CN105787215B - 基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃的设计方法，其步骤为：（1）根据双曲率玻璃和造型A面的特征，确定几何输入模型；（2）根据几何输入模型确定参数化的鼓轴位置；（3）根据鼓形线特征确定玻璃面前后边界的轮廓线；（4）根据参数化的腰线和轮廓线扫略生成双曲率玻璃面。本发明可以提高双曲率玻璃面与造型A面的契合度，能减少双曲率玻璃升降过程中与车门附件的干涉，提高运动的稳定性和可靠性。本发明改进了传统环面设计模型，对鼓轴位置的优化以及鼓形双曲率玻璃的设计具有规范指导作用，同时也有利于提高双曲率玻璃的拟合精度和运动质量，减少故障率的发生，具有很高的工程实际价值，同时也是提高汽车行业车身开发能力的一大要求。

Description

基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃设计方法
技术领域
本发明涉及一种双曲率车门玻璃，特别是涉及一种鼓形车门玻璃的设计方法。
技术背景
在汽车工业迅猛发展的今天，车身的流线型和空气动力学要求越来越高，越来越多的轿车采用了双曲率侧窗，而鼓形双曲率侧窗也已经成为车门玻璃的主要发展方向。在传统的设计流程中，车门玻璃及其引导系统的设计是一个对工程师个人经验依赖性很强的工作，在激烈的市场竞争中已经不再适应现代化生产的节奏。而鼓形双曲率侧窗的设计规范已经成为车门结构设计中的难点。
双曲率玻璃横向和纵向的曲率均大于零，因此称为双曲率玻璃，其升降运动形式在立体几何的分解下可以看成转动和滑移的合成运动，这种更复杂的运动形式给双曲面玻璃的设计带来了更多的挑战。常见的有圆环面和鼓形面模型。双曲面玻璃可以看成这两个模型的截取的一段曲面，其具体的位置和大小由模型的半径轴距等参数决定。
侧窗双曲率玻璃的拟合设计多采用圆环面拟合。但这种方法主要存在两个问题：拟合出的圆环面与实际玻璃的造型面偏差过大，达不到工程设计精度要求；玻璃运动不稳定，很难满足空气动力学要求。采用鼓形线理论能很好的避免这些问题，使双曲率玻璃的设计符合行业标准。
发明内容
本发明的目的是提供一套基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃的设计方法，从而提高设计效率以及双曲率玻璃的稳定性和可靠性，减少双曲率玻璃的故障率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃的设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)根据双曲率玻璃和造型A面的特征，确定几何输入模型；
(2)根据几何输入模型确定参数化的鼓轴位置；
(3)根据鼓形线特征确定玻璃面前后边界的轮廓线；
(4)根据参数化的腰线和轮廓线扫略生成双曲率玻璃面。
所述步骤1中，几何输入模型包括双曲率玻璃的边界点，前后边界线，上边界线以及腰线。
所述步骤2中，参数化的鼓轴位置可由鼓轴旋转的角度以及中点所在位置驱动。
所述步骤3中，双曲率玻璃上面每个点的旋转与平移存在鼓形线的比例函数关系。
所述步骤4中，以腰线为轮廓线，两条轮廓鼓形线为引导曲线，生成参数化的鼓形面。
本发明的有益效果是：
本发明设计出与车身造型A面误差最小的鼓形双曲率玻璃面，提高了工程设计精度，更好地满足车身外形和空气动力学的要求。基于知识工程技术，采用行业设计标准，参考专家设计经验，制定出一套鼓形双曲率侧窗的设计规范，缩短了设计周期并提高了设计精度。基于CATIA软件平台，采用鼓形双曲率玻璃理论，提出建立双曲率玻璃参数化模型的设计规范。本发明可以提高双曲率玻璃面与造型A面的契合度，能减少双曲率玻璃升降过程中与车门附件的干涉，提高运动的稳定性和可靠性。
本发明改进了传统环面设计模型，对鼓轴位置的优化以及鼓形双曲率玻璃的设计具有规范指导作用，同时也有利于提高双曲率玻璃的拟合精度和运动质量，减少故障率的发生，具有很高的工程实际价值，同时也是提高汽车行业车身开发能力的一大要求。
附图说明
图1是本发明的输入模型图；
图2是本发明中鼓轴设计初始位置图；
图3是本发明中设计的参数化鼓轴位置图；
图4是本发明中参数化的鼓轴初始位置图；
图5是本发明中设计的鼓形线示意图；
图6是本发明中参数化的鼓形面示意图。
具体实施方式
