CN106021669A - 一种轮胎花纹的参数化设计系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎花纹参数化设计系统及其方法，包括：花纹沟设计模块、花纹沟交汇设计模块、装饰品设计模块和辅助造型模块；花纹沟设计模块包括：一层花纹沟设计单元、二层花纹沟设计单元、三层花纹沟设计单元、多段线花纹沟设计单元和胎肩花纹沟设计单元；花纹沟交汇设计模块包括：X型交汇处理单元、T型交汇处理单元、V型交汇处理单元；装饰品设计模块包括：钢片特征化设计单元、沟底凸台特征化设计单元、沟底助条特征化设计单元、新胎标识线特征化设计单元、磨损标记特征化设计单元、钢片交汇处理单元；辅助造型模块包括：自动装配单元。本发明能规范轮胎花纹的设计流程，提高轮胎设计效率和质量。

Description

一种轮胎花纹的参数化设计系统及其方法

技术领域

本发明属于轮胎工业的技术领域，涉及一种轮胎花纹的参数化设计系统及其方法。

背景技术

目前多数轮胎企业都是由使用CAXA、AutoCAD、CATIA、UG等通用CAD软件手工绘制轮胎2D和3D花纹。但由于轮胎花纹结构的复杂性，传统的二维CAD设计方法无法准确直观的表达出花纹完整信息，而大型通用三维CAD软件虽然功能强大，但存在专用性低等问题，迫使用户在花纹设计过程中采用近似化处理和大量手工重复操作，严重影响设计效率及质量。从设计结果看，通用CAD绘图软件大多以点、线、面、体为基础进行设计，现有的轮胎花纹设计方法和辅助设计系统在支持轮胎花纹产品概念设计、创新设计方面，尚有较大欠缺，正如西安交通大学谢友柏院士所提出，传统的CAD系统是以几何特征作为过程主导，与设计的实际过程不一致。在轮胎花纹设计中，传统CAD设计方法的弊端主要表现在：

I、曲面造型过程中，需要设计人员进行大量重复操作，效率低；

II、建模以曲面为最小设计单元，区分度不大，不同的设计人员的设计方法无法统一，设计流程没有得到规范，影响企业的规范化管理；

III、缺乏语义的表达与处理，传统CAD系统仅记录设计人员的设计结果，不能表达用户的设计意图，对用户理解设计造成困难等；

IV、不利于轮胎花纹设计的后续扩展设计，如花纹分析模型的建立和进一步优化改进等。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中存在的不足之处，提出一种轮胎花纹的参数化设计系统及其方法，以期能避免现有方法存在的弊端，实现花纹参数的反复修改，并快速高效完成常见胎面花纹的设计，从而能规范轮胎花纹的设计流程，提高轮胎设计效率和质量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种轮胎花纹参数化设计系统的特点包括：花纹沟设计模块、花纹沟交汇设计模块、装饰品设计模块和辅助造型模块；

所述花纹沟设计模块包括：一层花纹沟设计单元、二层花纹沟设计单元、三层花纹沟设计单元、多段线花纹沟设计单元和胎肩花纹沟设计单元；

所述花纹沟交汇设计模块包括：X型交汇处理单元、T型交汇处理单元、V型交汇处理单元；

所述装饰品设计模块包括：钢片特征化设计单元、沟底凸台特征化设计单元、沟底助条特征化设计单元、新胎标识线特征化设计单元、磨损标记特征化设计单元、钢片交汇处理单元；

所述辅助造型模块包括：自动装配单元；

所述一层花纹沟设计单元首先通过将引导曲线扫描形成侧壁曲面，再通过对侧壁曲面与沟底控制面面分割并倒角获取沟底曲面，最终得到一层花纹沟；

所述二层花纹沟设计单元将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含一个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含一个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取二层花纹沟；

所述三层花纹沟设计单元将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含二个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含二个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取三层花纹沟；

所述多段线花纹沟设计单元对所述多段线花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成多段线曲面，对所述多段线曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取多段线花纹沟；

所述胎肩花纹沟设计单元对所述胎肩花纹沟花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成胎肩花纹沟曲面，对所述胎肩花纹沟曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取胎肩花纹沟；

