摩托车车身反求设计技术的研究及应用

摩托车车身反求设计技术的研究及应用

刘克斌

422431196911145432宗申·比亚乔佛山摩托车企业有限公司广东省佛山市              528000

摘要：在我国已经成为摩托车生产制造大国的前提下，国内的摩托车产品已经在全球范围内广泛销售，拥有较为广阔的市场发展空间。但实际上，目前社会公众对于摩托车的需求并非单纯集中在交通出行方面，更加包含了个人的理念和追求，意味着摩托车产品在发展过程中面临着全新的机遇以及挑战，考虑到摩托车产品自由曲面较为复杂，传统的正向设计方法无法达成曲面造型设计的要求。基于此，针对摩托车车身反求设计技术的应用简单进行分析，在探讨摩托车车身设计开发基本特征的前提下，分析了反求设计的基本理念以及摩托车车身反求开发设计的基本工作流程。随后，从基于车型装配的数据负荷测量以及面向整车装配的曲面造型两个方面分析了车身反求设计技术的基本应用要点。

关键词：摩托车；车身反求设计；应用

摩托车作为我国居民出行的重要工具，在人们生活质量不断提高的背景下，社会公众对摩托车自身的质量、美观性等方面的要求也在不断提高，并且出现了明显的多元化发展需要。如此一来，车身的正向设计方法无法达成曲面造型设计的具体要求。在这种情况下，反求设计技术作为一种基于原型和实物的设计方法，使得摩托车产品设计的精度和创新性能够全面提高，设计人员在车身开发设计的过程中所投入的时间成本明显压缩，展现出在摩托车车身设计过程中的巨大应用空间。故此，本文就摩托车车身开发设计过程中反求设计技术的应用进行分析，为该项技术的持续推广提供参考。

1、摩托车车身开发设计特点分析

与其他产品相比，摩托车产品在开发过程中通常可以分为正向设计产品、逆向设计产品和较少开发产品等多种形式。摩托车的组成部分以行走系统、车架系统、制动系统、悬挂系统等为主，摩托车在开发设计过程中，车架和发动机需要投入较多的研发时间以及精力[1]。也正因如此，企业会在使用发展成熟的摩托车产品的前提下，尽量避免对于车架和发动机部分进行改动。但实际上，目前人们对于摩托车的追求不仅展现在动力要求方面，而且也需要符合不同人群的审美观点，如此一来，车身设计开发成为目前产品开发过程中的热点内容。

在我国摩托车行业持续发展的过程中，对于车身进行设计有着十分重要的作用。总体看来，摩托车车身的设计需要满足如下两个方面的特性要求：一是需要针对摩托车车身运行过程中的整体空气阻力进行分析，一个高质量的摩托车车身可以在保持较高行驶速度时，全面降低空气阻力并控制驾驶人员受到的气流压力，进一步提高驾驶的舒适性[2]。二是立足于人们的审美观念，为人们带来良好的视觉享受，以此激活人们的购买欲望和行为。

在这种要求下，反求设计在摩托车车身设计中的应用，对于摩托车企业而言有着重要的作用，不仅产品的设计开发效率能够明显提高，并且企业的设计创新能够得到相应的基础条件。现如今，我国境内的摩托车企业都是以传统的产品设计制造方法为主，人工方式是产品设计开发以及经营管理的主要方式，存在着明显的发展滞后的现象，从而带来新产品开发及其信息化发展水平较低的问题，对于今后的产品创新和市场效益提升都会产生一定的影响。

2、摩托车车身反求设计的流程分析

实际上，这种反求设计方法也被人们称为逆向设计，要求设计人员在完成产品实物样品表面数字化处理的基础上，利用相关软件对摩托车实物构建相应的CAD模型，并且这种软件带有明显的逆向三维造型设计的功能。同时，设计人员也可以利用相关系统实现分析、再设计、数控编程等多个过程。如此一来，在反求设计过程中，要求相关人员优先完成市场调研工作，并确定相应的开发平台，随后完成概念设计、原创外观平面效果图设计以及造型制作三维坐标测量点云数据采集等多个工作环节。在此之后，设计人员需要开展三维造型以及产品结构设计工作，随后便可以进行模拟装配，针对设计方案的内容不断进行调整和优化，以此为基础形成对应的车身模型，最终得到完整的摩托车车身产品。

