CN109677242B - 圆环面玻璃窗框导轨的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，包括以下步骤：步骤001：通过造型输入的窗框边界以及水切边界绘制车门玻璃的四个尖角点，并通过四个尖角点求解出距离相等的圆柱面轴线，根据所述圆柱面轴线绘制出初版螺旋线；步骤002：利用黄金分割法求解出与玻璃面最贴合的圆柱面半径，以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线。本发明的圆环面玻璃窗框导轨的设计方法通过黄金分割法，将原本需要工程师不断重复调整的过程数学化，通过多次迭代计算可推导出最优解，节约大量研发时间，提高了设计精度，运动轨迹准确，降低了玻璃在运动过程中出现异响，运动不平顺，卡壳等风险。

Description

圆环面玻璃窗框导轨的设计方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种圆环面玻璃窗框导轨的设计方法。

背景技术

目前市面上乘用车侧门玻璃的外形受造型的影响基本都是双曲面，而双曲面又可分为圆环面和鼓型面；由于双曲面玻璃每一个位置曲率都不一致，在车门玻璃升降运动过程中，会出现前后跳动以及玻璃法向跳动，这些跳动会直接影响玻璃升降平顺性以及可靠性，进而影响用户体验。

由于车门玻璃在运动过程中均会出现前后(X向)以及玻璃法向(Y向)跳动，目前设计玻璃窗框导轨的方法是在玻璃运动范围内拟合出与双曲面玻璃接近的圆柱螺旋线作为玻璃窗框导轨线，通过调整螺旋线的轴线位置、螺距，以及螺旋半径，找出一条在玻璃运动范围内跳动小于0.1mm(前门倾角较大，0.2mm即可)的螺旋线。

现有的玻璃导轨设计方法存在以下缺点：

1、目前玻璃导轨在设计过程中，主要有三个参数：轴线位置、螺距、螺旋半径；在计算这三个参数时并不能一次性求解出，往往需要工程师不断的调整和验证；而调整的参数并无严谨的规律可循，这将消耗工程师大量的时间，甚至无法计算出来导致项目前期工作被推翻，进而影响项目进度。

2、目前主流的设计方法没有明确区分圆环面和鼓型面玻璃窗框导轨的设计方法，而实际上用圆柱螺旋线拟合双曲面的方法只适合圆环面，鼓型面由于其轴线为直线，并不适合该方法。

因此，有必要设计一种圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，能够提高工作效率，提升设计的准确性、稳定性，降低人为设计过程中的反复调整，和结果不稳定的风险，提升工作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，能够提高工作效率，提升设计的准确性、稳定性，降低人为设计过程中的反复调整，和结果不稳定的风险，提升工作效率。

本发明的技术方案提供一种圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，包括以下步骤：

步骤001：通过造型输入的窗框边界以及水切边界绘制车门玻璃的四个尖角点，并通过四个尖角点求解出距离相等的圆柱面轴线，根据所述圆柱面轴线绘制出初版螺旋线；

步骤002：利用黄金分割法求解出与玻璃面最贴合的圆柱面半径，以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线。

进一步地，所述步骤001进一步包括：

1.1根据窗框边界随意定义第五点、第六点，然后根据第一尖角点、第二尖角点、第五点绘制第一圆并求出第一圆心；

1.2根据第三尖角点、第四尖角点、第六点绘制第二圆并求出第二圆心；

1.3连接第一圆心和第二圆心绘制第一轴线；

1.4通过第二尖角点建立垂直与第一轴线的第一平面，第七点是第一尖角点在第一平面上的投影点，通过第七点、第二尖角点绘制在第一平面上的第三圆并求出第三圆心；

1.5通过第三尖角点建立垂直与第一轴线的第二平面，第八点是第四尖角点在第二平面上的投影点，通过第八点和第三尖角点绘制在第二平面上的第四圆并求出第四圆心，第四圆的半径与第三圆的半径相等；

1.6连接第三圆心和第四圆心绘制第二轴线；

1.7通过第二尖角点建立垂直与第二轴线的第三平面，第九点是第一尖角点在第三平面上的投影点，通过第九点和第二尖角点绘制在点平面上的第五圆并求出第五圆心，第五圆的半径与第三圆的半径相等；

1.8通过第三尖角点建立垂直与第一轴线的第四平面，第十点是第四尖角点在第四平面上的投影点，通过第十点和第三尖角点绘制在第四平面上的第六圆并求出第六圆心，第六圆的半径与第三圆的半径相等；