由所述一层花纹沟、二层花纹沟、三层花纹沟、多段线花纹沟、胎肩花纹沟构成花纹沟；

所述X型交汇处理单元对所述X型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的X型交汇花纹沟；

所述T型交汇处理单元对所述T型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的T型交汇花纹沟；

所述V型交汇处理单元对所述V型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的V型交汇花纹沟；

由所述X型交汇花纹沟、T型交汇花纹沟、V型交汇花纹沟构成交汇花纹沟；

所述钢片特征化设计单元将所述钢片花纹曲线进行扫掠成钢片曲面，并对所述钢片曲面进行加厚处理形成盒体，再对所述盒体进行边倒用或底倒角处理，形成钢片特征；

所述沟底凸台特征化设计单元对所述沟底凸台曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底凸台特征；

所述沟底助条特征化设计单元对所述沟底助条曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底助条特征；

所述新胎标识线特征化设计单元将所述新胎标识曲线绕着轮胎的旋转轴进行旋转处理，获得新胎标识线特征；

所述磨损标记特征化设计单元对所述磨耗标识曲线进行填充和加厚处理，获得磨损标记特征；

所述钢片交汇处理单元对钢片进行交汇处理，形成交汇钢片特征。

由所述钢片特征、沟底凸台特征、新胎标识线特征、磨损标记特征以及交汇钢片特征构成装饰品特征；

所述自动装配单元是对若干个轮胎花纹节距进行编号并按照相合约束和共面约束进行装配，形成轮胎花纹模型；

本发明一种轮胎花纹的参数化设计方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、接收外部输入数据，包括：二维花纹曲线、胎底面和胎顶面，并将所述二维花纹曲线缠绕到所述胎顶面上，从而获得三维花纹曲线；

步骤2、对所述三维花纹曲线进行分类处理，获得单引导线花纹曲线、多引导线花纹曲线、胎肩花纹沟花纹曲线、X型交汇花纹曲线、T型交汇花纹曲线、V型交汇花纹曲线、钢片交汇花纹曲线、钢片花纹曲线、沟底凸台曲线、沟底助条曲线、新胎标识曲线、磨耗标识曲线；

步骤3、获取花纹沟

步骤3.1、将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成侧壁曲面，对所述侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取一层花纹沟；

步骤3.2、将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含一个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含一个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取二层花纹沟；

步骤3.3、将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含二个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含二个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取三层花纹沟；

步骤3.4、对所述多段线花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成多段线曲面，对所述多段线曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取多段线花纹沟；

步骤3.5、对所述胎肩花纹沟花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成胎肩花纹沟曲面，对所述胎肩花纹沟曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取胎肩花纹沟；

由所述一层花纹沟、二层花纹沟、三层花纹沟、多段线花纹沟、胎肩花纹沟构成花纹沟；

步骤4、获取交汇花纹沟

步骤4.1、对所述X型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝连通的X型交汇花纹沟；

步骤4.2、对所述T型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝连通的T型交汇花纹沟；

步骤4.3、对所述V型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝连通的V型交汇花纹沟；

由所述X型交汇花纹沟、T型交汇花纹沟、V型交汇花纹沟构成交汇花纹沟；

步骤5、获取装饰品特征

步骤5.1、根据所述胎顶面将所述钢片花纹曲线进行扫掠成钢片曲面，并对所述钢片曲面进行加厚处理形成盒体，再对所述盒体进行边倒用或底倒角处理，形成钢片特征；

步骤5.2、对所述沟底凸台曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底凸台特征；

步骤5.3、对所述沟底助条曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底助条特征；

步骤5.4、将所述新胎标识曲线绕着轮胎的旋转轴进行旋转处理，获得新胎标识线特征；

步骤5.5、对所述磨耗标识曲线进行填充和加厚处理，获得磨损标记特征；

步骤5.6、对所述的交汇钢片进行处理，形成交汇钢片特征；

由所述钢片特征、沟底凸台特征、新胎标识线特征、磨损标记特征和交汇钢片特征构成装饰品特征；

步骤6、对若干个轮胎花纹节距进行编号并按照相合约束和共面约束进行装配，形成轮胎花纹模型

本发明所述的轮胎花纹的参数化设计方法的特点也在于：

所述步骤4.2中的T型交汇花纹沟是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤4.2.1、通过函数GetNbDomains()分别获取输入的第一花纹沟Groove1和第二花纹沟Groove2的曲面个数，记为M和N；

步骤4.2.2、判断M≠3或N≠3是否成立，若成立，则报错；否则，执行步骤4.2.3；

步骤4.2.3、通过函数GetAllCells()分解第二花纹沟Groove2的各曲面，并按分解顺序获得第二花纹沟Groove2的第一侧面G2F1、第二侧面G2F2、沟底面G2B；

步骤4.2.4、通过函数GetAllCells()分解第一花纹沟Groove1的各曲面，并按分解顺序获得第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1、第二侧面G1F2、沟底面G1B；

步骤4.2.5、通过函数CATDistanceMinBodyBody()判断所述第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1、第二侧面G1F2、沟底面G1B第二花纹沟Groove2的第一侧面G2F1、第二侧面G2F2、沟底面G2B的相交性，若都相交，则相交面为第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1，且剩余曲面为第一花纹沟Groove1的沟底面G1B；若都不相交，则相交面为第一花纹沟Groove1的第二侧面G1F2，且剩余曲面为第一花纹沟Groove1的沟底面G1B。