实际上，在摩托车身反求设计开发的过程中，有关车身覆盖件的反求开发需要以我国现行法律法规、行业设计标准为基础，针对概念设计阶段产生的测试效果图可行与否全方位进行评价，以此为基础进行造型处理[3]。同时，在模型造型的过程中，设计人员需要合理地评估造型分块是否合理以及材料选择和工艺成型性等多个方面的合理性，同时要针对不同覆盖件之间的装配顺序和装配方法进行调整。在摩托车车身反求设计的过程中，车身覆盖件在装配车型之后，必须要全方位展现已有的设计风格，并且要尽可能地保障外表自由曲面的光滑、平顺，内部的各种安装孔位需要符合设计方案的要求。

3、以车身装配为基础的数据负荷测量

3.1摩托车车身覆盖件的具体组成分析

摩托车车身作为整个产品的重要组成部分，其内部组成较为复杂，在进行反求设计开发前，设计人员必须要形成较为明确的开发设计方案，基于摩托车车身装配开展整体测量工作之后，形成面向装配的模型重构，以此针对不同零部件之间的功能以及装配关系全方位进行分析，从而对整车的设计风格全方位进行调整。

比如某一125骑士款摩托车的外观覆盖件包括了头部组合、油箱组合、左右侧盖组合、左右后尾盖组合、座垫组合等多个组成部分。外观覆盖件和其他的零部件都会在车架上固定，在风格和外形覆盖件方面的差异，意味着车架也存在着明显的不同，正因如此在摩托车车身反求设计开发过程中，车架设计也是其中的重要内容。

3.2以车身装配为基础的数据负荷测量环节

在摩托车车身的反求设计工作过程中，需要设计人员以零件实际测量造型反求技术为主。但实际上，摩托车整车车身包括了多个自由曲面较为复杂的覆盖件，并且不同的覆盖件对于轮廓的贴合和共线方面也提出了较高的要求。如果在反求设计开发的过程中，设计人员只是针对单体的覆盖件完成数据测量工作，即便在完成反求造型设计工作之后，有关车身虚拟装配工作结果也会出现一定的问题。如此一来，在设计人员进行车身覆盖件数字化表面测量工作时，需要基于车身的整体装配形成相应的测量方案[4]。

这种测量方法需要保障全部的摩托车车覆盖件在完成装配的情况下进行整体测量，这种方法能够有效解决车辆在整体装配过程中很有可能会出现的问题，但在测量过程中，因为不同的覆盖件翻边配合处会存在相互遮挡的现象，意味着测量结果的精准性也会受到影响，并且不同覆盖件内部的安装孔位也无法对其数据全方位进行测量，如此一来，设计人员得到的覆盖件数据缺乏完整性。在这种情况下，可以选择使用光学扫描仪对其中的车身自由曲面进行整体扫描，并对覆盖件进行逐一拆卸，随后针对不同覆盖件之间相互遮挡的部分进行扫描，并将其全部拆卸为单个组成零件。在此之后，设计人员可以利用手动三坐标测量机，针对车架和单体覆盖件的内部安装孔位这类特性数据全方位进行测量，此后便可以将获得的相关测量数据进行数据对齐，最终得到的测试覆盖件点云数据十分完整。在车身测量装配过程中，数据的对齐精度将会对后续的摩托车车身建模以及虚拟装配的环节产生最为直接的影响。

在反求设计过程中，设计人员选择使用的光学扫描仪属于典型的非接触测量设备，要求设计人员将显影剂在被测量表面进行喷涂，随后在工件表面贴上对应的参考点。为了进一步对齐数据，设计人员需要将测量定位所用的基准钢球在摩托车车身的油箱顶部、后扶手以及左右侧盖上分别安装。在经过光学扫描仪扫描之后，能够在对应的软件中形成完整的车身整体点云，并且其中包括的黑色方块就是在车身表面附着的参考点，因其不发光才会形成对应的孔洞[5]。

