基于逆向工程的车门设计技术.pdf
- 文档编号:14652291
- 上传时间:2023-06-25
- 格式:PDF
- 页数:89
- 大小:4.25MB
基于逆向工程的车门设计技术.pdf
《基于逆向工程的车门设计技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于逆向工程的车门设计技术.pdf(89页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
山东理工大学山东理工大学硕士学位论文基于逆向工程的车门设计技术基于逆向工程的车门设计技术CarDoorDesignTechnologyBasedonReverseEngineering研究生:
邢鲁超邢鲁超指导教师:
徐家川副教授徐家川副教授协助指导教师:
王仁广王仁广高工高工申请学位门类级别:
工程硕士工程硕士学科专业名称:
车辆工程车辆工程研究方向:
车辆数字化设计与制造车辆数字化设计与制造论文完成日期:
2012年4月10日2012年4月10日单位代码:
10433学号:
Z1009309分类号:
U463.82密级:
万方数据万方数据万方数据山东理工大学硕士学位论文摘要I摘要随着以计算机技术为核心的现代工程技术的飞速发展,日益成熟的CAD/CAE/CAM一体化产品开发技术在汽车车身设计领域得到了广泛应用。
与此同时,结合先进的计算机技术,以测量技术、曲面重构技术为基础的逆向工程技术在汽车车身新产品开发中得以推广。
传统的车身正向设计方法正逐步被车身逆向设计方法所取代。
而车门是车身上的重要部件,如何高效、准确地设计车门,缩短设计周期,是目前汽车行业研究的重点。
在这个大背景下,本文对车门的逆向设计技术进行了深入研究,具体包括:
(1)车门曲面逆向建模技术。
曲面重建非常复杂,曲面模型往往需由多张曲面经拼接、过渡、裁剪而成。
所以在车门的逆向设计过程中,尤以车门曲面模型重构最费时费力。
针对上述问题,本文以UG软件为平台,以两款车门曲面逆向重构为例,给出了逆向工程中快速反求的流程,并总结了车门曲面逆向重构技术,以提高车门曲面逆向重构质量,缩短车门曲面逆向重构时间。
(2)车门玻璃曲面拟合技术。
现代乘用车为了美观的需要,车门玻璃广泛使用双曲率玻璃,但对双曲率玻璃设计方法的研究较少且不够完善。
所以本文在车门逆向设计的基础上,研究并总结了两种典型双曲率玻璃的拟合方法,提出了两种方法的优缺点,完善了双曲率玻璃的设计理论及设计流程。
(3)车门附件设计技术。
在本文的最后,以交叉臂玻璃升降器和铰链为例,总结了车门附件的设计、安装和运动校核等流程。
通过以上研究内容,本文获得了一些新的设计方法:
(1)对车门曲面重构中的特征消失进行了研究,并根据其特点给出了特征消失的曲面构建方法。
(2)对双曲率车门玻璃曲面的拟合方法进行了研究,给出了两种拟合方法的设计理论及设计流程。
结果表明,以上方法较好的满足了设计要求。
关键词:
车门;曲面;车门玻璃;逆向工程万方数据山东理工大学硕士学位论文AbstractIIAbstractWiththerapiddevelopmentofmodernengineeringtechnology,whosecoreiscomputertechnique,increasinglymatureproductdevelopmenttechnologyoftheintegrationofCAD/CAE/CAMhasbeenwidelyused.Atthesametime,withadvancedcomputertechnology,reverseengineeringtechnologywhichbasedonmeasurementtechnologyandsurfacereconstructiontechnologyhasbeenwidelyappliedinnewproductdevelopmentoftheautomotiveindustry.Thetraditionalautomobilebodyforwarddesignmethodwasreplacedgraduallybytheautomobilebodyreversedesignmethod.While,cardooristheimportantpartsoftheautomobilebody,howtodesignthecardoorefficientlyandaccuratelytoshortendesigncyclesisthefocusofthestudyoftheautomotiveindustry.Inthisbackdrop,anin-depthstudyofcardoordesignbasedonReverseEngineeringisperformed,andsomeofnewdesignmethodsaresummarized.Themaintasksareasfollows:
(1)Reversemodelingtechniquesofthecardoorsurface.Surfacereconstructioniscomplicated,andthesurfacedigitalmodelisoftenmadebymultiplesurfacesbysewing,transitionandtrimming.Inresponsetotheseproblems,usingUGsoftwareastheplatform,bothcardoorsurfacereversereconstructionsastheexample,therapidreverseprocessofreverseengineeringwasgivenandthetechnologyofreconstructionoftheautomobiledoorsurfacewassummarizedforimprovingthequalityandreducingthetime.