步骤4.2.6、通过CATCreateTopSplitShell()函数剪切，并智能判别保留方向；合并结果，以特征形式输出结果；

所述步骤5.6中的交汇钢片特征是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤5.6.1、通过函数GetAllCells()分解钢片Sheet1，获取其各曲面记为F1，F2，F3…Fn；

步骤5.6.2、通过函数CATCreateDistanceMinTopo()分别计算各曲面与中心线之间的距离，记为D1，D2，D3…Dn；

步骤5.6.3、比较各个距离之间的关系，用于识别各曲面；

若单个距离为0，则表示相应曲面为两个端面SD1和SD2；

若任意两个距离相等，则表示为相应的两个曲面钢片分别为两个侧面SC1和SC2；剩余面均为钢片底面。

步骤5.6.3、通过上述步骤即可实现对钢片各曲面的智能识别，再通过曲面分割即可获取钢片交汇特征。

步骤6中是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得轮胎花纹模型：

步骤6.1、创建一个包含CATIProduct装配体类型的产品父类，将所述轮胎花纹节距通过函数AddProduct()逐个添加到产品结构树中，添加过程中依次判断轮胎花纹节距否为CATPart零件类型，若为，则直接将轮胎花纹节距添加到产品结构树中；若轮胎花纹节距是CATIProduct装配体类型，则逐级获取相应轮胎花纹节距的CATIProduct装配体类型下的CATPart零件类型，并添加到产品结构树中；

步骤6.2、对所述产品结构树进行编号，并存于相同的路径下；

步骤6.3、提取编号后的轮胎花纹节距的旋转轴、与旋转轴垂直的旋转法面以及轮胎花纹节距的侧面并进行发布，生成相应的发布元素；

步骤6.4、通过函数GetProductConnector()创建CATIConnector类型的连接指针，所述连接指针指向约束所需的发布元素；

步骤6.5、根据轮胎花纹节距的编号顺序利用函数CreateConstraint()逐个创建约束关系；

步骤6.6、根据所创建的约束关系实现对编号后的轮胎花纹节距进行自动装配，并保存装配结果到指定文件路径中。

与已有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明采用了一种轮胎3D花纹的规范化设计流程。该流程通过将设计的轮胎二维花纹导入三维设计软件CATIA中，对轮胎截面轮廓进行旋转操作，生成轮胎的光胎和光胎表面；利用CATIA提供的Develop展开命令将二维花纹曲线缠绕到光胎的表面；接着利用本发明所提供的花纹沟设计模块生成花纹沟，装饰品设计模块生成装饰品，花纹沟交汇设计模块完成花纹的交汇处理，并最终利用辅助造型模块实现不同节距间的自动装配；从而规范了3D花纹的设计流程，减少了设计人员的大量重复操作。

2、本发明采用了参数化设计的方法对轮胎花纹进行开发；通过将原来的手工操作进行封装，设计人员只需输入一些基本的参数或者修改部分花纹参数，就能完成花纹的参数化设计，提高了花纹开发效率。

3、本发明采用了对花纹单元进行分类的方法，详细阐述了一层花纹沟设计单元、二层花纹沟设计单元、三层花纹沟设计单元、多段线花纹沟设计单元、胎肩花纹沟设计单元、X型交汇处理单元、T型交汇处理单元、V型交汇处理单元、简单钢片交汇处理单元、钢片特征化设计单元、沟底凸台特征化设计单元、沟底助条特征化设计单元、新胎标识线特征化设计单元、磨损标记特征化设计单元、自动装配单元的实现方法，并给出相关算法及设计方法，从而能随意地裁剪、拼接和组合所需花纹单元，提高了方法的通用性。

4、本发明提出了一种交汇花纹沟曲面的智能识别算法，该算法能快速对曲面交汇情况进行识别，并根据识别结果作出相应的后续处理，从而能快速修建花纹面片生成花纹沟，提高了设计效率。

