專利名稱：一種快速建立車身概念設計幾何模型的方法
技術領域：
本發明涉及一種建立車身概念設計幾何模型的方法。
背景技術：
車身結構設計通常分為概念設計階段和詳細設計階段。在車身概念設計階段，需要對車身結構進行強度設計、模態分析和優化設計，這樣可以提早檢測車身所存在的強度缺陷和結構錯誤，對于快速選擇車身結構形式，確定結構參數具有重要作用。所以，概念設計的成果和周期將對整車結構設計質量和周期起到至關重要的作用。
目前，車身結構概念設計可分為幾何模型的建立、有限元網格模型生成、有限元模型求解和車身優化四個階段。其中，建立車身幾何模型通常通過手工在CAD系統上完成，對設計者的相關軟件操作技術要求較高。同時，由于車身種類繁多，車身幾何模型和有限元網絡模型都較為復雜，這使得概念設計階段的工作量大，過程繁瑣，設計周期較長。所以，如果能有一種新的建立車身概念設計幾何模型的方法，能方便快速的建立車身概念設計幾何模型，這對于縮短車身概念設計周期乃至整車的設計周期都具有重大意義。
發明內容
為了解決現有技術中存在的問題，本發明基于面向對象技術中的模板概念，通過建立車型的模板，構建車身模板庫，實現快速建立車身概念設計幾何模型。
本發明可在任意參數化CAD設計平臺上實現，其技術方案如下首先建立車身模板，其方法如下
a.定義一系列位置可調的點，稱為車身的硬點；b.基于a中定義的點生成形狀可調的曲線，該曲線對應車身結構概念設計中的梁，稱為車身的梁曲線；c.基于b中生成的曲線生成三維曲面，該曲面對應車身結構概念設計中所需要的車身的板，稱之為車身的板曲面；根據建立的模板，通過模型逼近生成車身模型將車身模板按照標準坐標位置轉配到車身設計外形上，調整硬點位置，使車身模板充分逼近車身設計外形，調整后的模板即為所需車身幾何模型。
所述硬點的確定原則是1)每個硬點都是參數化的點，可以通過改變所述點的坐標值來相應移動所述點；2)通過各硬點確定車的基本結構和形狀；3)所述硬點具有代表性，對任一款同類型的車均可以進行逼近；4)每個硬點均代表一定的結構和幾何意義，其個數和位置對于一類車型是固定的，不可隨意增加或減少；5)只需確定一側及中部的硬點。
所述梁曲線的創建過程是所述梁曲線為通過參數化的硬點來創建的參數化的線，隨著所述硬點的移動而改變。對于直線結構需要兩個硬點，即首點和末點，對于有一定曲率的結構，需要三個或三個以上硬點。
所述板曲面的創建過程是所述板曲面為通過參數化的梁曲線來創建的參數化的面，隨著所述梁曲線的位置和形狀的改變而改變。所述板曲面包括左右前輪罩、前圍、頂蓋、前地板、后地板和左右后輪罩，并且根據實際車型來調節板曲面的形狀。
進行模型逼近時，需要對車身底部橫梁、縱梁進行調節。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明采用的模板法建立車身概念設計幾何模型的方法，可以方便、快速的建立車身概念設計模型，減少了大量重復勞動，降低了對設計者的軟件水平要求，加快了車身概念設計階段的進度，縮短了車身概念設計乃至整車的設計周期。
圖1汽車前部硬點示意圖；圖2汽車中部硬點示意圖；圖3汽車后部硬點示意圖；圖4前輪罩調節參數示意圖；圖5前地板調節參數示意圖；圖6后輪罩調節參數示意圖；圖7底部可調橫梁、縱梁示意圖；圖8IVCD系統框圖，其中1-用戶向導界面；2-車身優化模塊；3-求解與后處理模塊；4-有限元模型生成模塊；5-幾何建模生成模塊；6-接口；7-最終設計數據報表和模型；8-車身材料庫；9-車身梁截面庫；10-車身總體參數；11-車身模板庫；
圖9 IVCD幾何建模模塊流程，其中12-車型選擇；13-設定工作目錄；14-設計外型導入；15-定義局部坐標系；16-車身硬點調整；17-車身底板調整；18-保存幾何模型；圖10IVCD Tool生成的幾何模型。
具體實施例方式
現結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1，以三箱四門車為例，說明其車身模板的建立過程。
