CN102938009A - 车身主断面参数计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车身主断面参数计算方法及装置，属于汽车生产制造技术领域。其中，该车身主断面参数计算方法包括：提取主断面曲面的特征信息，并根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征；根据所述形心坐标特征建立形心主轴坐标系；计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值。本发明的技术方案能够计算出不同坐标系下的主断面参数。

Description

车身主断面参数计算方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车生产制造技术领域，特别是指一种车身主断面参数计算方法及装置。 

背景技术

车身主断面设计是车身设计的一项重要工作之一。主断面设计，即为对车身影响重大的部位的主断面进行技术方向、配合方式、合理尺寸的研讨并确定，它直接决定了整个车身今后的走向，也是确保最终设计结果正确的第一步。主断面的面积、惯性矩等参数，又是进行车身成本、重量、白车身强度、刚度的分析、优化主断面结构的关键参数。在早期设计阶段，对主断面性能参数进行评估，快速选择合理主断面设计，对于确定性能重要参数具有重要作用。 

目前，车身主断面的设计主要依赖于工程师的设计经验和参考样车数据，评估主断面性能需要利用CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）软件，或者根据理论公式手工计算主断面性能参数，这对主断面设计者来说十分不方便。所以，如果能有一种集成在CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）软件内部的车身主断面性能参数测量工具，这对于提高主断面设计效率，减少后期更改次数，从而缩短设计周期都具有重要意义。 

如前所述，国内汽车行业，对主断面的性能评估的方式有两种：一种是，将主断面CAD数据转化为有限元数据，利用CAE软件进行计算，缺点是转化为有限元数据增加了工作量，并需要CAE分析工程师配合，并且有限元数据与CAD数据往往存在一定差距，影响计算精度；另一种是，根据理论公式计算主断面性能参数，这种方式对主断面设计工程师的理论功底要求较高，即便利用CAD中已有的测量工具可以计算出惯性矩，但是不能一次性计算出其他性能参数，而且当设计更改时，需要重新计算，很容易出错。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车身主断面参数计算方法及装置，能够计算出不同坐标系下的主断面参数。 

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下： 

一方面，提供一种车身主断面参数计算方法，包括： 

提取主断面曲面的特征信息，并根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征； 

根据所述形心坐标特征建立形心主轴坐标系； 

计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值。 

进一步地，上述方案中，所述提取主断面曲面的特征信息之前还包括： 

接收用户输入的主断面曲面。 

进一步地，上述方案中，所述根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征包括： 

根据所述特征信息计算主断面的面积、形心坐标、主惯性轴、主惯性矩、截面系数半径、弹性截面模量和塑性极限弯矩。 

进一步地，上述方案中，所述根据所述形心坐标特征建立形心主轴坐标系包括： 

将所述主断面的形心坐标作为原点建立形心主轴坐标系，将形心主轴坐标系的x方向调整到主断面的第一主惯性轴方向，y方向调整到主断面的第二主惯性轴方向。 

进一步地，上述方案中，所述计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值之后还包括： 

接收用户输入的工作坐标系； 

提取所述工作坐标系的特征，所述工作坐标系的特征包括坐标原点和坐标轴方向； 

根据所述工作坐标系的特征和所述形心主轴坐标系下的主断面参数值计算并存储所述工作坐标系下的主断面参数值。 

本发明实施例还提供了一种车身主断面参数计算装置，包括： 

计算模块，用于提取主断面曲面的特征信息，并根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征； 

创建模块，用于根据所述形心坐标特征建立形心主轴坐标系； 

所述计算模块还用于计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值。 

进一步地，上述方案中，所述装置还包括： 

界面模块，用于接收用户输入的主断面曲面。 

进一步地，上述方案中，所述计算模块具体用于根据所述特征信息计算主断面的面积、形心坐标、主惯性轴、主惯性矩、截面系数半径、弹性截面模量和塑性极限弯矩。 

进一步地，上述方案中，所述创建模块具体用于将所述主断面的形心坐标作为原点建立形心主轴坐标系，将形心主轴坐标系的x方向调整到主断面的第一主惯性轴方向，y方向调整到主断面的第二主惯性轴方向。 