5、本发明提出了一种钢片的特征化设计方法，该方法能快速对简单钢片、台阶型沟底钢片、修饰性钢片、复杂钢片进行特征化设计，提高了钢片特征的开发效率。

附图说明

图1为本发明系统模块化设计总体结构图；

图2为本发明轮胎花纹参数化设计系统结构图；

图3为本发明生成一层花纹沟的流程图；

图4为本发明生成沟壁曲面时出现的情况1的示意图；

图5为本发明生成沟壁曲面时出现的情况2的示意图；

图6为本发明分割沟底面时出现的情况1的示意图；

图7为本发明分割沟底面时出现的情况2的示意图；

图8为本发明分割沟壁曲面时出现的情况2的示意图；

图9为本发明分割沟壁曲面时出现的情况1的示意图；

图10为本发明多曲线花纹沟交点延伸前的示意图；

图11为本发明多曲线花纹沟交点延伸后的示意图；

图12为本发明X型交汇情况的示意图；

图13为本发明T型交汇情况的示意图；

图14为本发明V型交汇情况的示意图；

图15为本发明不同节距花纹之间的约束关系图；

图16为本发明轮胎三维模型设计过程图。

具体实施方式

本实施例中，通过花纹语义单元的封装形成的花纹语义类，包含轮胎花纹几何元素的数字化信息与设计信息的融合。这些封装的花纹语义类之间的通讯，采用各个语义类方法属性设定的方式进行，从而形成具有一定层次性和系统性的花纹语义模型库和结构设计库；而与外部的通讯则采用面向COM组件的技术Query-Interface接口的方式，构建该封装语义单元的无缝链接机制。然后利用READ(RapidApplication Development Environment)工具及应用程序接口API(Application Programming Interface)实现花纹语义单元与CATIA平台的通信，完成轮胎花纹设计信息的实例化表达。花纹语义类通讯过程如图1所示。

本实施例中，一种轮胎花纹的参数化设计系统如图2所示，包括：花纹沟设计模块、花纹沟交汇设计模块、装饰品设计模块和辅助造型模块；

花纹沟设计模块包括：一层花纹沟设计单元、二层花纹沟设计单元、三层花纹沟设计单元、多段线花纹沟设计单元和胎肩花纹沟设计单元；

花纹沟交汇设计模块包括：X型交汇处理单元、T型交汇处理单元、V型交汇处理单元；

装饰品设计模块包括：钢片特征化设计单元、沟底凸台特征化设计单元、沟底助条特征化设计单元、新胎标识线特征化设计单元、磨损标记特征化设计单元；

辅助造型模块包括：自动装配单元；

一层花纹沟设计单元首先通过将引导曲线扫描形成侧壁曲面，再通过对侧壁曲面与沟底控制面面分割并倒角获取沟底曲面，最终得到一层花纹沟；

二层花纹沟设计单元将三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含一个中间支持面的侧壁曲面，再对包含一个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取二层花纹沟；

三层花纹沟设计单元将三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含二个中间支持面的侧壁曲面，再对包含二个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取三层花纹沟；

多段线花纹沟设计单元对多段线花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成多段线曲面，再对多段线曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取多段线花纹沟；

胎肩花纹沟设计单元对胎肩花纹沟花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成胎肩花纹沟曲面，再对胎肩花纹沟曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取胎肩花纹沟；

由一层花纹沟、二层花纹沟、三层花纹沟、多段线花纹沟、胎肩花纹沟构成花纹沟；

X型交汇处理单元对X型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的X型交汇花纹沟；

T型交汇处理单元对T型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的T型交汇花纹沟；

V型交汇处理单元对V型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的V型交汇花纹沟；

由X型交汇花纹沟、T型交汇花纹沟、V型交汇花纹沟构成交汇花纹沟；

钢片特征化设计单元将钢片花纹曲线进行扫掠成钢片曲面，并对钢片曲面进行加厚处理形成盒体，再对盒体进行边倒用或底倒角处理，形成钢片特征；

沟底凸台特征化设计单元对沟底凸台曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底凸台特征；

沟底助条特征化设计单元对沟底助条曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底助条特征；

新胎标识线特征化设计单元将新胎标识曲线绕着轮胎的旋转轴进行旋转处理，获得新胎标识线特征；

磨损标记特征化设计单元对磨耗标识曲线进行填充和加厚处理，获得磨损标记特征；

钢片交汇处理单元对钢片进行交汇处理，形成交汇钢片特征。

由钢片特征、沟底凸台特征、新胎标识线特征、磨损标记特征以及交汇钢片特征构成装饰品特征；

自动装配单元是对若干个轮胎花纹节距进行编号并按照相合约束和共面约束进行装配，形成轮胎花纹模型；

本实施例中，一种轮胎花纹的参数化设计方法是按如下步骤进行：

步骤1、接收外部输入数据，包括：二维花纹曲线、胎底面和胎顶面，并将二维花纹曲线缠绕到胎顶面上，从而获得三维花纹曲线；

步骤2、对曲线、X型交汇花纹曲线、T型交汇花纹曲线、V型交汇花纹曲线、钢片交汇花纹曲线、钢片花纹曲线、沟底凸台曲线、沟底助条曲线、新胎标识曲线、磨耗标识曲线；

步骤3、获取花纹沟

步骤3.1、将三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成侧壁曲面，对侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取一层花纹沟；具体的说，如图3所示，一层花纹沟是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤3.1.1、扫描引导曲线延伸：调用函数CATCreateTopExtrapolWireOpe()分别对引导线的两个端点进行延伸得到延伸线；

步骤3.1.2、计算Sweep距离：获取最终曲线上所有的点，并调用函数CATCreateTopProject()求其投影在参考底面上的点，通过最小距离函数CATCreateDistanceMinTopo()获取曲线上点与投影点之间的最小距离，然后取所有最小距离集合中的最大值作为Sweep扫掠高度。