1.9连接第五圆心和第六圆心绘制第三轴线，第三轴线为所述圆柱面轴线；

1.10得出第三轴线到四个尖角点的距离；

1.11选取第三轴线为中心线，第一尖角点为起点，后导轨螺旋线经过第二尖角点，算出初版后导轨螺旋线；

1.12选取第三轴线为中心线，第三尖角点为起点，螺距与后导轨螺旋线相等，算出初版前导轨螺旋线；

1.13测量所述初版后导轨螺旋线和所述初版前导轨螺旋线与玻璃面最大间隙。

进一步地，所述步骤002进一步包括：

2.1确定圆柱面半径的初步区间[a，b]，其中一个区间值为第三圆的半径，另一个区间值为将玻璃面下端点沿玻璃面法向偏移设定距离，得到第十一点，通过第一尖角点、第二尖角点和第十一点绘制第七圆，测出第七圆的半径；

2.2利用黄金分割法通过迭代计算，当得到螺旋线与玻璃面的最大间隙小于设定的目标玻璃跳动量时，确定与玻璃面最贴合的圆柱面半径以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线。

进一步地，所步骤2.2进一步包括：

利用公式R＝a+(b-a)*0.618，计算得到R值，将R值带入到步骤1.4-1.13中，求解得到螺旋线与玻璃面最大间隙；

然后迭代计算，直到得到的螺旋线与玻璃面最大间隙小于设定的目标玻璃跳动量时，确定与玻璃面最贴合的圆柱面半径以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线。

进一步地，所述设定距离为0.1-0.5mm。

进一步地，所述目标玻璃跳动量为0.1-0.2mm。

进一步地，还包括步骤003：对车门玻璃进行运动过程仿真，测量车门玻璃的最大跳动量。

采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

本发明的圆环面玻璃窗框导轨的设计方法通过黄金分割法，将原本需要工程师不断重复调整的过程数学化，通过多次迭代计算可推导出最优解，节约大量研发时间，提高了设计精度，运动轨迹准确，降低了玻璃在运动过程中出现异响，运动不平顺，卡壳等风险。

附图说明

参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是本发明一实施例中圆环面玻璃窗框导轨的设计方法计算得到第一轴线L1的示意图；

图2是本发明一实施例中圆环面玻璃窗框导轨的设计方法计算得到第二轴线L2的示意图；

图3是本发明一实施例中圆环面玻璃窗框导轨的设计方法计算得到第三轴线L3的示意图；

图4是本发明一实施例中圆环面玻璃窗框导轨的设计方法中计算得到初版后导轨螺旋线的示意图；

图5是本发明一实施例中圆环面玻璃窗框导轨的设计方法中计算得到初版前导轨螺旋线的示意图；

图6是本发明一实施例中圆环面玻璃窗框导轨的设计方法中测量得知目前螺旋线的最大间隙的示意图；

图7是本发明一实施例中圆环面玻璃窗框导轨的设计方法中计算得到圆柱面半径的b值的示意图。

附图标记对照表：

100-车门玻璃 101-上前窗框边界 102-前窗框边界

103-后窗框边界 104-水切边界

1-第一尖角点 2-第二尖角点 3-第三尖角点

4-第四尖角点 5-第五点 6-第六点

7-第七点 8-第八点 9-第九点

10-第十点 11-第十一点

10-第一圆 C1-第一圆心

20-第二圆 C2-第二圆心

30-第三圆 C3-第三圆心

40-第四圆 C4-第四圆心

50-第五圆 C5-第五圆心

60-第六圆 C6-第六圆心

70-第七圆

L1-第一轴线 L2-第二轴线 L3-第三轴线

F1-第一平面 F2-第二平面 F3-第三平面

F4-第四平面 G-玻璃面

H1-初版后导轨螺旋线 H2-初版前导轨螺旋线

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

本发明的实施例中，圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，包括以下步骤：

步骤001：通过造型输入的窗框边界以及水切边界绘制车门玻璃的四个尖角点，并通过四个尖角点求解出距离相等的圆柱面轴线，根据所述圆柱面轴线绘制出初版螺旋线；

其中，四个尖角点分别包括第一尖角点1、第二尖角点2、第三尖角点3和第四尖角点4，四个尖角点为车门玻璃的四个尖角，从造型前期输入的外观数据上获取。

具体为，如图1所示，车门玻璃100包括上前窗框边界101，前窗框边界102，后窗框边界103，以及水切边界104。第一尖角点1为上前窗框边界101与后窗框边界103的交点；第二尖角点2为水切边界104与后窗框边界103的交点；第三尖角点3为水切边界104与前窗框边界101的交点；第四尖角点4为前窗框边界102与上前窗框边界101的交点。

