基于点云逆向设计的车用挡泥构件

　　日常整车开发流程里，轮腔周边的防飞溅构件往往容易被初入结构设计的工程师忽略，不少人觉得这就是个挡泥水的塑料片，随便画个曲面固定上就行，真到装车跑可靠性路试的时候才会发现，这个零件的曲面弧度、安装点位、边缘贴合度差一点，要么是雨天行车泥水甩到侧门拉手位置弄脏乘客衣物，要么是高速行驶时构件和风阻形成共振产生低频异响，更有甚者因为和轮拱间隙留得不足，转向打满或者悬架压缩到极限行程时，轮胎直接蹭到构件表面，没跑几百公里就把构件磨穿。这次做的这个挡泥构件，是基于实车扫描得到的点云数据做逆向重构的，最开始拿到扫描的网格文件时，首先要处理的就是原始点云里的噪点——实车扫描的时候难免会把轮拱周边的线束卡扣、底盘防锈涂层的凸起、甚至轮胎花纹的边角数据扫进来，第一步就要把这些不属于构件本身的杂点剔除，保留构件实际的曲面轮廓数据，再基于清理后的网格做曲面拟合，这个过程不能一味追求曲面光顺就把原有安装位的特征磨平，毕竟逆向设计的核心是还原实装状态的匹配度，不是做概念曲面。

　　从实际装车场景来说，这个构件安装在车辆轮腔后侧的下边缘位置，前端要和轮拱内衬的下沿做平滑衔接，不能出现突兀的台阶，不然车轮带起的泥水会顺着台阶的缝隙甩到车身侧围的下裙边，时间长了积存在缝隙里的泥沙会腐蚀裙边的电泳层，提前出现锈蚀问题。构件的整体曲面走向是顺着车轮旋转的切线方向延伸的，下端向后下方有一个自然的倾斜角度，这个角度不是随便定的：角度太陡向下，会直接降低车辆的离去角，过非铺装路面的凸起或者上路肩的时候很容易直接磕到构件下端，轻则把固定卡扣磕断导致构件脱落，重则直接把构件撞碎，飞溅的碎块还可能打到后方行驶的车辆；角度太平向后，挡水的覆盖范围就不够，车轮带起的泥水会越过构件上沿甩到车身上，根本起不到防飞溅的作用。做曲面重构的时候，还要特意在构件靠近轮胎的一侧做几道内凹的导流筋，这些筋条不是为了好看，一方面是能增加构件本身的结构刚度，毕竟车辆高速行驶时轮腔位置的气流扰动很强，纯平的大曲面薄板很容易在气流冲击下产生振颤，加了筋条之后能大幅提升构件的固有频率，避开常用车速下的风激振动频率区间，减少行车异响；另一方面这些筋条能顺着气流方向把车轮带起的气流导到构件外侧，减少轮腔内部的紊流，一定程度上能降低整车的风阻系数。

　　安装边界的处理是这类逆向构件最容易出问题的地方，原始点云里能看到三个固定点位，分别对应轮拱内衬下沿的两个塑料卡扣位，还有车身侧围下裙边的一个螺栓固定位，重构的时候不能只把安装孔的位置画对就行，还要考虑每个安装位的贴合面公差：卡扣位的贴合面要做0.5mm左右的内凹沉台，因为实车上的卡扣本身有密封橡胶垫，沉台能给橡胶垫留出压缩空间，避免安装后构件和内衬之间出现缝隙；螺栓固定位要压装一个金属衬套，不能直接让塑料件和螺栓硬接触，不然日常行车的振动会让螺栓把塑料安装孔磨大，开个几千公里固定点就松旷了。构件的边缘位置要做3mm左右的翻边处理，翻边方向朝向轮腔内侧，一方面是翻边能提升构件边缘的刚度，不会因为长期受泥水冲击出现边缘卷曲的问题，另一方面翻边能挡住从构件和轮拱间隙里渗过来的泥水，不会顺着构件外表面流到车身上留下明显的水痕。另外还要考虑构件和轮胎的运动间隙，要把悬架上跳极限、转向打满的轮胎包络数据导入到装配环境里做间隙检查，保证在所有极限工况下，构件和轮胎之间至少留有15mm的安全间隙，毕竟轮胎在行驶过程中会有离心形变，冬天换防滑链的时候轮胎的有效直径还会进一步增大，间隙留不足很容易出现运动干涉。

　　从材料适配的角度，这个构件的曲面曲率变化是连续的，没有尖锐的直角或者过小的圆角，完全适配注塑成型的工艺要求，壁厚保持均匀的2.5mm，不会出现壁厚差过大导致的注塑缩痕问题，安装位的筋条厚度控制在壁厚的0.6倍，避免注塑的时候筋条背面出现缩印影响外观。很多新手做这类外饰件的时候，容易把曲面做的过于追求艺术感，忽略了实际装车的工况约束，比如把构件做的过于突出车身侧面，看起来有改装的视觉效果，实际上不仅会增加整车宽度，过窄路的时候很容易刮到路边的障碍物，还会因为突出车身过多，在雨天把泥水甩到更宽的范围，影响旁边车道的行人和车辆。逆向设计这类构件的时候，核心不是把点云描成实体就完事，而是要在还原原有装配关系的基础上，理解每个曲面弧度、每个安装点位、每个加强结构的设计意图，知道为什么这里要做斜角、那里要加筋条，这样重构出来的模型才不是一个没有实际工程意义的曲面壳子，而是能直接用于开模、装车、满足实际使用需求的成熟零件。平时做这类底盘周边的外饰件，还要考虑耐候性的适配，虽然结构设计阶段不用直接选材料，但在壁厚和结构设计上要预留材料老化后的性能余量，不能把结构做的太单薄，不然经过两三个冬夏的高低温循环，塑料件变脆之后，稍微受点冲击就会碎裂。另外，构件的下端位置要做一个微小的导流缺口，这个缺口的作用是让积存在构件内侧的泥水能够顺着缺口流到地面，不会长期积存在构件和内衬的夹角位置，减少泥沙积存带来的腐蚀问题。整个建模过程中，所有的曲面都要做曲率连续性检查，不能出现曲面褶皱或者曲率突变的地方，不然不仅注塑的时候会出现应力集中导致零件容易开裂，外观上也会有明显的光影不顺，影响整车的外饰质感。