步骤3.1.3、扫掠方向的智能判定：通过第一引导曲线Line1和胎面Surface生成第一沟壁面Sweep1，假设这个面有如图4和图5示的两种情况，通过CATCreateDistanceMinTopo()判别函数判断第一沟壁面Sweep1是否与沟底面Bottom相交，如果不相交则改变设计方向，得到如图5所示

步骤3.1.4、生成沟壁曲面：利用提取的花纹边界曲线、计算出的延长量、扫掠长度以及扫掠方向，利用Sweep扫掠命令即可分别生成第一沟壁曲面Sweep1与第一沟壁曲面Sweep2。

步骤3.1.5、分割沟底面：通过CATCreateTopSplitShell()函数用第一沟壁曲面Sweep1对沟底面Bottom进行剪切，然后通过CATCreateDistanceMinTopo()判别函数其到第二沟壁曲面Sweep2的距离，如果到第一沟壁曲面Sweep1的距离不为零，则认为第一分割体Split1与第二沟壁曲面Sweep2相交，如果不相交则如图6所示。对第一分割体Split1进行反向处理，处理结果如图7所示。同理再对第一分割体Split1进行剪切得到第二分割体Split2，并判别第二分割体Split2是否与第一沟壁曲面Sweep1相交，不相交则做反向处理。

步骤3.1.6分割沟壁曲面：用得到的剪切面第三分割体Split3对第一沟壁曲面Sweep1进行剪切的时候也会出现如图8和图9所示的两种情况，处理方法与上述的方法一样，如图9为所需情况。

同样利用第三分割体Split3对第二沟壁曲面Sweep2进行分割与第三分割体Split3对第一沟壁曲面Sweep1的类似，不再赘述。

步骤3.1.7根据花纹沟设计要求，对沟底进行相应倒角，即可完成一层花纹沟特征设计。

步骤3.2、将三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含一个中间支持面的侧壁曲面，对包含一个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取二层花纹沟；

步骤3.3、将三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含二个中间支持面的侧壁曲面，对包含二个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取三层花纹沟；二层花纹沟和三层花纹沟的设计非常类似于一层花纹沟的设计，只是在控制面中多添加了一层或者两层而已，所以二层花纹沟与三层花纹沟不做具体介绍。

步骤3.4、对多段线花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成多段线曲面，对多段线曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取多段线花纹沟；

多段线花纹沟主要应用于当花纹沟两个侧面由不同数量的花纹引导曲线组成且又不可分开单独来做的花纹沟，具体情况如下图10所示。多段线花纹沟是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤3.4.1、为确保同一侧曲线在任意角度下下所扫掠的曲面都相交，需要对每条曲线进行延伸，首先获取曲线的交点，然后利用延伸函数分别对每条曲线进行延伸，结果如图11所示。

步骤3.4.2、对延伸过的曲线通过CATCreateFrFTopologicalSegmentSweep()扫掠为曲面，剪掉延伸出来的多余曲面。剪切过程中需要很多的方向判别，判别方法主要以是否与延伸点相交来确定。以第一引导曲线Line1，第二引导曲线Line2为例，扫掠后分别为第一侧壁曲面Sweep1和第二侧壁曲面Sweep2，用第二侧壁曲面Sweep2剪切第一侧壁曲面Sweep1得到第一分割体Split1，如果第一分割体Split1与第九延伸点Point9相交说明方向反了，需要反向，检验与第一端点Point1相交则说明方向正确，其他曲线采用相同的方法验证，最后得到完整的花纹沟侧面。

步骤3.4.3、用花纹沟侧面和底面相互剪切就会得到最终的设计结果，具体可参照一层花纹沟的生成方法。

步骤3.5、胎肩花纹沟花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成胎肩花纹沟曲面，对胎肩花纹沟曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取胎肩花纹沟；

步骤3.5中的胎肩花纹沟由于曲率变化不连续，所以设计时，在胎肩一侧设置曲面用以Develop引导曲线，则扫描曲面为光顺的，具体程序实现过程与多段线花纹沟的设计类似。

由一层花纹沟、二层花纹沟、三层花纹沟、多段线花纹沟、胎肩花纹沟构成花纹沟；

步骤4、获取交汇花纹沟

步骤4.1、对X型交汇花纹曲线(如图13所示)进行剪切交汇处理，形成无缝连通的X型交汇花纹沟；

步骤4.2、对T型交汇花纹曲线(如图12所示)进行剪切交汇处理，形成无缝连通的T型交汇花纹沟；具体可基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤4.2.1、通过函数GetNbDomains()分别获取输入的第一花纹沟Groove1和第二花纹沟Groove2的曲面个数，记为M和N；

步骤4.2.2、判断M≠3或N≠3是否成立，若成立，则报错；否则，执行步骤4.2.3；

步骤4.2.3、通过函数GetAllCells()分解第二花纹沟Groove2的各曲面，并按分解顺序获得第二花纹沟Groove2的第一侧面G2F1、第二侧面G2F2、沟底面G2B；

