基于CATIA 的客车推拉窗玻璃参数化三维设计

2020-03-09张普晖杨红华刘天洋

客车技术与研究 2020年1期

张普晖，张娟，杨红华，刘天洋，郑能

(中国重汽集团汽车研究总院，济南 250100)

根据行业经验，大部分客车侧窗均采用将活动窗的推拉结构粘接到开洞的固定玻璃上的内置式推拉结构。由于其外形尺寸多变，导致三维模型设计通用性差，重复性工作占比高。本文结合实际案例，介绍一种客车内置式推拉侧窗玻璃的参数化三维设计方法。该方法可减少重复性工作，提升工作效率[1-3]。

1 归纳内置式推拉窗玻璃类型

内置式推拉侧窗由固定玻璃、活动玻璃、铝合金边框型材、把手、排水孔及外盖、胶层、毛刷等构成，对同一车型而言，如把手、排水孔及外盖等均为标准化零件，而固定玻璃、活动玻璃仅外观尺寸略有差别，具有较强的设计规律[4]。以我司常规的城市客车内置式推拉窗玻璃为例，大致有两种常见结构形式，如图1所示。

2 构建参数化三维模型及应用

CATIA参数化设计通过改变已建立图形的几何尺寸约束而驱动改变零部件的设计尺寸。图纸几何尺寸约束以零部件参数的形式体现，主要包括一般尺寸参数和差异化参数。在CATIA中设置影响玻璃结构的控制变量参数，构建玻璃的三维数模特征，在知识工程模块中运用公式和规则命令建立变量与特征的关系[5-6]，实现通过输入变量参数值，快速得到目标模型的效果。

对内嵌推拉窗玻璃设计而言，首先必须确定车型的龙门曲线，再根据车身结构匹配推拉窗玻璃的整体尺寸，最后由侧窗的特殊要求定义透明区和洞口。由于推拉窗装配位置和功能的不同，洞口可能在左或在右，长条形透明区可能在上、在下或省去。此外，当长条形透明区仅为满足乘客视野和车内采光的需要时，其高度可设为常量，左右边界可与推拉部分对齐；当长条形透明区作为安装在此处的路牌等屏幕显示装置的显示区时，其尺寸应能根据所需区域大小手动调整。

2.1 龙门曲线输入

龙门曲线是侧窗玻璃外弧面造型的决定因素[7-8]。以我司第三代城市客车造型平台为例，其龙门曲线以车长为细分要素，主要有8～10 m、11～12 m两种。两种龙门曲线的下部几乎重合，而上部区别较大，其中较高的是11～12 m的，较低的是8～10 m的，如图2所示。将两种龙门曲线分别拷贝进新建零件(cebo-20190320.Part)的草图中，并以底部为基准将两者对齐。

(a)两种龙门曲线

2.2 设置变量参数

图3 建立的参数列

归纳出控制模型所需的全部变量参数，其中，一般尺寸参数有图3中的①～⑧；差异化参数有图3中的⑨～。图3中①～④主要控制内嵌推拉窗的安装位置、侧弧曲线和玻璃的整体尺寸，如“整车长度”参数用来控制龙门曲线的选择，为多值字符串类型参数，共有两个值“8～10 m”和“11～12 m”，分别对应两种龙门曲线，运用规则命令建立对应选择关系。

在CATIA的创成设计或零件设计中打开公式编辑器，新建变量参数，建立好的参数在结构树中以参数列的形式显示，如图3所示[9]。

2.3 创建三维特征

创建推拉窗玻璃三维模型的流程如图4所示。

图4 创建推拉窗玻璃三维模型的流程

为了便于观察和后期生成工程图，将玻璃黑区、透明区、网点区、洞口区作为相互独立的几何体分别加厚成型，以形成清晰边界。而在实际的设计和生产中，除了洞口之外，其他各区域仅是在同一片玻璃上用印刷工艺制作不同颜色或图形的涂层，即玻璃黑区是将相应区域印刷成黑色，透明区是将相应区域留白，网点区是在黑区和透明区之间印刷的点状阵列图形带，起视觉过渡和缓和温度不均引起的应力集中的作用。洞口区则是在相应区域开洞。

此外，内置式推拉窗一般选用铝型材，大致分为上边型材、下边型材、洞口处型材，型材截面、型材与洞口及透明区的相对位置关系均恒定。流水槽位于下边型材两端处，它和铝框型材两端的相对距离也为定值[10]。诸如毛刷、胶层等细小部件，由于对玻璃整体模型的影响较小，故忽略不计。

2.4 编写关系

创建完成的关系列表如图5所示，其中用””符号区分参数的层级。图5中的公式用来控制参数间恒定的代数关系；规则表示用编程语句处理较复杂的情况，包括有条件判断的参数关系[12]，例如“规则1”用来控制“整车长度”参数的不同值对龙门曲线的影响，如图6所示。

图5 关系列表

图6 “规则1”的语句及逻辑关系

“规则2”用来控制“长条形透明区”的值对长条形透明区的有无及尺寸的影响，其逻辑关系如图7所示。其他规则的使用与此类似。

图7 “规则2”的逻辑关系

至此，基本完成侧窗三维参数化模型的创建。

2.5 参数化三维设计的应用

以创建一个新的左前部侧窗(驾驶员窗)三维模型为例，介绍该参数化三维设计的用法：首先用前文参数创建一个侧窗参数化三维基本模型，如图8(a)所示。然后在图3所示的参数列有关栏中修改为新模型的有关参数值：下缘距地板骨架700 mm；采用8～10 m龙门曲线；玻璃高度1 500 mm；玻璃宽度1 200 mm；上黑区宽度300 mm；下黑区宽度150 mm；左黑区宽度200 mm；右黑区宽度100 mm；长条形透明区在下，尺寸按默认值；洞口在右；玻璃厚度5 mm。如下缘距地板骨架700 mm，双击参数①“玻璃下边线距地板骨架高度”由688 mm修改为700 mm即可。

要修改的全部参数值输入完毕后，模型特征自动调整便得到所需的新模型，如图8(b)所示。