在摩托车产品中，车架作为其中的重要组成部分，发挥着基础支撑作用，与摩托车相关的发动机和覆盖件都会在车架上安装。正因如此，在开发设计过程中，设计人员必须保证不同零部件始终保持稳定，而这与车架上不同安装孔位的相互位置关系有着密切的联系，设计人员通常都会使用接触式测量方法获取数据。比如，125摩托车的车架属于典型的管式菱形车架，其具体的组成部分包括了前斜方管、立管、左右上管和后下管等，其中冲压件的数量相对较少。因为该车架的尺寸数值相对较大，在完成一次装夹工作之后无法达成全部测量需求的要求。正因如此，需求设计人员在车架上设置数量较多的基准点，并且将最终测量所得到的相关数据进行合并。同时，这些数据也可以在部件对齐的过程中发挥相应的作用。设计人员在基准点布置过程中，需要保障彼此之间的间隔较远，以此降低数据对齐过程中产生的具体误差。

4、面向整车装配的曲面造型设计

4.1设计工作原则

在摩托车车身的反求设计过程中，车身会彰显整个车体的设计风格，从某种程度上看，相较于单个覆盖件的尺寸精度，摩托车车身整体是否光滑、平顺显得更加重要。如此一来，在车身反求设计过程中，设计人员需要以满足车身装配总体要求作为前提条件，全面提高侧面的光滑平顺性，意味着在整个车身反求设计的过程中，设计人员需要贯穿使用基于整车装配的曲面造型理念。

设计人员在针对摩托车车身三维模型进行操控的过程中，是否能够准确地掌握平面效果图以及养车的设计理念也是其中的关键所在，直接会影响到设计人员对不同覆盖件曲面的划分理解是否正确。设计人员可以在全方位掌握平面效果图和养车设计理念的前提下，将模型中的这个线、沟、槽以及不同的圆角、凸台精确建立。考虑到在模型设置过程中，车身造型可能会存在一定的偏差，其中的曲面和测量点的误差要始终小于0.5mm[6]。同时，设计人员需要保证外部覆盖件的曲面达到既定的要求，以此展现摩托车车身整体统一协调的风格。

4.2曲面的分割规划设计

设计人员在针对整车测试进行三维模型重构操作前，必须要合理分割通过测量收集的车身曲面点云数据。在具体分割的过程中，设计人员可以从整车的装配关系出发，将整个车身点云划分为不同覆盖件的点云。考虑到车身的单个覆盖件也包括了多个自由曲面，设计人员也需要按照不同特征科学的进行分配。从摩托车车身整体的设计风格看来，因为不同覆盖件之间的曲面很有可能是来自同一个较大的曲面，要求设计人员对曲面正确分割与否精准的进行分析。

在摩托车车身曲面分割规划时，要求设计人员针对产品曲面之间的拓扑关系准确地进行分析，具体包括了曲面的组成数量以及面与面之间交线的构造方法，同时要思考不同的曲面需要选择使用的创建方法以及面与面之间的拼接方法。摩托车车身的不同配合覆盖件的表面是一个较大的曲面经过剪切形成的，在模型重构过程中，一般都会选择使用装配建模的方法。设计人员会将配合表面形成一个完整的平面，并沿配合边界进行分割，随后完成分割曲面的重构，能够维护装配面的整体一致性。比如，设计人员为了保障在油箱和坐垫的结合部位始终保持光滑性，需要将结合部位的点云进行拟合处理，在形成一个完整的过渡曲面时，使用配合边界将其分成两个部件的对应部分。