步骤4.2.4、通过函数GetAllCells()分解第一花纹沟Groove1的各曲面，并按分解顺序获得第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1、第二侧面G1F2、沟底面G1B；

步骤4.2.5、通过函数CATDistanceMinBodyBody()判断第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1、第二侧面G1F2、沟底面G1B第二花纹沟Groove2的第一侧面G2F1、第二侧面G2F2、沟底面G2B的相交性，

若都相交，则相交面为第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1，且剩余曲面为第一花纹沟Groove1的沟底面G1B；

若都不相交，则相交面为第一花纹沟Groove1的第二侧面G1F2，且剩余曲面为第一花纹沟Groove1的沟底面G1B。

步骤4.2.6、通过CATCreateTopSplitShell()函数剪切，并智能判别保留方向(方法是通过判别是否与G1F2相交，具体方法在一层沟设计中已介绍)；合并结果，以特征形式输出结果。

步骤4.3、对V型交汇花纹曲线(如图14所示)进行剪切交汇处理，形成无缝连通的V型交汇花纹沟；

步骤4.1中的X型交汇花纹与步骤4.3中的V型交汇花纹特征的获取与步骤4.2中的T型交汇花纹获取类似，在此不再赘述。

由X型交汇花纹沟、T型交汇花纹沟、V型交汇花纹沟构成交汇花纹沟；

步骤5、获取装饰品特征

步骤5.1、将钢片花纹曲线进行扫掠成钢片曲面，并对钢片曲面进行加厚处理形成盒体，再对盒体进行边倒用或底倒角处理，形成钢片特征；

步骤5.2、对沟底凸台曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底凸台特征；

步骤5.3、对沟底助条曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底助条特征；

步骤5.4、将新胎标识曲线绕着轮胎的旋转轴进行旋转处理，获得新胎标识线特征；

步骤5.5、对磨耗标识曲线进行填充和加厚处理，获得磨损标记特征；

步骤5.6、对的交汇钢片进行处理，形成交汇钢片特征；具体是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤5.6.1、通过函数GetAllCells()分解钢片Sheet1，获取其各曲面记为F1，F2，F3…Fn；

步骤5.6.2、通过函数CATCreateDistanceMinTopo()分别计算各曲面与中心线之间的距离，记为D1，D2，D3…Dn；

步骤5.6.3、比较各个距离之间的关系，用于识别各曲面；

若单个距离为0，则表示相应曲面为两个端面SD1和SD2；

若任意两个距离相等，则表示为相应的两个曲面钢片分别为两个侧面SC1和SC2；剩余面均为钢片底面。

步骤5.6.3、通过上述步骤即可实现对钢片各曲面的智能识别，再通过曲面分割即可获取钢片交汇特征。

由钢片特征、沟底凸台特征、新胎标识线特征、磨损标记特征和交汇钢片特征构成装饰品特征；

步骤6、对若干个轮胎花纹节距进行编号并按照约束关系进行装配，形成轮胎花纹模型；具体的，自动装配是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程实现的：

步骤6.1、创建一个包含CATIProduct装配体类型的产品父类，将轮胎花纹节距通过函数AddProduct()逐个添加到产品结构树中，添加过程中依次判断轮胎花纹节距否为CATPart零件类型，若是，则直接将轮胎花纹节距添加到产品结构树中；若轮胎花纹节距是CATIProduct装配体类型，则逐级获取相应轮胎花纹节距的CATIProduct装配体类型下的CATPart零件类型，并添加到产品结构树中；

步骤6.2、对产品结构树进行编号，并存于相同的路径下；

步骤6.3、提取编号后的轮胎花纹节距的旋转轴、与旋转轴垂直的旋转法面以及轮胎花纹节距的侧面并进行发布，生成相应的发布元素；

步骤6.4、通过函数GetProductConnector()创建CATIConnector类型的连接指针，连接指针指向约束所需的发布元素；

步骤6.5、根据轮胎花纹节距的编号顺序利用函数CreateConstraint()逐个创建如图15所示约束关系；

步骤6.6、根据所创建的约束关系实现对编号后的轮胎花纹节距进行自动装配，并保存装配结果到指定文件路径中。

利用轮胎花纹参数化设计系统以及CATIA自带功能进行轮胎建模，实现过程如图16所示：

步骤1、按轮胎花纹的结构设计，将轮胎划分为多个节距，由轮胎轮廓草图旋转生成光胎节距实体。

步骤2、调用花纹沟设计模块、装饰品设计等模块的相关命令，根据输入引导线与控制面、设计参数，完成基础花纹造型。

步骤3、调用交汇处理模块，对互相交错的花纹沟进行剪切交汇处理，形成无缝联通的花纹沟。

步骤4、通过移除实体功能，将花纹沟、装饰品等语义特征从节距实体中移除，完成单节距花纹造型，并进行编号保存。

步骤5、调用自动装配单元，将不同花纹节距按一定顺序进行装配，完成完整轮胎造型。

Claims (5)