下面根据附图具体说明本发明的具体实施方式。下图描述的步骤是示例性的，目的在于解释本发明，而不能限制本发明的理解。
本发明的基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃的设计方法，其步骤是：
1.通过对双曲率玻璃升降系统工程的分析，根据前车门玻璃的造型A面，确立了如图1所示的几何输入：A点为腰线与前边界的交点，B点为腰线与后边界的交点，C、D两点分别为前后边界线与上边界的交点，E点在上边界的曲线上，且位于C、D两点竖直方向的中间位置，Q点在腰线上，且位于A、B两点竖直方向的中间位置，F、G分别为前后边界线的中点，再取玻璃面上的R、S、T三点，使其位于F、G竖直方向的四等分点处。
2.建立参数化模型过B、G、D三点生成圆弧1，作出圆心O1，通过A、F、C三点生成圆弧2，并作出圆心O2，连接O1、O2，如图2。
3.在线段O1、O2上取点O，比率参数为0.5，此时即为O1、O2的中点。以O点为坐标原点，O1O2方向为X轴方向，垂直于玻璃形面方向为Y轴方向建立一个局部坐标系CSYS1，如图3。
4.在CSYS1中，把局部坐标系的X轴在XOY平面中绕Z轴旋转A1角度，在生成的新的XOZ平面中将X轴绕Y轴旋转A2角度(A1、A2的初始值均设为1°)。经过O点在新的X轴方向生成直线L，由鼓形面模型理论可知，L即为参数化的鼓轴线，如图4。
5.为了拟合出鼓形截面线，分别过点A、B作垂直于直线L的基准平面1和基准平面2，将点C向平面1投影生成点C’，将点D向平面2投影生成点D’，将点A和点B向直线L投影得O2’和O1’，连接A、O2’，C’、O2’，B、O1’，D’、O1’。
测量出角AO2’C’的度数a1,角BO1’D’的度数a2，以及C C’、D D’的距离L1和L2。由鼓形线原理可知，双曲率玻璃上面每个点的旋转与平移存在比例函数关系：a/△a＝L/△L。因此可根据鼓形线的特性拟合两条轮廓线，分别算出两边的鼓距，如图5。
6.已知起点A、B，鼓距pitch1、pitch2以及旋转轴L可生成鼓形线1跟鼓形线2(鼓形面的横截面边缘线)，过点A、Q、B生成圆弧3。以圆弧3为轮廓线，两条鼓形线为引导曲线，便可生成完全参数化的鼓形面4，该鼓形面4与造型A面的误差以及鼓轴位置都由角度A1、A2和O点的比率参数α(O点在O1、O2之间的位置)驱动。图6中的鼓形线、圆弧与车身玻璃云点数据模型相重合。
在本发明的描述中，需要理解的是，“取点”“投影”“平移”“旋转”等术语是基于附图的方位或位置关系，目的在于简化描述本发明的设计规范，而不能理解为特定的位置和步骤。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管上面已经给出本发明的具体实施步骤，可以理解的是，上述实施例是带有示范性质的，不能限制对本发明的理解，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行替换、变化和修改。

Claims (3)

1.一种基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃的设计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
（1）根据双曲率玻璃和造型A面的边界特征，确定几何输入模型；
（2）根据鼓轴旋转角度和中点位置确定参数化的鼓轴位置；
（3）根据腰线基准面投影法和鼓形线比例函数法确定边界轮廓线：首先根据腰线和前后边界的交点，做垂直于鼓轴的基准平面，将前后边界线与上边界的交点进行投影；根据双曲率玻璃上面每个点的旋转与平移存在鼓形线的比例函数关系，算出两边的鼓距；再由腰线和前后边界的交点、鼓距和鼓轴，生成前后边界的轮廓线；
（4）根据参数化的腰线和轮廓线扫略生成双曲率玻璃面。
2.根据权利要求1所述的基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃的设计方法，其特征在于：所述步骤（1）中，几何输入模型包括双曲率玻璃的边界点，前后边界线，上边界线以及腰线。
3.根据权利要求1所述的基于鼓形线理论的双曲率车门玻璃的设计方法，其特征在于：所述步骤（4）中，以腰线为轮廓线，两条轮廓鼓形线为引导曲线，生成参数化的鼓形面。
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