步驟一、硬點的創建。
模板共有33個硬點，各硬點位置的結構及幾何意義如下圖1為汽車前部12個硬點示意圖，其中F1確定前裙板中部位置及汽車總長尺寸；F2確定發動機罩前支撐板的中部位置；F3確定前圍上蓋板中部位置；F4確定前裙板端部位置；F5確定發動機罩前支撐板的端部位置及汽車頭部總寬尺寸；F6為發動機艙或前置行李箱側邊中部控制點；F7為A柱與前圍上蓋板交點；F8為前翼子板輪緣前控制點；F9為前翼子板輪緣中控制點；F10為前翼子板輪緣后控制點；
F11為A柱中部控制點；F12為A柱與門檻交點。
圖2為汽車中部12個硬點示意圖，其中M1為頂蓋前邊緣中部控制點；M2為A柱上頂端控制點；M3為A柱與前風擋玻璃交線中部控制點；M4為頂蓋前橫梁中部控制點；M5為頂蓋前橫梁與B柱交點及汽車總高尺寸；M6為B柱中部控制點及汽車中部總寬尺寸；M7為B柱與門檻交點及汽車總高尺寸；M8-頂蓋后橫梁中部控制點；M9-頂蓋后橫梁與C柱交點；M10為C柱中部控制點；M11為C柱與后輪擋泥板交匯處拐彎點；M12為C柱與門檻交點。
圖3為汽車后部12個硬點示意圖，其中R1為后圍上蓋板中部控制點；R2為后圍上蓋板端部控制點；R3為后圍板上方中部控制點；R4為后圍板上方端部控制點；R5為后圍板下方中部控制點及汽車總長尺寸；R6為后圍板下方端部控制點；R7為后翼子板輪緣前控制點；R8為后翼子板輪緣中控制點；R9為后翼子板輪緣后控制點；
在參數化CAD系統中只需按照上述位置定義生成參數化的點即可。
步驟二、梁曲線的創建。
根據車身結構的特點，對于直線結構生成直線，直線需要兩個硬點，即首點和末點；對于有一定曲率的結構，生成B樣條曲線，至少需要三個硬點來確定。
步驟三、板曲面的創建。
根據大多數汽車車身結構中的主要承載件的特點，共生成左右前輪罩，前圍，頂蓋，前地板，后地板和左右后輪罩，板的形狀可以根據實際車型進行調節。
1、前輪罩如圖4所示前輪罩可以進行高度D，寬度C，長度B，前后傾斜距離A和E等5個參數的調節。
2、前地板如圖5所示，前地板的調節集中在傳動軸通道的調節上，可以進行前后開口的底邊長K和N，頂邊長J和M以及高度L和P的調節。
3、后地板后地板的前后邊緣的高度均可以調節。
4、后輪罩如圖6所示后輪罩可以進行高度V，寬度S，下邊長U和上邊長T等4個參數的調節。
步驟四、底部橫梁和縱梁的調節。
由于汽車車身底部有很多類似梁的結構，它們是主要的承載件，因此在進行模型逼近的時候，需要對其進行調節。如圖7所示，線27-35的每一條線的兩個端點都可以在其所在的線上滑動，可以保證盡可能的逼近任一款車。
實施例2為基于本發明的方法，已經開發實現的基于UG/NXCAD平臺下的車身結構概念設計工具——IVCD Tool，該方法基于模板技術，融合了知識工程、參數化設計、等先進的設計分析技術，可快速建立參數化概念車身的幾何模型，生成有限元網格模型和邊界約束載荷，通過NX Nastran求解器進行強度和模態計算，生成設計者所需要的設計結果以及產品方案報告。該方法還可對概念車身的梁和板進行參數優化，指導和幫助用戶得到滿意的設計方案，使得車身結構概念設計階段所需時間大大縮短，操作難讀大大降低。圖8為IVCDTool系統的總體結構。其中幾何建模生成模塊5是本系統的核心部分之一，應用了本發明的建模方法。幾何建模生成模塊5是基于模板法實現的，可分為以下7個步驟，參照圖9步驟1.車型選擇12通過車型選擇，調用適合的車型模板。模板是已經為用戶建立好的參數化的車身概念結構。該結構基于車身造型的參考硬點(如圖2所示的藍色球體)進行設計，可通過硬點的調整改變車身的尺寸。同時該模板還包含與車身靜力分析相關的部件，如底板、輪罩等部件，從幾何結構上保障了與實際車身幾何結構的力學等價。
步驟2.設定工作目錄13用于設定與設計相關的文件的存儲路徑，包含幾何參數模型文件，有限元模型文件和后處理文件以及分析報告等。
步驟3.設計外形導入14選擇并調入車身造型師設計好的車身外型到當前工作區。