1.一种轮胎花纹参数化设计系统，其特征包括：花纹沟设计模块、花纹沟交汇设计模块、装饰品设计模块和辅助造型模块；

所述花纹沟设计模块包括：一层花纹沟设计单元、二层花纹沟设计单元、三层花纹沟设计单元、多段线花纹沟设计单元和胎肩花纹沟设计单元；

所述花纹沟交汇设计模块包括：X型交汇处理单元、T型交汇处理单元、V型交汇处理单元；

所述装饰品设计模块包括：钢片特征化设计单元、沟底凸台特征化设计单元、沟底助条特征化设计单元、新胎标识线特征化设计单元、磨损标记特征化设计单元、钢片交汇处理单元；

所述辅助造型模块包括：自动装配单元；

所述一层花纹沟设计单元首先通过将引导曲线扫描形成侧壁曲面，再通过对侧壁曲面与沟底控制面面分割并倒角获取沟底曲面，最终得到一层花纹沟；

所述二层花纹沟设计单元将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含一个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含一个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取二层花纹沟；

所述三层花纹沟设计单元将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含二个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含二个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取三层花纹沟；

所述多段线花纹沟设计单元对所述多段线花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成多段线曲面，对所述多段线曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取多段线花纹沟；

所述胎肩花纹沟设计单元对所述胎肩花纹沟花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成胎肩花纹沟曲面，对所述胎肩花纹沟曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取胎肩花纹沟；

由所述一层花纹沟、二层花纹沟、三层花纹沟、多段线花纹沟、胎肩花纹沟构成花纹沟；

所述X型交汇处理单元对所述X型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的X型交汇花纹沟；

所述T型交汇处理单元对所述T型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的T型交汇花纹沟；

所述V型交汇处理单元对所述V型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝联通的V型交汇花纹沟；

由所述X型交汇花纹沟、T型交汇花纹沟、V型交汇花纹沟构成交汇花纹沟；

所述钢片特征化设计单元将所述钢片花纹曲线进行扫掠成钢片曲面，并对所述钢片曲面进行加厚处理形成盒体，再对所述盒体进行边倒用或底倒角处理，形成钢片特征；

所述沟底凸台特征化设计单元对所述沟底凸台曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底凸台特征；

所述沟底助条特征化设计单元对所述沟底助条曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底助条特征；

所述新胎标识线特征化设计单元将所述新胎标识曲线绕着轮胎的旋转轴进行旋转处理，获得新胎标识线特征；

所述磨损标记特征化设计单元对所述磨耗标识曲线进行填充和加厚处理，获得磨损标记特征；

所述钢片交汇处理单元对钢片进行交汇处理，形成交汇钢片特征；

由所述钢片特征、沟底凸台特征、新胎标识线特征、磨损标记特征以及交汇钢片特征构成装饰品特征；

所述自动装配单元是对若干个轮胎花纹节距进行编号并按照相合约束和共面约束进行装配，形成轮胎花纹模型。

2.一种轮胎花纹的参数化设计方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、接收外部输入数据，包括：二维花纹曲线、胎底面和胎顶面，并将所述二维花纹曲线缠绕到所述胎顶面上，从而获得三维花纹曲线；

步骤2、对所述三维花纹曲线进行分类处理，获得单引导线花纹曲线、多引导线花纹曲线、胎肩花纹沟花纹曲线、X型交汇花纹曲线、T型交汇花纹曲线、V型交汇花纹曲线、钢片交汇花纹曲线、钢片花纹曲线、沟底凸台曲线、沟底助条曲线、新胎标识曲线、磨耗标识曲线；

步骤3、获取花纹沟

步骤3.1、将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成侧壁曲面，对所述侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取一层花纹沟；

步骤3.2、将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含一个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含一个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取二层花纹沟；

步骤3.3、将所述三维花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成包含二个中间支持面的侧壁曲面，对所述包含二个中间支持面的侧壁曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取三层花纹沟；

步骤3.4、对所述多段线花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成多段线曲面，对所述多段线曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取多段线花纹沟；