进一步地，上述方案中，所述界面模块还用于接收用户输入的工作坐标系； 

所述计算模块还用于提取所述工作坐标系的特征，所述工作坐标系的特征包括坐标原点和坐标轴方向，根据所述工作坐标系的特征和所述形心主轴坐标系下的主断面参数值计算并存储所述工作坐标系下的主断面参数值。 

本发明的实施例具有以下有益效果： 

上述方案中，提取主断面曲面的特征信息，并根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征，根据形心坐标特征建立形心主轴坐标系，计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值。本发明的技术方案能够根据实际设计需要，计算不同坐标系下的主断面参数。 

附图说明

图1为本发明实施例的车身主断面参数计算装置的结构示意图； 

图2为本发明实施例的车身主断面参数计算装置的使用示意图； 

图3为本发明实施例的车身主断面参数计算方法的流程示意图。 

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。 

本发明的实施例提供一种车身主断面参数计算方法及装置，能够计算出不同坐标系下的主断面参数。 

本发明实施例的车身主断面参数计算方法，包括： 

提取主断面曲面的特征信息，并根据特征信息计算主断面的形心坐标特征； 

根据形心坐标特征建立形心主轴坐标系； 

计算并存储在形心主轴坐标系下的主断面参数值。 

进一步地，上述方案中，提取主断面曲面的特征信息之前还包括： 

接收用户输入的主断面曲面。 

进一步地，上述方案中，根据特征信息计算主断面的形心坐标特征包括： 

根据所述特征信息计算主断面的面积、形心坐标、主惯性轴、主惯性矩、截面系数半径、弹性截面模量和塑性极限弯矩，其中，所述主惯性轴包括第一主惯性轴和第二主惯性轴。 

进一步地，上述方案中，根据形心坐标特征建立形心主轴坐标系包括： 

将主断面的形心坐标作为原点建立形心主轴坐标系，将形心主轴坐标系的x方向调整到主断面的第一主惯性轴方向，y方向调整到主断面的第二主惯性轴方向。 

进一步地，上述方案中，计算并存储在形心主轴坐标系下的主断面参数值之后还包括： 

接收用户输入的工作坐标系； 

提取工作坐标系的特征，工作坐标系的特征包括坐标原点和坐标轴方向； 

根据工作坐标系的特征和形心主轴坐标系下的主断面参数值计算并存储工作坐标系下的主断面参数值。 

本发明实施例还提供了一种车身主断面参数计算装置，包括： 

计算模块，用于提取主断面曲面的特征信息，并根据特征信息计算主断面的形心坐标特征； 

创建模块，用于根据形心坐标特征建立形心主轴坐标系； 

计算模块还用于计算并存储在形心主轴坐标系下的主断面参数值。 

进一步地，上述方案中，装置还包括： 

界面模块，用于接收用户输入的主断面曲面。 

进一步地，上述方案中，计算模块具体用于根据所述特征信息计算主断面的面积、形心坐标、主惯性轴、主惯性矩、截面系数半径、弹性截面模量和塑性极限弯矩，所述主惯性轴包括第一主惯性轴和第二主惯性轴。 

进一步地，上述方案中，创建模块具体用于将主断面的形心坐标作为原点建立形心主轴坐标系，将形心主轴坐标系的x方向调整到主断面的第一主惯性轴方向，y方向调整到主断面的第二主惯性轴方向。 

进一步地，上述方案中，界面模块还用于接收用户输入的工作坐标系； 

计算模块还用于提取工作坐标系的特征，工作坐标系的特征包括坐标原点和坐标轴方向，根据工作坐标系的特征和形心主轴坐标系下的主断面参数值计算并存储工作坐标系下的主断面参数值。 

下面结合附图以及具体的实施例对本发明的车身主断面参数计算方法及装置进行详细介绍： 

本发明的车身主断面参数计算装置基于CATIA/CAA和Microsoft visualstudio 2005软件平台开发，采用COM组件接口技术，实现用户界面响应与主断面参数算法的连接。根据主断面参数计算公式和坐标轴信息，设计并实现了关键参数计算和坐标变化算法。该装置具备以下几个特点：（1）嵌入到CATIA车身设计主要模块中，包括零部件设计，装配和创成式曲面设计；（2）参数计算装置，能够适应不同主断面位置，不同转轴的选择；（3）通过曲面选择和坐标系的选择便能够计算出工程师所需的全部参数。 