步骤002：利用黄金分割法求解出与玻璃面最贴合的圆柱面半径，以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线。

进一步地，所述步骤001进一步包括：

如图1所示，为步骤1.1-1.3得到第一轴线L1的图示。

1.1根据窗框边界随意定义第五点5、第六点6，然后根据第一尖角点1、第二尖角点2、第五点5绘制第一圆10并求出第一圆心C1；

1.2根据第三尖角点3、第四尖角点4、第六点6绘制第二圆20并求出第二圆心C2；

1.3连接第一圆心C1和第二圆心C2绘制第一轴线L1；

如图2所示，为步骤1.4-1.6得到第二轴线L2的图示。

1.4通过第二尖角点2建立垂直与第一轴线L1的第一平面F1，第七点7是第一尖角点1在第一平面F1上的投影点，通过第七点7、第二尖角点2绘制在第一平面F1上的第三圆30并求出第三圆心C3；

其中，由于圆环面的截面半径每个车型不一样，第三圆30的半径无法确定，第三圆30选取为1725mm，这个值为工程研发阶段工程师反复调试出来的结果。

1.5通过第三尖角点3建立垂直与第一轴线L1的第二平面F2，第八点8是第四尖角点4在第二平面F2上的投影点，通过第八点8和第三尖角点3绘制在第二平面F2上的第四圆40并求出第四圆心C4，第四圆40的半径与第三圆30的半径相等，即为1725mm；

1.6连接第三圆心C3和第四圆心C4绘制第二轴线L2；

如图3所示，为步骤1.7-1.9得到第三轴线L3的图示。

1.7通过第二尖角点2建立垂直与第二轴线L2的第三平面F3，第九点9是第一尖角点1在第三平面F3上的投影点，通过第九点9和第二尖角点2绘制在点平面上的第五圆50并求出第五圆心C5，第五圆50的半径与第三圆30的半径相等，即为1725mm；

1.8通过第三尖角点3建立垂直与第一轴线L1的第四平面F4，第十点10是第四尖角点4在第四平面F4上的投影点，通过第十点10和第三尖角点3绘制在第四平面F4上的第六圆60并求出第六圆心C6，第六圆60的半径与第三圆30的半径相等，即为1725mm；

1.9连接第五圆心C5和第六圆心C6绘制第三轴线L3，第三轴线L3为步骤001中的圆柱面轴线；

1.10得出第三轴线到四个尖角点的距离；

如图4所示，第三轴线L3到四个尖角点的距离分别为D1＝1725.08mm、D2＝1725mm、D3＝1725mm、D4＝1725mm。

1.11选取第三轴线L3为中心线，第一尖角点1为起点，后导轨螺旋线经过第二尖角点2，算出初版后导轨螺旋线H1；

如图4所示，初版后导轨螺旋线的计算过程如下：

1、确定螺旋线旋转轴为第三轴线L3；

2、起始点为第一尖角点1；

3、确认螺距P：

P＝L23*360/α

其中，P：螺距；

L23:第十二点12到第十三点13的距离，其中第十二点12为第一尖角点1在第三轴线L3上的投影点，第十三点13是第二尖角点2在第三轴线L3上的投影点；

α:直线D1与直线D2的夹角，直线D1为第一尖角点1到第十二点12之间的直线，直线D2为第二尖角点2到第十三点13之间的直线。

1.12如图5所示，选取第三轴线L3为中心线，第三尖角点3为起点，螺距与后导轨螺旋线相等，算出初版前导轨螺旋线H2。

1.13测量初版后导轨螺旋线H1和初版前导轨螺旋线H2与玻璃面最大间隙dmax。

如图6所示，通过测量得知目前螺旋线的最大间隙为:

dmax1＝-0.612mm，dmax1为初版后导轨螺旋线H1的最大间隙；

dmax2＝-0.467mm，dmax2为初版前导轨螺旋线H2的最大间隙；

当dmax为负时表示螺旋线在玻璃面G内侧，螺旋半径偏小；

当dmax为正时表示螺旋线在玻璃面G外侧，螺旋半径偏大。

进一步地，所述步骤002进一步包括：

2.1确定圆柱面半径的初步区间[a，b]，其中一个区间值为第三圆的半径，另一个区间值为将玻璃面下端点沿玻璃面法向偏移设定距离得到第十一点11，通过第一尖角点1、第二尖角点2和第十一点11绘制第七圆70，测出第七圆70的半径；