步骤3.5、对所述胎肩花纹沟花纹曲线进行延伸并将延伸后的各曲线扫掠成胎肩花纹沟曲面，对所述胎肩花纹沟曲面与胎底面进行分割和倒角处理，获取胎肩花纹沟；

由所述一层花纹沟、二层花纹沟、三层花纹沟、多段线花纹沟、胎肩花纹沟构成花纹沟；

步骤4、获取交汇花纹沟

步骤4.1、对所述X型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝连通的X型交汇花纹沟；

步骤4.2、对所述T型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝连通的T型交汇花纹沟；

步骤4.3、对所述V型交汇花纹曲线进行剪切交汇处理，形成无缝连通的V型交汇花纹沟；

由所述X型交汇花纹沟、T型交汇花纹沟、V型交汇花纹沟构成交汇花纹沟；

步骤5、获取装饰品特征

步骤5.1、根据所述胎顶面将所述钢片花纹曲线进行扫掠成钢片曲面，并对所述钢片曲面进行加厚处理形成盒体，再对所述盒体进行边倒用或底倒角处理，形成钢片特征；

步骤5.2、对所述沟底凸台曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底凸台特征；

步骤5.3、对所述沟底助条曲线进行填充、加厚和剪切处理，获得沟底助条特征；

步骤5.4、将所述新胎标识曲线绕着轮胎的旋转轴进行旋转处理，获得新胎标识线特征；

步骤5.5、对所述磨耗标识曲线进行填充和加厚处理，获得磨损标记特征；

步骤5.6、对所述的交汇钢片进行处理，形成交汇钢片特征；

由所述钢片特征、沟底凸台特征、新胎标识线特征、磨损标记特征和交汇钢片特征构成装饰品特征；

步骤6、对若干个轮胎花纹节距进行编号并按照相合约束和共面约束进行装配，形成轮胎花纹模型。

3.根据权利要求2所述的轮胎花纹的参数化设计方法，其特征是，所述步骤4.2中的T型交汇花纹沟是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤4.2.1、通过函数GetNbDomains()分别获取输入的第一花纹沟Groove1和第二花纹沟Groove2的曲面个数，记为M和N；

步骤4.2.2、判断M≠3或N≠3是否成立，若成立，则报错；否则，执行步骤4.2.3；

步骤4.2.3、通过函数GetAllCells()分解第二花纹沟Groove2的各曲面，并按分解顺序获得第二花纹沟Groove2的第一侧面G2F1、第二侧面G2F2、沟底面G2B；

步骤4.2.4、通过函数GetAllCells()分解第一花纹沟Groove1的各曲面，并按分解顺序获得第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1、第二侧面G1F2、沟底面G1B；

步骤4.2.5、通过函数CATDistanceMinBodyBody()判断所述第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1、第二侧面G1F2、沟底面G1B第二花纹沟Groove2的第一侧面G2F1、第二侧面G2F2、沟底面G2B的相交性，若都相交，则相交面为第一花纹沟Groove1的第一侧面G1F1，且剩余曲面为第一花纹沟Groove1的沟底面G1B；若都不相交，则相交面为第一花纹沟Groove1的第二侧面G1F2，且剩余曲面为第一花纹沟Groove1的沟底面G1B；

步骤4.2.6、通过CATCreateTopSplitShell()函数剪切，并智能判别保留方向；合并结果，以特征形式输出结果。

4.根据权利要求2所述的轮胎花纹的参数化设计方法，所述步骤5.6中的交汇钢片特征是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得：

步骤5.6.1、通过函数GetAllCells()分解钢片Sheet1，获取其各曲面记为F1，F2，F3…Fn；

步骤5.6.2、通过函数CATCreateDistanceMinTopo()分别计算各曲面与中心线之间的距离，记为D1，D2，D3…Dn；

步骤5.6.3、比较各个距离之间的关系，用于识别各曲面；

若单个距离为0，则表示相应曲面为两个端面SD1和SD2；

若任意两个距离相等，则表示为相应的两个曲面钢片分别为两个侧面SC1和SC2；剩余面均为钢片底面；

步骤5.6.3、通过上述步骤即可实现对钢片各曲面的智能识别，再通过曲面分割即可获取钢片交汇特征。

5.根据权利要求2所述的轮胎花纹的参数化设计方法，其特征是步骤6中是基于CATIA/CAA开发工具并按如下过程获得轮胎花纹模型：

步骤6.1、创建一个包含CATIProduct装配体类型的产品父类，将所述轮胎花纹节距通过函数AddProduct()逐个添加到产品结构树中，添加过程中依次判断轮胎花纹节距否为CATPart零件类型，若为，则直接将轮胎花纹节距添加到产品结构树中；若轮胎花纹节距是CATIProduct装配体类型，则逐级获取相应轮胎花纹节距的CATIProduct装配体类型下的CATPart零件类型，并添加到产品结构树中；

步骤6.2、对所述产品结构树进行编号，并存于相同的路径下；

步骤6.3、提取编号后的轮胎花纹节距的旋转轴、与旋转轴垂直的旋转法面以及轮胎花纹节距的侧面并进行发布，生成相应的发布元素；

步骤6.4、通过函数GetProductConnector()创建CATIConnector类型的连接指针，所述连接指针指向约束所需的发布元素；

步骤6.5、根据轮胎花纹节距的编号顺序利用函数CreateConstraint()逐个创建约束关系；

步骤6.6、根据所创建的约束关系实现对编号后的轮胎花纹节距进行自动装配，并保存装配结果到指定文件路径中。