...量的逆向工程之A级曲面
[摘 要]汽车A级曲面既是汽车造型设计艺术的表达，又是汽车工程开发的载体，是汽车研发过程中至关重要的环节。在研发中，必须使汽车数字模型既符合艺术设计意图，又符合工程实践要求。
笔者将从A级曲面构建的基本规范性要求，造型要求，工程要求三个方面来阐述在汽车研发的实践中，如何创建合格的A级曲面。
[关键词]A级曲面；造型要求；工程要求
中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0067-02
一.A级曲面在汽车研发中必须满足一些规范性要求
关于A级曲面最通俗的解释就是汽车所有可见表面生成的数字化模型，这些曲面必须满足数学定义上的光顺性和视觉上的光顺性。下面介绍要想生成较好的光顺性曲面需做达到的一些规范性要求。
1、线的基本要求
面是由线构成的，因此线的质量直接决定面的质量。我们在构建面的时候，要保证面的边界线，面与面的交线是光顺的，线的控制点要规律分布，曲率梳要均匀变化。
2、面的基本要求
A级曲面要求用最简单的基本面来表达复杂的曲面变化，一般不大于6阶，特殊情况可以用7—8阶，通常采用单凸或单凹的曲面，也可少量使用“S”型曲面。A级曲面的基本面必须是四边形曲面，不能使用三角形曲面或边界自相交、边界退化形等存在数据缺陷的曲面。A级曲面控制点要做到无混乱排列、无不规则分布，无不规律跳动。如果有连续性的两张曲面，在相匹配的边界处要做到控制点数相同，且点与点在匹配处重合，若同一方向的ISO线也流畅光顺，就更完美了。
3、面的连续性要求
A级曲面有面与面之间的光顺性要求，使得面面匹配要达到G2甚至G3的连续性。我们一般用匹配处曲率梳的位置变化关系来分析和判断曲面的连续性。首先，我们要保证待验证的几张曲面在U、V方向上是一致的，然后分别查看其在X、Y、Z三个方向的曲率梳变化情况。如图1。
可以看到中间过渡曲面的两端都用Matching命令做了G3匹配，但是曲率梳却出现了波动，这就说明两端的基本面存在质量问题。两端基本面的控制点在该面的Normal方向上做出了0.2mm左右的微调就实现了曲率梳的光滑平顺过度，这样的曲面才真正满足了G3连续性。
4、面的高光要求
首先必須保证其流线走势、光影变化符合设计师的要求，其次高光线必须光顺、过度平顺、规律变化，空间曲线不能保证各方向完美，也要做到人们从多个视角进行正常观察时，这些视角方向线性光顺。看高光效果需要注意整体性和局部性，确保整体造型的大面高光质量和局部曲面高光质量都没有问题。
5、面的对称性要求
对于沿一个平面自对称的曲面，一般建模时只构建其中的一侧，那么该曲面沿对称平面镜像后必须保证两侧曲面、特征线、边界线是G3连续，斑马线光顺且变化规律。内饰中要求不高的曲面可以是G2连续。
6、截面线要求
汽车造型虽然复杂，但所有特征都是由规律变化的曲面构成，如果沿X、Y、Z方向做密集截面，那么这些截面的变化也应当是有规律的，均匀变化的。反之，如果截面变化突兀，则很可能是曲面走势有了问题。
7、曲率半径要求
分析外饰曲面是否光顺还有一种方法，就是曲率半径检查法。对曲面整体光顺性进行分析时，一般使用曲面高斯曲率半径分布图分析，除造型特殊需要的地方外，一般要求其颜色变化要均匀、流畅；对几个最大曲率半径变化的曲面进行分析时，一般使用最大曲率半径分布图检查；对几个最小曲率半径变化均匀的曲面进行分析时，一般使用最小曲率半径分布图检查。经常用到的还有曲面U、V方向曲率半径分布图分析曲面的质量。
8、曲面法向的方向要求
汽车A级曲面是未加厚的面片，我们要求曲面法向方向要一致，一般指向料厚方向，便于以此进行后期结构设计、性能分析、制造加工等。
9、面的拓扑关系要求
汽车A级曲面要求数据的完整性，所以在每次提交数据时都要进行拓扑关系检查。进行拓扑关系检查时，我们会设置检查的参数指标，满足则合格，不满足则不合格。检查要求曲面裁剪完整，不缺不多，没有重复曲面，极小曲面片等。连续性指标不同厂家会根据自身情况有所区别，一般规定 G0不大于0.005mm，G1不大于0.01，G2不大于0.2，局部小面边界不小于0.1mm等。
二、A级曲面在汽车研发中必须满足造型要求
1、符合造型意图
汽车A级曲面反映的首先是造型设计的意图，再光顺完美的曲面如果偏离了设计意图，也是不合格的。汽车内外表面造型复杂，曲面走势千变万化，极小的偏差就可能引起造型特征与设计意图不符。