4.3曲面的重构

以摩托车整车车身设计扫描形成的点云数据集开来，其中包括了利用光学扫描仪得到的点云数据，同时也包括了利用接触式测量方法得到的数据，要求设计人员在反求设计过程中结合反求曲面的具体走势选择相应的曲面重构方法。光学扫描仪形成的点云数据或者是部分较大、走势较为平缓的自由曲面，可以在对应的软件中进行拟合处理。设计人员也需要选择使用手动三坐标测量机对点数据进行测量，并将其导入到相关的软件中进行处理。总体看来，车身的覆盖件逆向建模过程通常都会在两个软件中进行交互处理。但必须要注意的是，用于曲面创建的曲线需要尽可能维持简洁，以一次和二次曲线为主。如果设计人员选择使用样条曲线进行曲面创建工作，则其阶次要控制在三次以内。如果设计人员选择以点连线的方法，需要根据产品曲面的发展趋势，针对曲线的发展趋势进行分析，避出现线和产品曲面的发展趋势不一致的现象。设计人员在利用曲线建立曲面的过程中，不仅需要保障整体表面的光滑连续性，同时也不得出现交叉和重叠现象。在进行自由曲面的重构时，设计人员需要保障阶次控制在三次以内，主要是因为高阶次曲面不仅光滑性不足，而且也无法满足相关标准的要求，同时在数据转化方面也存在明显的问题。

在摩托车身反求设计过程中，有关车身外覆盖件中的油箱组合、左右侧盖组合、左右后尾盖组合等部件中的主要面片需要在相关软件中进行光顺以及拟合处理，由设计人员在转换对应数据的前提下，利用相关软件进行安装孔位方面的实体结构设计。设计人员使用手动三坐标测量机得到的车架点云数据可以在对应的软件中直接进行使用，将最终的结果用于实体结构设计中。

4.4曲面的过渡与光顺处理

因为目前摩托车车身的覆盖件形状整体组成较为复杂，通常包括了多个曲面片，并且设计人员需要在规定的约束条件下进行连接，从某种程度上看，相较于整车的生产精度，外表的光滑平顺性显得更加重要。

设计人员在开展车身的反求设计工作时，曲面片直接通常都是以曲面过渡作为主要的连接方法，具体的过渡类型可以分为定半径、变半径和多边共顶点三种形式。在设计人员构建车身曲面模型的过程中，其中的多边共顶点曲面过渡也是难点所在，正是因为其中包括了多个曲面，使得整体几何图谱关系十分复杂，要求设计人员不断进行修正。在倒圆角的设计中，设计人员需要始终遵循先大后小的基本原则要求，曲面之间分布的角线需要始终保持顺畅光滑，这主要是因为曲面之间交线的趋势对于后续曲面之间倒圆角趋势将会产生最为直接的影响。一般而言，设计人员都会使用多边固定点曲面过渡的方法完成车身侧盖消失面的设计工作，而有关油箱上方覆盖件的圆角过渡则是以变半径曲面过渡作为主要设计方法。

总结

现如今，摩托车已经成为我国居民出行的主要交通工具，但人民群众对其需求并非单纯集中在交通出行方面，对其质量和美观性的要求也在不断提高。如此一来，传统的正向设计方法无法满足摩托车在外观造型方面的设计要求，反求设计作为一种综合使用数字化技术所形成的全新设计方法，能够全面提高外观造型设计的效率和质量。同时，这种设计方法也能够满足社会公众在整车造型美观性方面提出的具体需求。设计人员在开展摩托车车身反求设计工作时，需要客观分析整体的装配流程，并以车身的装配为基础进行数据负荷测量，在得到相应的数据之后，便可以开展面向整车装配的曲面造型工作，根据不同的数据在合理分割曲面的前提下进行重构及光顺处理，保障车身覆盖件的组成变得更加合理，彼此之间的连接变得更加顺滑，全面提高车身设计的效率和质量。

参考文献

[1]李喜全,孙于胤,周玉军.正三轮摩托车车架强度有限元分析[J].装备制造技术,2017,(12):90-92.

[2]李森,任洁.摩托车车身结构综合评价[J].摩托车技术,2017,(09):33-38.

[3]谢显飞.摩托车车身反求设计技术的研究及应用[D].广东工业大学,2015.

[4]刘锋.基于NX的摩托车车身曲面逆向设计[J].浙江水利水电学院学报,2014,26(01):74-78.

[5]谭伟.面向装配复合测量的摩托车车身逆向开发[J].现代制造工程,2009,(06):54-56+73.

[6]胡磊.电动摩托车车身造型设计与有限元分析[D].西北农林科技大学,2009.