如图1所示，该装置划分为三个模块来实现其功能，分别为界面模块，创建模块和计算模块。 

其中，界面模块用于实现用户界面交互功能的实现。在CATIA/CAA内部， 通过Add-in的方式来创建工具条，通过Dialog来实现用户界面，再通过设计Command来实现响应。界面模块可以设置有主断面参数测量界面、主断面拾取显示区、坐标系特征显示区、主断面示意图、主断面参数显示区、CATIA软件窗口、主断面拾取工具条、主断面参数计算工具条、check按钮、PrincipalAxis Radio按钮、Calculate按钮、Selected Working Axis按钮、Close按钮、主断面拾取方式选择按钮、主断面列表显示按钮、主断面列表、CATIA坐标系特征和主断面曲面特征。用户可以通过check按钮选择坐标轴，通过Calculate按钮进行主断面参数计算。CATIA/CAA用户界面交互响应关键的执行代码示例如下： 

本代码声明了不同代理（Agent）来实现用户界面的相应功能，通过CATDialogAgent代理来获取界面控件响应，通过CATFeatureImportAgent来获取主断面特征和坐标系特征。 

创建模块主要用来处理在CATIA内部一些基本操作，比如创建一个几何图形集Geometry Set，或创建零件Part。 

计算模块用来实现主断面参数的关键算法，包括面积、惯性矩、坐标变化等算法，是实现参数计算功能的关键模块。 

计算模块包括以下几个设计函数： 

1、CreateGeometrySet在指定结构树位置上建立几何图形集，主要执行代码示例如下： 

2、MasterSectionSelection选择或取消主断面，更新多选主断面集合，部分执行代码示例如下： 

3、AxisSystemSelection选择或取消坐标系，执行代码示例如下： 

4、MasterSectionParaCalculation计算主断面关键参数，其中设计了主断面面积、惯性矩、断面系数等参数计算函数调用和执行过程；此算法中求解惯 性矩的核心算法调用了CAA关键接口CATIInertia中的GetInertia方法，执行代码示例如下： 

其中，主断面性能参数及公式如下所示： 

5、InertiaTransfer对不同参考轴系下，主断面惯性矩进行转化计算，实现了惯性矩的平行轴定理和绕某点坐标轴旋转后惯性矩转化计算，执行代码示例如下： 

在上述执行代码中，根据如下公式实现惯性矩平行轴定理： 

$I^{\′}=I+A\left[\begin{array}{ccc}{V}_y^2+V_z^2& -V_x{V}_y& -V_x{V}_z\\ -V_x{V}_y& V_x^2+V_z^2& -V_y{V}_z\\ -V_x{V}_z& -V_y{V}_z& V_x^2+V_y^2\end{array}\right]$

其中，I为正交坐标系Oxyz下的惯性矩；A为面积；I’为正交坐标系Pxyz下的惯性矩；

绕某点旋转坐标系后，惯性矩的转化公式如下： 

J＝M^TI'M 

其中I’为正交坐标系Pxyz下的惯性矩；J为正交坐标系Puvw下的惯性矩；M为从Pxyz到Puvw的坐标变换矩阵。 

图2表达了如何使用该装置进行主断面参数计算的过程。第一步，选择主断面曲面。主断面可以为CATIA任何的曲面特征，也可以通过配置拾取特征， 结合企业主断面建模规范，指定为某几种曲面特征。第二步，选择坐标轴，通过选择check按钮，来激活坐标轴选择功能。工程师可以根据汽车主断面截取位置，选择适合的坐标系特征，如果不选择check按钮，可以直接进入下一步。第三步，计算主断面参数，通过点击Calculate按钮进行计算，点击按钮后，根据前两步的数据，可以在界面中显示计算结果。 

