照图9：

步骤1.车型选择12：

通过车型选择，调用适合的车型模板。模板是已经为用户建立好的参数化的车身概念结构。该结构基于车身造型的参考硬点(如图2所示的蓝色球体)进行设计，可通过硬点的调整改变车身的尺寸。同时该模板还包含与车身静力分析相关的部件，如底板、轮罩等部件，从几何结构上保障了与实际车身几何结构的力学等价。

步骤2.设定工作目录13：

用于设定与设计相关的文件的存储路径，包含几何参数模型文件，有限元模型文件和后处理文件以及分析报告等。

步骤3.设计外形导入14：

选择并调入车身造型师设计好的车身外型到当前工作区。

步骤4.定义局部坐标系15：

在车身外型上定义局部坐标系，并将车身模板按局部坐标系装配到车身外型之上。

步骤5.车身硬点调整16：

调整模板上的参考硬点，使得车身模板与车身外型相匹配。

步骤6.车身底板调整17：

调整车身模板中地板参数，使得车身的底板、轮罩、纵梁和横梁位置符合用户要求。

步骤7.保存几何模型18：

将模板文件另存，生成车身概念设计几何模型如图10所示。

以上所述实施方式仅为本发明的两个实施例，本发明不限于上述实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速建立车身概念设计几何模型的方法，其特征在于，首先建立车身模板，其方法如下：

a.定义一系列位置可调的点，称为车身的硬点；

b.基于a中定义的点生成形状可调的曲线，该曲线对应车身结构概念设计中的梁，称为车身的梁曲线；

c.基于b中生成的曲线生成三维曲面，该曲面对应车身结构概念设计中所需要的车身的板，称之为车身的板曲面；

根据建立的模板，通过模型逼近生成车身模型：将车身模板按照标准坐标位置转配到车身设计外形上，调整硬点位置，使车身模板充分逼近车身设计外形，调整后的模板即为所需车身几何模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬点的确定原则是：

1)每个硬点都是参数化的点，可以通过改变所述点的坐标值来相应移动所述点；

2)通过各硬点确定车的基本结构和形状；

3)所述硬点具有代表性，对任一款同类型的车均可以进行逼近；

4)每个硬点均代表一定的结构和几何意义，其个数和位置对于一类车型是固定的，不可随意增加或减少；

5)只需确定车身一侧和中部的硬点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述梁曲线是通过参数化的硬点来创建的参数化的线，梁曲线随着所述硬点的移动而改变。

4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：对于直线结构的梁曲线，需要两个硬点来确定，即首点和末点。

5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：对于有一定曲率的梁曲线，需要三个硬点来确定。

6.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：对于有一定曲率的梁曲线，需要三个以上硬点来确定。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板曲面的创建过程是：

所述板曲面为通过参数化的梁曲线来创建的参数化的面，随着所述梁曲线的位置和形状的改变而改变；所述板曲面包括：左右前轮罩、前围、顶盖、前地板、后地板和左右后轮罩，并且根据实际车型来调节板曲面的形状。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：进行模型逼近时，需要对车身底部横梁、纵梁进行调节。

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