(2)Cardoorglasssurfacefittingtechniques.Nowadays,inordertosatisfytheaestheticneedsofpassengercars,double-curvatureoftheglassiswidelyusedincardoorglassdesign,butstudiesofthedesignmethodofdouble-curvatureglassarefewandimperfect.So,basedoncardoorreversedesignresearch,twotypicaldoublecurvatureglassfittingmethodsweresummarizedandthemeritsanddemeritsofthetwomethodswereanalyzed,toimproveandenrichthedesigntheoryandthedesignprocessesofthedoublecurvatureglass.(3)Thecardoorattachmentdesigntechniques.Atthelast,thedesign,installation,andsportscheckprocessoftheautomobiledoorattachmentwassummarized.Bystudyingtheabovecontent,somenewdesignmethodsweregiven:
(1)Featuresdisappearancewasstudiedinthecardoorsurfacereconstruction.Accordingtoitscharacteristics,processingmethodsoffeaturesdisappearanceweregiven.
(2)Doublecurvatureglassdesignmethodswerestudied.thedesigntheoryandthedesignprocessoftwotypicalfittingmethodswerealsogiven.Theresultverifiedthatthesemethodssatisfiedtherequirement.Keywords:
CarDoor,Surface,DoorGlass,ReverseEngineering万方数据山东理工大学硕士学位论文目录III目录摘摘要要.IABSTRACT.II第一章第一章绪论绪论.11.1课题的背景.11.2课题的意义.11.3课题的研究现状.21.3.1逆向工程研究现状.21.3.2车门布置与车门玻璃拟合方法.31.4课题的研究内容、创新点及章节安排.4第二章第二章车门设计基础车门设计基础.72.1车门的分类.72.2车门的组成.72.2.1车门门体.72.2.2车门附件.92.3本章小结.11第三章第三章车门曲面重构技术车门曲面重构技术.123.1逆向工程.123.2点云数据的测量.123.2.1点云数据测量方法的分类和比较.123.2.2光栅投影测量技术.133.3点云数据的处理.153.4曲面类型的选择.163.4.1曲线曲面的Bzier表示及性质.173.4.2曲线曲面的B样条表示及性质.193.4.3Bzier曲线曲面和B样条曲线曲面品质对比.213.5曲面构建方法的选择.223.6车门曲面的重构过程.233.6.1轿车车门外板曲面的创建.233.6.2轿车车门内板曲面的创建.353.6.3货车车门外板曲面的创建.38万方数据山东理工大学硕士学位论文目录IV3.6.4货车车门内板曲面的创建.393.7本章小结.42第四章第四章车门玻璃曲面拟合技术车门玻璃曲面拟合技术.434.1圆环面拟合方法的车门玻璃和导轨的设计.434.1.1圆环面车门玻璃的设计原理.434.1.2圆环面车门玻璃的设计流程.454.1.3圆环面玻璃导轨的设计原理.484.1.4圆环面玻璃导轨的设计流程.494.2腰鼓面拟合方法的车门玻璃和导轨的设计.524.2.1腰鼓面车门玻璃的设计原理.524.2.2腰鼓面车门玻璃的设计流程.534.2.3腰鼓面玻璃导轨的设计原理.554.2.4腰鼓面玻璃导轨的的设计流程.564.3双曲率车门玻璃设计方法的比较和选择.604.4本章小结.60第五章第五章车门附件的布置和安装车门附件的布置和安装.615.1交叉臂玻璃升降器的设计与安装.615.1.1交叉臂玻璃升降器的组成及参数的确定.625.1.2玻璃升降器的建模与装配.635.1.3玻璃升降器安装位置的确定.645.1.4玻璃升降器的运动校核.685.2车门铰链的布置与安装.715.3本章小结.74第六章第六章总结与展望总结与展望.756.1全文总结.756.2工作展望.76致致谢谢.77参考文献参考文献.78附录附录1:
作者在读硕士期间发表的论文和参加的课题作者在读硕士期间发表的论文和参加的课题.81附录附录2:
车门内外板数字模型:
车门内外板数字模型.82万方数据山东理工大学硕士学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1课题的背景随着以计算机技术为核心的现代工程技术的飞速发展,日益成熟的CAD/CAE/CAM一体化产品开发技术在汽车车身设计领域得到了广泛应用。
与此同时,结合先进的计算机技术,以测量技术、曲面重构技术为基础的逆向工程技术在汽车车身新产品开发中得以推广1。
汽车车门是汽车的重要开闭件,它包括车门内外板、玻璃、加强梁(板)和车门附件。
在利用逆向技术进行车门设计与布置时,首先要对车门外板进行逆向设计。
但是车门外板不是一个孤立的部件,而和车身侧围是一个整体,在设计过程中如何快速的得到高质量车门外板,并与侧围有一个良好的配合,是光顺设计师必须要认真对待的一个关键问题。
车门内板则是安装车门附件的重要零件,内板上孔、岛众多。
一方面要保证与外板结合的内部有足够的空间安装这些附件,同时又要保证内板本身有足够的强度和刚度,以保证各个附件的正常工作。
在车门附件中,特别是车门玻璃和玻璃升降器最为关键。
由于车身内部布置设计的限制,一般希望车门的厚度比较薄,但是现代汽车特别是轿车的外形又要求有很好的流线型,使得玻璃在两个方向上都是曲的,即双曲率曲面。
在拟合玻璃曲面时,玻璃不仅要贴近点云,而且要上下、前后都能流畅的运动,就必须有一种合适的方法,使得拟合的玻璃曲面又好又快;玻璃升降器是玻璃升降的重要部件,当然也要进行考虑。
因此,本课题考虑依据所测绘的点云,给出车门内外板反求的方法、玻璃曲面拟合的合适方法,以提高车门设计的效率和质量。
1.2课题的意义汽车是现代生活的必要交通工具,而车门是车身上一个结构复杂的开闭件,其设计直接影响到汽车的行驶安全性、侧面视野性、乘坐舒适性、进出方万方数据山东理工大学硕士学位论文第一章绪论2便性等2。
良好的车门(开闭件)是现代汽车必备的要求,也是产品能够在市场中胜出的法宝之一。
目前,各大汽车厂商在车身设计方面很多都采用逆向技术,通过对已有车型的数据采集,将数据进行处理并反求内外板,并考虑各附件的安装。
汽车车门从布置到设计再到制造,每一个环节考虑的因素都比较多,既要保证车门与整车的协调一致,还要保证车门本身的技术要求。
很多时候,各个环节是一个循环反复的过程,造成了传统的车门设计难度大、周期长。
因此,进行基于逆向工程的车门关键技术研究,提高产品质量,降低生产成本,缩短产品的开发周期,提高劳动生产率,具有重要的意义。
1.3课题的研究现状车门设计是一个复杂的过程,既要保证与整车协调一致,又要保证车门本身的技术要求3。
车门是由众多部件组成的,通常车门设计的各个环节是一个循环反复的过程,便造成了车门设计周期长和设计难度大的特点4。
众多学者一直对车门设计进行着研究,希望找到更合理更高效的设计方法。
下面从逆向工程设计、车门和车门玻璃的设计两个方面对研究现状进行综述。
1.3.1逆向工程研究现状车门的内外板的逆向设计属于车身逆向设计的一部分,也有称其为曲面光顺。
针对汽车车身曲面逆向设计,学者们从设计流程、设计方法、曲线曲面的过渡以及车身特殊部位曲面的构建方面进行了大量的研究,取得了较好的效果。
彭晓俊,周鋐等5通过对Santana3000车门实物模型实施反求工程来构建其CAD数字化模型,在给出曲线曲面表示方法的基础上,也给出了数据的测绘与处理方法、车门内外板的重建流程及其曲面的评价方法。
相似的文献也见6,7,8,9,10。