图3表达了计算模块进行主断面参数计算的具体流程，包括以下步骤： 

第1步，根据用户输入的主断面曲面，提取其特征信息； 

第2步，计算主断面的面积、形心坐标、主惯矩和主惯性轴； 

第3步，在形心处建立形心主轴坐标系，即将整体坐标系平移到形心处，然后将x方向调整到主断面第一主惯性轴方向，y方向调整到主断面第二主惯性轴方向； 

第4步，计算在形心主轴坐标系（第2步中创建的坐标系）下的主断面参数值； 

第5步，判断用户是否选择了其他坐标系（以下称为工作坐标系），如果选择了进行第6步，如果未选择直接调到第8步； 

第6步，提取工作坐标系特征，包括坐标原点，坐标轴方向； 

第7步，根据工作坐标系特征和第4步的主断面参数值，计算工作坐标系下的主断面参数值； 

第8步，存储计算得到的主断面参数值。 

下面结合一具体实施例介绍本发明的车身主断面参数计算装置的工作流程，在用户需要计算某轿车A柱主断面的参数值时，首先通过界面模块显示的界面选择该A柱主断面曲面的曲面特征后，当选择曲面特征后，点击主断面列表显示按钮，可以得到一列表，列表中显示的是主断面的CATIA结构树上曲面特征所在位置。之后点击check按钮，激活坐标轴特征选择功能，选择坐标轴特征，之后点击calculate按钮计算，最后在结果显示区内可以看到显示的主断面参数值。通过本发明的车身主断面参数计算装置能够计算出不同坐标系下的主断面参数。 

此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其 实现方式的独立性。 

本发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。 

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。 

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种车身主断面参数计算方法，其特征在于，包括：

提取主断面曲面的特征信息，并根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征；

根据所述形心坐标特征建立形心主轴坐标系；

计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值。

2.根据权利要求1所述的车身主断面参数计算方法，其特征在于，所述提取主断面曲面的特征信息之前还包括：

接收用户输入的主断面曲面。

3.根据权利要求1所述的车身主断面参数计算方法，其特征在于，所述根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征包括：

根据所述特征信息计算主断面的面积、形心坐标、主惯性轴、主惯性矩、截面系数半径、弹性截面模量和塑性极限弯矩。

4.根据权利要求3所述的车身主断面参数计算方法，其特征在于，所述根据所述形心坐标特征建立形心主轴坐标系包括：

将所述主断面的形心坐标作为原点建立形心主轴坐标系，将形心主轴坐标系的x方向调整到主断面的第一主惯性轴方向，y方向调整到主断面的第二主惯性轴方向。

5.根据权利要求2所述的车身主断面参数计算方法，其特征在于，所述计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值之后还包括：

接收用户输入的工作坐标系；

提取所述工作坐标系的特征，所述工作坐标系的特征包括坐标原点和坐标轴方向；

根据所述工作坐标系的特征和所述形心主轴坐标系下的主断面参数值计算并存储所述工作坐标系下的主断面参数值。

6.一种车身主断面参数计算装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于提取主断面曲面的特征信息，并根据所述特征信息计算主断面的形心坐标特征；

创建模块，用于根据所述形心坐标特征建立形心主轴坐标系；

所述计算模块还用于计算并存储在所述形心主轴坐标系下的主断面参数值。

7.根据权利要求6所述的车身主断面参数计算装置，其特征在于，所述装置还包括：

界面模块，用于接收用户输入的主断面曲面。

8.根据权利要求6所述的车身主断面参数计算装置，其特征在于，

所述计算模块具体用于根据所述特征信息计算主断面的面积、形心坐标、主惯性轴、主惯性矩、截面系数半径、弹性截面模量和塑性极限弯矩。

9.根据权利要求8所述的车身主断面参数计算装置，其特征在于，

所述创建模块具体用于将所述主断面的形心坐标作为原点建立形心主轴坐标系，将形心主轴坐标系的x方向调整到主断面的第一主惯性轴方向，y方向调整到主断面的第二主惯性轴方向。

10.根据权利要求7所述的车身主断面参数计算装置，其特征在于，

所述界面模块还用于接收用户输入的工作坐标系；

所述计算模块还用于提取所述工作坐标系的特征，所述工作坐标系的特征包括坐标原点和坐标轴方向，根据所述工作坐标系的特征和所述形心主轴坐标系下的主断面参数值计算并存储所述工作坐标系下的主断面参数值。

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