在汽车造型过程中，设计师的效果图被转化为CAS模型并经评审通过后，有模型师负责将CAS模型制作成物理模型，经高层评审通过后成为汽车A级曲面设计的基准，或直接把经评审通过的CAS 模型进入A级曲面阶段。A级曲面表达的造型必须符合物理模型或CAS模型，并修正物理模型或CAS模型的缺陷，以最小的偏差制作与造型模型最接近的数字曲面，并保证各种造型特征位置、大小方位合适，且造型特征无遗漏、无多余，特征线趋势正确，不同方向光影符合造型要求走向。
2、边界线光顺
每个部件可见部分的边界也是A级曲面的一部分，如各外板件分界线、玻璃边界、内部开口边界等，这些边界必须光顺美观。
3、协调性光顺性要求
协调性是指相邻部件曲面之间构建时，要求零部件相邻部位边界、特征线、圆角等，尽量做到大小相同、方位一致、过渡光顺，如受结构等限制，无法做到大小相同，也要在视觉上看起来接近，协调一致。
4、接口美观的要求
各部件间的接口是否美观也是A级曲面必须考虑的因素。在此列举两个常见问题，其一是避免外露内部结构问题，它通常是指在车辆正常使用状态，透过汽车内外饰可见曲面，不应看到影响美观的汽车内部结构，如焊点、内部线束、紧固件等。其二是避免外露孔洞过大问题，此问题一般是因结构部件，在结合区域因转折处圆角太大而形成过大孔洞，一般减小圆角大小来改善此问题，若圆角过小工程无法实现，必要情况下可能会改变工艺要求，甚至适当调整造型。endprint
三、A级曲面在汽车研发中必须满足工程要求
汽车A级曲面必须满足工程要求才能实现其功能并实现工业化量产。比如在结构设计方面必须满足公差设定，人机设计等；在加工制造方面必须满足初步冲压分析、注塑分析、虚拟制造、数控加工等；在性能分析方面必须满足空气动力学分析、运动学分析、刚度分析、强度分析、安全性分析等。
在此列举重要的几项：钣金件冲压工艺要求、内外装饰件注塑工艺要求、内外饰件注塑分型线要求、配合件之间的间隙面差要求、内外曲面安全性要求。
1、冲压工艺要求
构建汽车外部钣金件，A级曲面必须满足冲压工艺要求，符合造型要求，曲率梳斑马纹光顺要以冲压可行性为前提。
2、注塑工艺要求
外饰的前后保险杠及格栅，内饰的塑料件等一般为注塑件，构建这些部件要求符合注塑工艺的拔模角度。
3、注塑分型线要求
一般来说，我们对注塑件的分型线要做到比较恰当的隐藏，但有时因结构及工艺需要只能将分型线设置在外部可见部位，这时A级曲面就要设计出既满足工程需要，又美观漂亮的分型线。图2是对外漏分型線的线性设计。
4、间隙面差要求
定义合理的间隙面差及其公差带，是在汽车的前期设计开发阶段必须考虑的装配质量控制措施。间隙面差是制造工艺，装配质量，美学要求的体现，如果精细合理的间隙面差通过优良的装配控制展现出来，产品会给人以较高的品质感。在A面构建中，我们需要遵守间隙面差的定义要求。以下通过一个实例来展示实际中比较特殊又常见的问题。图3是引擎盖和翼子板搭接处，我们在构建曲面时做到了理论数值上的均匀面差1.5mm，可是从视觉效果上来看，面差并不均匀。
我们对面差在其公差范围内进行0.2mm左右的调整，视觉效果却得到改善。
5、安全性要求
汽车内外造型必须符合安全性的法律法规要求。外部突出物要满足行人保护法规要求，内部突出物满足乘员在舱内保护法规要求。对有强制法规要求的地方，圆角在变化均匀光顺的前提下，大小要满足法规要求，另外也要满足加工需求。
四、结论
以上三个方面的要求需综合分析，相互融合。在实际工作中，会根据项目各个时间节点的造型和工程输入情况，来完成A面数据，达到各个时间节点较为满意的状态。我们也常常遇到这些要求相互影响的情况，这就需要用一些巧妙的方法来化解或缓解这些问题，使得各方面达到一个平衡。如果造型和工程问题矛盾较大，A面难以兼顾表达，就要造型和工程协商，两方在对数据尽可能影响较小的范围内做出让步妥协。A级曲面工作繁琐，要反复修改， A面产品工程师需要积累大量造型和工程知识的相关经验，用足够的耐心和探索精神，把产品表达的更完美。
参考文献
[1] 张红民.学位论文.汽车A级曲面质量评价规范研究及其应用.
作者简介
白洁（1983.11--）；性别：女，籍贯：河北省张家口市，学历：本科，毕业于江汉大学；现有职称：助理工程师；研究方向：汽车研发。endprint