具体为，根据步骤1.13得到目前螺旋半径偏小，因此a＝1725mm,

b值可通过以下步骤确认：如图7所示，将玻璃面下端点沿玻璃面法向偏移设定距离得到第十一点11，该设定距离选取为0.5mm。由于玻璃在运动过程中，工程设计要求跳动误差在0.5mm以内，因此将0.5mm选为设定距离。

可选地，设定距离还可以为0.1-0.5mm之间的任意值。

通过第一尖角点1、第二尖角点2和第十一点11绘制第七圆70，测出第七圆70的半径为1803mm，即b＝1803mm。

最终得到圆柱面半径的初步区间[1725，1803]。

可选地，当螺旋半径偏小偏大，则选取b＝1725mm；参照上述方法求出a值，求a值时玻璃下端偏移量将改为-0.5mm。

2.2利用黄金分割法通过迭代计算，当得到螺旋线与玻璃面的最大间隙小于设定的目标玻璃跳动量时，确定与玻璃面最贴合的圆柱面半径以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线；

具体计算过程如下：

圆柱面半径的初步区间[a，b]＝[1725,1803]

R1＝a+(b-a)*0.618＝1773.204；

将R1带入步骤1.4-1.13求解出dmax1＝5.405。

由于dmax1＝5.405>0；

R2取值区间[a，b]＝[1725,1773.204]；

R2＝a+(b-a)*0.618＝1754.8；

将R2带入步骤1.4-1.13求解出dmax2＝3.198。

由于dmax2＝3.198>0；

R3取值区间[a，b]＝[1725,1754.8]；

R3＝a+(b-a)*0.618＝1743.4；

将R3带入步骤1.4-1.13求解出dmax3＝1.81。

由于dmax3＝1.81>0；

R4取值区间[a，b]＝[1725,1743.4]；

R4＝a+(b-a)*0.618＝1736.4；

将R4带入步骤1.4-1.13求解出dmax4＝0.949。

由于dmax4＝0.949>0；

R5取值区间[a，b]＝[1725,1736.4]；

R5＝a+(b-a)*0.618＝1732；

将R5带入步骤1.4-1.13求解出dmax5＝0.404。

由于dmax5＝0.404>0；

R6取值区间[a，b]＝[1725,1732]；

R6＝a+(b-a)*0.618＝1729.3；

将R6带入步骤1.4-1.13求解出dmax6＝-0.22。

由于dmax6＝-0.22<0；

R7取值区间[a，b]＝[1729.3,1732]；

R7＝a+(b-a)*0.618＝1731；

将R7带入步骤1.4-1.13求解出dmax7＝0.28。

由于dmax7＝0.28>0；

R8取值区间[a，b]＝[1729.3,1731]；

R8＝a+(b-a)*0.618＝1730.35；

将R8带入步骤1.4-1.13求解出dmax8＝0.2。

由于dmax8＝0.2>0；

R9取值区间[a，b]＝[1729.3,1730.35]；

R9＝a+(b-a)*0.618＝1729.95；

将R9带入步骤1.4-1.13求解出dmax9＝-0.163。

由于dmax9＝-0.163<0；

R10取值区间[a，b]＝[1729.95,1730.35]；

R10＝a+(b-a)*0.618＝1730.2；

将R10带入步骤1.4-1.13求解出dmax10＝0.18。

由于dmax10＝0.18>0；

R11取值区间[a，b]＝[1729.95,1730.2]；

R11＝a+(b-a)*0.618＝1730.1；

将R11带入步骤1.4-1.13求解出dmax11＝0.169。

通过以上11步的迭代计算，得出的螺旋线与玻璃面的最大间隙dmax11＝0.169<0.2,其中0.2为目标玻璃跳动量，已满足工程设计需求。

此时确定与玻璃面最贴合的圆柱面半径以及轴线位置，按照步骤1.1-1.2绘制出最终版螺旋线。

可选地，目标玻璃跳动量还可以选为0.1-0.2mm。

由于汽车前门玻璃窗框导轨倾角较大，玻璃运动过程中跳动也更大，通过该发明前门玻璃跳动量能保证在0.2mm以内，而后门则可以控制在0.1mm以内。

进一步地，还包括步骤003：对车门玻璃进行运动过程仿真，测量车门玻璃的最大跳动量。

最终玻璃在优化后的螺旋线作为窗框导轨的运动校核结果，整个玻璃运动过程中最大跳动量为0.134mm<0.5mm,满足设计要求。

本发明具有以下优点：

1.本发明为针对圆环曲面玻璃导轨的专用设计方法，在使用圆环曲面求玻璃导轨时引入优化设计的理念，提高了工作效率，也提升了设计的准确性、稳定性，降低人为设计过程中的反复调整，和结果不稳定的风险，提升工作效率。

