基于CATIA超級副本的雨刮刮拭圖案的參數化設計

杜樹浩

摘 要：文章主要介紹了一種基于CATIA高級應用超級副本（PowerCopy）的雨刮器刮拭圖案的參數化建模設計方法。主要內容是通過人機對話的方式，在可視化交互的界面中進行設計輸入，CATIA對輸入的幾何元素、尺寸參數等進行處理，自動生成A、B區和刮拭圖案的3D模型，以及刮拭率的計算，極大的提高了工作效率。

關鍵詞：CAITA;PowerCopy;參數化設計;雨刮器;刮拭圖案;A、B區

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）13-71-03

Parametric Design of Wipe Pattern Based on CATIA Power Copy

Du Shuhao

（Chengdu Huachuan Electric Parts Co.， Ltd， Sichuan Chengdu 610106）

Abstract： This article mainly introduces a parametric modeling design method of wiper pattern based on CATIA advanced application PowerCopy. The main content is through human-machine dialogue， design input in the visual interactive interface， CATIA processes the input geometric elements， dimensional parameters， etc.， automatically generates 3D models of A， B area and wipe pattern， and calculates the wipe rate， which greatly improves the work efficiency.

Keywords： CAITA; Power Copy; Parametric Design; Wiper System; Wiper Pattern; A、B Area

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）13-71-03

前言

近年來國內汽車市場呈現持續的大幅增長態勢，市場的競爭也日趨激烈，為了搶占市場，新車型的開發周期愈來愈短，產品價格越來越低。國內各大汽車廠家及供應商也就越來越重視產品的平臺化建設，大到動力總成小到雨刮器零部件，逐漸開始實現平臺化，大量的零部件可以直接借用，其主要優點有：（1）縮短了零部件的開發周期;（2）節省了產品的設計、模具、工裝夾具、實驗驗證等一系列的開發成本;（3）提高了生產線的利用率…等等。

1 超級副本的參數化建模

1.1 超級副本的實質

CATIA高級應用超級副本是參數化設計計算的拓展，其實質是參數化和“宏”的結合，即在交互式環境中輸入參數，“宏”調用輸入參數，批處理建模操作過程，自動生成零件模型和計算。

1.2 超級副本的基本操作原理

在使用超級副本建模之前，需先建立一個UDF模型， UDF模型是一組組合在一起的可重復使用的特征，這些特征包括幾何元素（如點、線、面、實體等）、尺寸參數、關系式等，完成上述特征的參數化建模后還需要進行超級副本的定義，主要包括輸入元素的選擇和參數的發布等。調用UDF模型進行建模的具體操作步驟分為：在CATIA中依次點選“開始”→“機械設計”→“線框和曲面設計”→“插入”→“從文檔實例化”，超級副本會把UDF模型的所有特征完整的復制到新創建的模型中，然后通過更改輸入參數值，完成新模型的建模;也可以在調用UDF時先更改參數，然后CATIA會按照UDF模型的建模順序和邏輯關系直接建立一個新的模型，如圖1所示。

1.3 超級副本建模的優勢

傳統的參數化建模是把該模型的尺寸用參數關聯，建立零件庫或者設計表，但遇到需要參考不同的輸入進行建模的情況，如果輸入的坐標系和之前參數模型不同，需要進行修改，當模型比較復雜的時候，很可能會報錯無法修改。

而超級副本是一種威力強大的復制工具，特別適用于一些復雜的“相似零件”的建模，使用操作非常簡便，可以使設計人員從大量復雜的重復性的設計、計算和繪圖中解脫出來，降低了對設計人員的技能要求，大大提高工作效率，也提高了產品設計的準確性和確保了尺寸標準化設計。

2 雨刮器刮拭圖案的設計規范

2.1 法規對視野面的要求

汽車雨刮器最主要的功能是在雨雪天氣刮拭風擋玻璃的雨雪，為駕駛員提供良好的視野， GB15085-2013《汽車風窗玻璃刮水器和洗滌器性能要求和實驗方法》對刮水器的刮刷面積覆蓋率要求值為A區98%以上，B區80%以上，而有些整車廠為了提供更好的視野，要求值為A區100%以上，B區90%以上，如表1所示。

2.2 其他布置要求

除了對刮刷面積覆蓋率要求外，還需要考慮玻璃下邊界、進氣格柵、A柱、玻璃上邊界、雨量傳感器以及刮拭范圍的協調性等因素，如圖2所示，不同整車廠的要求略有差異。

3 超級副本在雨刮器刮拭圖案設計中的應用

3.1 刮拭圖案的UDF模型創建及應用案例

3.1.1 刮拭圖案的輸入元素

輸入元素為：玻璃面、玻璃下邊界、A柱右邊界、A柱左邊界、主刮旋轉點、副刮旋轉點，如圖3所示。輸入參數為：主、副刮片長度，主、副刮片距離玻璃下邊界的角度，主、副刮片駐角，主刮片與A柱右邊界距離，副刮片與A柱左邊界距離等，如圖4所示。

3.1.2 建立刮拭圖案UDF模型

刮拭圖案建立模型的過程從略，最終創建的刮拭圖案UDF模型如圖5所示，該模型根據給定的玻璃面、玻璃邊界以及相應的邊界條件，自動計算出擺角大小，并生成刮拭圖案，同時考慮了擺角誤差為±1.5°，以及刮拭圖案初始位置和極限位置過刮3°的情況。

3.1.3 生成新玻璃面的刮拭圖案模型

以另一塊新的玻璃面作為應用案例，調用之前創建刮拭圖案UDF模型，并依次定義輸入元素和參數，如圖6所示。然后生成該玻璃的刮拭圖案，如圖7所示。該刮拭圖案的主要參數如表2所述：

3.2 視野面A、B區的UDF模型創建及應用案例

3.2.1 創建A、B區的UDF模型

視野面A、B區的畫法在GB11562-1994《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》中有詳細的描述，不做贅述。A、B區的UDF模型創建及應用原理與上文相同，輸入元素為：H點、玻璃面、ZX平面、XY平面，輸入參數為座椅靠背角度，創建的A、B區UDF模型如圖8所示。

3.2.2 生成新玻璃棉的A、B區模型

以另一塊新的玻璃面作為應用案例，調出之前創建的A、B區的UDF模型，并依次定義輸入元素，座椅靠背角度為22度。然后即可生成新玻璃面的A、B區的3D模型，之前創建的UDF模型的特征已經完全復制到新的玻璃面數據中，如圖9所示。

3.3 刮拭率的計算UDF模型創建及應用案例

刮拭率即主刮區域和副刮區域在A區和B區的覆蓋率，UDF模型創建與應用的原理都是相同的，不在贅述，僅展示應用效果如圖10所示。

4 總結

本文以CATIA高級應用超級副本（PowerCopy）為研究對象， 創建了雨刮A區和B區、刮拭圖案、刮拭率計算的UDF模型，借助公司平臺廣泛應用于國內外各個汽車廠家的多個車型刮拭范圍的設計，極大的提高了設計效率，可節省80%的時間。通過本文的研究應用，可以進一步擴大應用于汽車、船舶、航空、航天等各種領域，將廣大CATIA應用設計者從枯燥冗繁的設計工作中解脫出來。

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