针对复杂对象反求工程中散乱点数学模型无法与其他通用CAD/CAM系统进行数据交换的瓶颈问题,陈志扬等11提出了一种基于等参万方数据山东理工大学硕士学位论文第一章绪论3数分割原理的复合三角Bzier曲面重构NURBS曲面的技术,应用递归分割原理将复合三角曲面模型转化为若干块G1光滑拼接的NURBS曲面模型,实现了三角曲面模型的通用化处理,进一步拓展了反求工程中CAD等专门系统的应用范围和水平。
徐家川等12针对车身曲面重建过渡曲面,特别是复杂过渡曲面的问题,提出了一套曲面间复杂过渡曲面的处理方法,得到了很好的效果。
相似的研究也见文献13。
为提高曲面逆向的品质和效率,学者们在曲面逆向之前进行点云的分割,Lin等14将输入的网格分割成四边形片,对四边形面片的每条边界构造一条标准曲线和边界拟合曲线,分别与各自边界控制顶点的法线和位置相对应,提出了一种自适用网格拟合方法。
通过用Bzier面片插值每个四边形边界的法线和拟合曲线,产生一组G1连续的Bzier曲面片,该方法既能保证Bzier曲面G1连续又能满足逆向工程的要求。
Woo等15在由点云数据生成曲面模型的过程中,给出一个新的点云数据分割方法,该方法用基于3D空间的octree网格方法处理大量的无序数据点。
通过点单元的标准值迭代细分,最终得到3D网格。
罗大兵等16则从噪声去除、多视对齐、数据光顺、数据精简、数据分割等方面讨论了点云数据的处理方法。
综上所述,汽车车身逆向工程的研究一般包括两个方面的研究:
一是曲线曲面光顺的自动算法,二是曲线曲面的人工交互处理。
在这两个方面应该是相互促进的,但现实的情况是,企业的光顺都离不开设计人员的介入,而且设计人员是光顺处理的决定因素,最终的光顺处理大多由设计者交互(手工)完成。
1.3.2车门布置与车门玻璃拟合方法车门布置是车门设计的一个关键技术。
吉林大学魏京功对轿车前门整体布置进行了研究,该方法主要讨论了从已有CLASS-A外表面开始,给出了各个件的布置安装,并结合工艺、工装的设计验证,建立起一套车门设计方法,属于正向设计17。
同济大学孙从周和雷雨成则基于设计硬点和主断面对车门的内外板进行设计,并对门锁、铰链、玻璃及玻璃升降器进行了布置,该方法也是从正向的角度对车门进行设计和布置安装18。
此外,相似的研究还有上海理工大学崔建昆和周伟19。
万方数据山东理工大学硕士学位论文第一章绪论4针对汽车车门的布置,有很多学者基于知识工程,对车门进行了设计。
如燕山大学高玉霞20以CATIA为平台,辅以VisualBasic为开发工具,运用汽车车门设计的理论和人体工程学的知识,开发了基于知识的轿车车门布置与结构系统的专用软件。
相似的研究也见文献2,21,22等。
对于车门玻璃的拟合方面的研究,同济大学雷雨成等23给出了双曲率玻璃的圆环面拟合思想,给出了工程应用的条件,但是没有给出可操作性的拟合方法。
相似的研究也见文献24.1.4课题的研究内容、创新点及章节安排本文的研究内容主要分为以下三个部分:
(1)车门内外板的逆向建模技术。
汽车车门曲面往往需由多张曲面经拼接、过渡、裁剪而成。
在处理过程中,如果方法不当,往往造成曲面质量不高,效率低下。
针对上述问题,本文以UG软件为平台,以两款车门曲面逆向重构为例,研究并总结车门曲面逆向重构的关键技术,希望能缩短曲面逆向重构的时间,提高曲面逆向重构质量。
(2)车门玻璃曲面拟合技术。
现代乘用车为了美观的需要,车门玻璃广泛使用双曲率玻璃曲面拟合。
根据车身外形,采用合适的曲面拟合方法,以保证拟合曲面既有较高的质量,又能满足车门玻璃顺利的升降是车门设计的难点。
针对该问题,本文以逆向工程为基础,结合整车外形,采用圆环面方法和腰鼓面方法对双曲率玻璃曲面进行拟合研究,给出两种拟合方法的设计理论及设计流程,并总结它们的优缺点。
(3)车门附件的设计技术。
车门附件是车门上重要的组成部分,本文以玻璃升降器和铰链为例,主要研究车门附件的布置和运动校核流程。
本文的创新性贡献为:
1.曲面特征消失是曲面重构技术中的一个难点,本文对车门曲面重构中的特征消失进行了研究,并根据其特点给出了特征消失的曲面构建方法。
2.研究符合整车外形的双曲率玻璃曲面的拟合方法,给出了圆环面拟合方法和腰鼓面拟合方法的可操作性设计流程。