2.通过本发明得到的玻璃导轨精度在0.2mm(后门0.1mm)以内，远高一般的制造精度(0.5mm)，降低了制造风险，减少开发成本。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤001：通过造型输入的窗框边界以及水切边界绘制车门玻璃的四个尖角点，并通过四个尖角点求解出距离相等的圆柱面轴线，根据所述圆柱面轴线绘制出初版螺旋线；

步骤002：利用黄金分割法求解出与玻璃面最贴合的圆柱面半径，以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线；所述步骤001进一步包括：

1.1根据窗框边界随意定义第五点、第六点，然后根据第一尖角点、第二尖角点、第五点绘制第一圆并求出第一圆心；

1.2根据第三尖角点、第四尖角点、第六点绘制第二圆并求出第二圆心；

1.3连接第一圆心和第二圆心绘制第一轴线；

1.4通过第二尖角点建立垂直与第一轴线的第一平面，第七点是第一尖角点在第一平面上的投影点，通过第七点、第二尖角点绘制在第一平面上的第三圆并求出第三圆心；

1.5通过第三尖角点建立垂直与第一轴线的第二平面，第八点是第四尖角点在第二平面上的投影点，通过第八点和第三尖角点绘制在第二平面上的第四圆并求出第四圆心，第四圆的半径与第三圆的半径相等；

1.6连接第三圆心和第四圆心绘制第二轴线；

1.7通过第二尖角点建立垂直与第二轴线的第三平面，第九点是第一尖角点在第三平面上的投影点，通过第九点和第二尖角点绘制在点平面上的第五圆并求出第五圆心，第五圆的半径与第三圆的半径相等；

1.8通过第三尖角点建立垂直与第一轴线的第四平面，第十点是第四尖角点在第四平面上的投影点，通过第十点和第三尖角点绘制在第四平面上的第六圆并求出第六圆心，第六圆的半径与第三圆的半径相等；

1.9连接第五圆心和第六圆心绘制第三轴线，第三轴线为所述圆柱面轴线；

1.10得出第三轴线到四个尖角点的距离；

1.11选取第三轴线为中心线，第一尖角点为起点，后导轨螺旋线经过第二尖角点，算出初版后导轨螺旋线；

1.12选取第三轴线为中心线，第三尖角点为起点，螺距与后导轨螺旋线相等，算出初版前导轨螺旋线；

1.13测量所述初版后导轨螺旋线和所述初版前导轨螺旋线与玻璃面最大间隙。

2.根据权利要求1所述的圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，其特征在于，所述步骤002进一步包括：

2.1确定圆柱面半径的初步区间[a，b]，其中一个区间值为第三圆的半径，另一个区间值为将玻璃面下端点沿玻璃面法向偏移设定距离，得到第十一点，通过第一尖角点、第二尖角点和第十一点绘制第七圆，测出第七圆的半径；

2.2利用黄金分割法通过迭代计算，当得到螺旋线与玻璃面的最大间隙小于设定的目标玻璃跳动量时，确定与玻璃面最贴合的圆柱面半径以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线。

3.根据权利要求2所述的圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，其特征在于，步骤2.2进一步包括：

利用公式R＝a+(b-a)*0.618，计算得到R值，将R值带入到步骤1.4-1.13中，求解得到螺旋线与玻璃面最大间隙；

进行迭代计算，直到得到的螺旋线与玻璃面最大间隙小于设定的目标玻璃跳动量时，确定与玻璃面最贴合的圆柱面半径以及轴线位置，并绘制出最终版螺旋线。

4.根据权利要求2所述的圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，其特征在于，所述设定距离为0.1-0.5mm。

5.根据权利要求2所述的圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，其特征在于，所述目标玻璃跳动量为0.1-0.2mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的圆环面玻璃窗框导轨的设计方法，其特征在于，还包括步骤003：对车门玻璃进行运动过程仿真，测量车门玻璃的最大跳动量。

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