CATIA V5軟件在客車車身數字化設計上的應用

蔣勇，張潘

（金龍汽車（西安）有限公司，陜西 西安 710119）

前言

隨著現代 CAD軟件技術的發展，從事客車結構設計的設計人員早已淘汰了手工繪圖的圖板，全面轉向 CAD的二維繪圖時代，從而明顯降低設計成本，縮短設計、生產準備周期，減少工作 強度，濃縮和提煉優秀的設計經驗，提高了產品的設計水平，因而二維 CAD得到了廣泛的應用。但是二維 CAD在處理復雜的投影線生成、曲面造型、整車裝配分析、機構運動關系分析、結構強度等很多方面，有著先天性的不走。三維CAD即可解決二維CAD的這些方面的障礙。Catia軟件在曲面造型方面具有獨特的優勢，因而廣泛應用于航天、汽車等行業的復雜曲面造型設計中。汽車產品設計中很大部分零部件是由一系列復雜的空間曲面構成的，這種連接既要滿足零件功能、結構的要求，有要光滑過渡，達到平順、和諧的效果。CATIA軟件的曲面造型技術為這類零部件的設計提供了先進、方便、快捷的手段，是汽車的設計更趨完美，設計周期越來越短，極大地提高了汽車開發效率。

1 車身三維數字化設計方法及流程

客車車身三維數字化設計是指運用三維設計軟件對客車車身包括前后圍、骨架、內外蒙皮、風窗、車門以及車身附件進行三維數字化建模，是進行工程分析和計算機輔助制造的基礎。

圖1 客車車身三維數字化設計流程

客車車身數字化一般流程為：首先在客車產品規范提出的產品參數基礎上，進行簡單的車身總布置設計，建立車身三視圖；在此基礎上進行車身前后圍及側圍造型設計，最后利用CATIA軟件的三維數字化建模功能進行車身結構設計。具體流程如圖1所示。

（1）產品參數基礎上進行車身總布置設計，確定車型的基本參數：總長、總寬、總高、軸距、輪距、離地間隙、接近角、離去角及車門形狀、位置等基本設計數據和車型的設計要求，勾勒出車身的外輪廓線，建立車身三視圖。

（2）車身外cas設計。通過繪制整車效果圖和車身總布置三視圖，進行車身外cas設計。

（3）整車DTS設計。在三維造型曲面上確定各部件交接位置及覆蓋件邊界。

（4）骨架總成設計。在造型曲面及蒙皮總成提取骨架構造線，進行骨架總成設計。

（5）通過制定的內飾方案及骨架總成的基礎上進行內飾總成設計。在造型面和分解現的基礎上對車窗、車門、蒙皮以及其他附件等進行詳細的結構設計。

2 catia V5在車身設計中的應用

2.1 某車身三維曲面數字化建模

根據車身表面構造曲線的擬合方式，在CATIA環境下建立如圖3所示的曲線模型，前圍的造型依賴于這些曲線，由構造曲線可以掃略出前圍三維造型（圖2）。

圖2 前圍三維造型設計

在具體設計時，可以將每根構造曲線切割成線段，以方便造型。主要造型面有三個曲面片組成，每部分從左到右曲率都是連續的，其中，1區即前風擋玻璃上部造型面與頂蓋連續；2區包括前風窗玻璃及外覆蓋件；3區包括車燈、左右燈板、前中門等部分。由于此結構外形曲線與蒙皮都是一致的，在設計時，把此部分看成一個整體，之后再確定分封位置，進而對風窗玻璃、側窗進行設計。

2.2 分縫線及覆蓋件邊界的確定

分縫線和覆蓋件邊界主要包括前風窗玻璃、側風窗玻璃和車門、車燈等分界，以前風窗玻璃為例，首先在側圍與頂蓋的外形曲線投影到預先確定的一個平面上，該平面與前圍正對平面平行。為滿足造型需求，將側圍投影線向內平移一定距離，將頂蓋投影曲線向下平移，根據造型確定前風窗下邊界曲線，此時已經形成一個封閉曲線，最后將平面內的封閉曲線投影至前圍造型曲面上，通過切割邊得到了前風窗與周邊覆蓋件的分界線了。

2.3 骨架總成設計

根據前圍曲面造型、側圍外蒙皮的位置進行骨架總成設計。具體方法是從蒙皮上用提取命令，提取所要生成鋼管的引導線，然后由蒙皮向內移動適當的距離，生成立柱中心引導線，然后通過立柱斷面掃略而成立柱形狀，進而來完成整個骨架總成。圖3所示為骨架總成。

圖3 車身骨架總成

2.4 內外飾件及其余附近設計

在造型面和分界線的基礎上對各部件進行設計。如根據骨架總成設計內飾、風道、前后頂燈，最后把六大片組成一個整體，如圖4所示。

圖4 車身造型

3 結束語

三維 CAD平臺為國內客車企業提供了一個全新的設計平臺，采用全數字化設計，CATIA可以提供多模型鏈接的工作環境及混合建模方式，總體設計人員只要將基本的結構尺寸發放出去，設計組其他成員便可以開始工作，即可以協同工作，又不相互牽連。由于模型之間的相互連接性，使得上游設計結構可以作為下游的參考，同時，上游對設計的改動通過刷新可以直接體現到下游設計中，這樣從技術上提供了并行設計環境，從而使得并行設計思想在客車車身數字化設計中得到實現，將極大地提高了設計效率，提升了產品品質，降低制造成本，提高企業競爭力。

[1] 周正濤.客車車身覆蓋件的設計與制造[M].北京:機械工業出版社,1998.

[2] 谷正氣,樊碧吾.客車車身幾何建模的應用研究[J].湖南大學學報,1999.