步驟4.定義局部坐標系15在車身外型上定義局部坐標系，并將車身模板按局部坐標系裝配到車身外型之上。
步驟5.車身硬點調整16調整模板上的參考硬點，使得車身模板與車身外型相匹配。
步驟6.車身底板調整17調整車身模板中地板參數，使得車身的底板、輪罩、縱梁和橫梁位置符合用戶要求。
步驟7.保存幾何模型18將模板文件另存，生成車身概念設計幾何模型如圖10所示。
以上所述實施方式僅為本發明的兩個實施例，本發明不限于上述實施例，對于本領域一般技術人員而言，在不背離本發明原理的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都屬于本發明的構思和所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種快速建立車身概念設計幾何模型的方法，其特征在于，首先建立車身模板，其方法如下a.定義一系列位置可調的點，稱為車身的硬點；b.基于a中定義的點生成形狀可調的曲線，該曲線對應車身結構概念設計中的梁，稱為車身的梁曲線；c.基于b中生成的曲線生成三維曲面，該曲面對應車身結構概念設計中所需要的車身的板，稱之為車身的板曲面；根據建立的模板，通過模型逼近生成車身模型將車身模板按照標準坐標位置轉配到車身設計外形上，調整硬點位置，使車身模板充分逼近車身設計外形，調整后的模板即為所需車身幾何模型。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬點的確定原則是1)每個硬點都是參數化的點，可以通過改變所述點的坐標值來相應移動所述點；2)通過各硬點確定車的基本結構和形狀；3)所述硬點具有代表性，對任一款同類型的車均可以進行逼近；4)每個硬點均代表一定的結構和幾何意義，其個數和位置對于一類車型是固定的，不可隨意增加或減少；5)只需確定車身一側和中部的硬點。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述梁曲線是通過參數化的硬點來創建的參數化的線，梁曲線隨著所述硬點的移動而改變。
4.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于對于直線結構的梁曲線，需要兩個硬點來確定，即首點和末點。
5.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于對于有一定曲率的梁曲線，需要三個硬點來確定。
6.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于對于有一定曲率的梁曲線，需要三個以上硬點來確定。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述板曲面的創建過程是所述板曲面為通過參數化的梁曲線來創建的參數化的面，隨著所述梁曲線的位置和形狀的改變而改變。所述板曲面包括左右前輪罩、前圍、頂蓋、前地板、后地板和左右后輪罩，并且根據實際車型來調節板曲面的形狀。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于進行模型逼近時，需要對車身底部橫梁、縱梁進行調節。
全文摘要
本發明公開了一種快速建立車身概念設計幾何模型的方法，引入面向對象中的模板概念，通過建立車型的模板，構建車身模板庫，實現快速建立車身概念設計幾何模型。本發明可以方便、快速的建立車身概念設計模型，減少了大量重復勞動，降低了對設計者的軟件水平要求，加快了車身概念設計階段的進度，縮短了車身概念設計乃至整車的設計周期。
文檔編號G06T19/00GK1851754SQ20061008331
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月2日 優先權日2006年6月2日
發明者胡平, 侯文彬, 丁祎, 李運興 申請人:胡平, 侯文彬