万方数据山东理工大学硕士学位论文第一章绪论5根据上述研究内容,本文后续章节安排如下:
第二章给出了车门的分类和结构组成,为下一步研究提供基础。
第三章讨论了车门曲面重构技术,包括点云数据的获取与处理,车门外板与内板的曲面表示与构建方法;最后总结了车门曲面逆向重构的关键技术,包括基本曲面的创建、过渡曲面的创建、特征消失面的创建以及细节特征的处理等。
第四章讨论了车门玻璃曲面的拟合方法,包括双圆环面和腰鼓面的拟合方法。
给出了两种方法的设计理论和设计流程,并总结了两种设计方法的优缺点。
第五章研究了车门附件的布置和安装流程,包括玻璃升降器的布置安装和铰链的布置安装。
第六章对本论文所做的工作进行了总结,并对后续研究做了进一步展望。
全文的逻辑结构图如图1-1所示。
万方数据山东理工大学硕士学位论文第一章绪论6图1-1论文内容逻辑结构图第一章绪论课题的研究背景课题的研究意义课题的研究现状课题的研究内容、创新点及章节安排第二章车门设计基础交叉臂玻璃升降器的布置与安装车门铰链的布置与安装点云的测量与处理曲面类型和构建方法的选择车门曲面的重构过程第三章车门曲面重构技术圆环面拟合方法圆环面玻璃的设计原理圆环面玻璃的设计流程圆环面玻璃导轨的设计原理圆环面玻璃导轨的设计流程腰鼓面拟合方法第四章车门玻璃曲面拟合方法总结展望第五章车门附件的布置与安装第六章总结与展望车门的分类车门的组成腰鼓面玻璃的设计原理腰鼓面玻璃的设计流程腰鼓面玻璃导轨的设计原理腰鼓面玻璃导轨的设计流程两种拟合方法的比较和选择万方数据山东理工大学硕士学位论文第二章车门设计基础7第二章车门设计基础2.1车门的分类如表2-1所示,车门可以按以下方式进行分类25:
表2-1车门的分类分类方式类型优缺点及常用车型结构整体式车门(车门内板外板不能分开)刚度好、密封性好、废料多、不利于车门附件维修分体式车门(车门内外板可以分开)钣金件减小,材料利用率高、有利于车门附件维修窗框有窗框独立窗框:
废料率低、可装配性差窗框与内外板一起冲压成型:
刚度好、密封性好、废料多无窗框造型前卫时尚、废料少、具备整形能力、密封费用高、窗玻璃稳定性差开启方式旋转门用于大多数汽车折叠门多用于客车拉门多用于轻型客车2.2车门的组成无论是哪种车门,它们都由车门门体、车门附件、车门密封件和车门内饰护板组成2。
2.2.1车门门体车门门体由车门外板、车门内板、车门窗框、车门加强板和车门防撞梁组成26。
车门外板设计应满足整体造型要求,应有足够的强度和刚度。
因为车门外板属于大型平坦拉延件,为了提高刚度,应选择硬质材料,厚度在0.60.8mm左右。
万方数据山东理工大学硕士学位论文第二章车门设计基础8图2-1整体式车门外板图2-2整体式车门内板车门内板是车门附件的载体,对强度和刚度要求更高,所以在车门内板上有各种安装孔和加强筋。
门内板可分为整体式和分体式.分体式门内板一般分左右二块,由激光拼焊在一起,左侧(铰链侧)料厚较厚,一般为1.5mm;右侧(门锁侧)料厚较薄,一般为0.81mm。
这是考虑到车门下沉的情况,对车门铰链附近的内板进行特别加强。
图2-3分体式车门内板图2-4车门窗框车门窗框是对于独立窗框车门而言的,对于和内外板一起冲压的窗框,窗框是内外板的一部分。
独立窗框一般为辊压件20,如图2-4所示。
车门加强板分为车门外板加强板和车门内板加强板,主要作用是提高车门窗框处的刚度,同时也有利于正面碰撞时力的传递,将作用在门框上的力合理地向后传递。
图2-5车门外板加强板万方数据山东理工大学硕士学位论文第二章车门设计基础9图2-6车门内板加强板车门防撞梁是指在车门内部结构中加上横梁,用以加强车辆侧面的结构,进而提高侧面撞击时的防撞抵抗力,以提升侧面的安全,如图2-7所示。
图2-7车门防撞梁和安装支架2.2.2车门附件车门附件由车门玻璃、车门玻璃升降器、车门锁、车门铰链、车门开度限位器等组成。
车门玻璃一般选择钢化玻璃,这种玻璃强度高、抗弯能力强,而且钢化玻璃被破坏时,也呈无锐角的小碎片,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 逆向 工程 车门 设计 技术
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)