基于CATIA超级副本的雨刮刮拭图案的参数化设计

杜树浩

摘 要：文章主要介绍了一种基于CATIA高级应用超级副本（PowerCopy）的雨刮器刮拭图案的参数化建模设计方法。主要内容是通过人机对话的方式，在可视化交互的界面中进行设计输入，CATIA对输入的几何元素、尺寸参数等进行处理，自动生成A、B区和刮拭图案的3D模型，以及刮拭率的计算，极大的提高了工作效率。

关键词：CAITA;PowerCopy;参数化设计;雨刮器;刮拭图案;A、B区

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：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

近年来国内汽车市场呈现持续的大幅增长态势，市场的竞争也日趋激烈，为了抢占市场，新车型的开发周期愈来愈短，产品价格越来越低。国内各大汽车厂家及供应商也就越来越重视产品的平台化建设，大到动力总成小到雨刮器零部件，逐渐开始实现平台化，大量的零部件可以直接借用，其主要优点有：（1）缩短了零部件的开发周期;（2）节省了产品的设计、模具、工装夹具、实验验证等一系列的开发成本;（3）提高了生产线的利用率…等等。

1 超级副本的参数化建模

1.1 超级副本的实质

CATIA高级应用超级副本是参数化设计计算的拓展，其实质是参数化和“宏”的结合，即在交互式环境中输入参数，“宏”调用输入参数，批处理建模操作过程，自动生成零件模型和计算。

1.2 超级副本的基本操作原理

在使用超级副本建模之前，需先建立一个UDF模型， UDF模型是一组组合在一起的可重复使用的特征，这些特征包括几何元素（如点、线、面、实体等）、尺寸参数、关系式等，完成上述特征的参数化建模后还需要进行超级副本的定义，主要包括输入元素的选择和参数的发布等。调用UDF模型进行建模的具体操作步骤分为：在CATIA中依次点选“开始”→“机械设计”→“线框和曲面设计”→“插入”→“从文档实例化”，超级副本会把UDF模型的所有特征完整的复制到新创建的模型中，然后通过更改输入参数值，完成新模型的建模;也可以在调用UDF时先更改参数，然后CATIA会按照UDF模型的建模顺序和逻辑关系直接建立一个新的模型，如图1所示。

1.3 超级副本建模的优势

传统的参数化建模是把该模型的尺寸用参数关联，建立零件库或者设计表，但遇到需要参考不同的输入进行建模的情况，如果输入的坐标系和之前参数模型不同，需要进行修改，当模型比较复杂的时候，很可能会报错无法修改。

而超级副本是一种威力强大的复制工具，特别适用于一些复杂的“相似零件”的建模，使用操作非常简便，可以使设计人员从大量复杂的重复性的设计、计算和绘图中解脱出来，降低了对设计人员的技能要求，大大提高工作效率，也提高了产品设计的准确性和确保了尺寸标准化设计。

2 雨刮器刮拭图案的设计规范

2.1 法规对视野面的要求

汽车雨刮器最主要的功能是在雨雪天气刮拭风挡玻璃的雨雪，为驾驶员提供良好的视野， GB15085-2013《汽车风窗玻璃刮水器和洗涤器性能要求和实验方法》对刮水器的刮刷面积覆盖率要求值为A区98%以上，B区80%以上，而有些整车厂为了提供更好的视野，要求值为A区100%以上，B區90%以上，如表1所示。

2.2 其他布置要求

除了对刮刷面积覆盖率要求外，还需要考虑玻璃下边界、进气格栅、A柱、玻璃上边界、雨量传感器以及刮拭范围的协调性等因素，如图2所示，不同整车厂的要求略有差异。

3 超级副本在雨刮器刮拭图案设计中的应用

3.1 刮拭图案的UDF模型创建及应用案例

3.1.1 刮拭图案的输入元素

输入元素为：玻璃面、玻璃下边界、A柱右边界、A柱左边界、主刮旋转点、副刮旋转点，如图3所示。输入参数为：主、副刮片长度，主、副刮片距离玻璃下边界的角度，主、副刮片驻角，主刮片与A柱右边界距离，副刮片与A柱左边界距离等，如图4所示。

3.1.2 建立刮拭图案UDF模型

刮拭图案建立模型的过程从略，最终创建的刮拭图案UDF模型如图5所示，该模型根据给定的玻璃面、玻璃边界以及相应的边界条件，自动计算出摆角大小，并生成刮拭图案，同时考虑了摆角误差为±1.5°，以及刮拭图案初始位置和极限位置过刮3°的情况。

3.1.3 生成新玻璃面的刮拭图案模型

以另一块新的玻璃面作为应用案例，调用之前创建刮拭图案UDF模型，并依次定义输入元素和参数，如图6所示。然后生成该玻璃的刮拭图案，如图7所示。该刮拭图案的主要参数如表2所述：

3.2 视野面A、B区的UDF模型创建及应用案例

3.2.1 创建A、B区的UDF模型

视野面A、B区的画法在GB11562-1994《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》中有详细的描述，不做赘述。A、B区的UDF模型创建及应用原理与上文相同，输入元素为：H点、玻璃面、ZX平面、XY平面，输入参数为座椅靠背角度，创建的A、B区UDF模型如图8所示。

3.2.2 生成新玻璃棉的A、B区模型

以另一块新的玻璃面作为应用案例，调出之前创建的A、B区的UDF模型，并依次定义输入元素，座椅靠背角度为22度。然后即可生成新玻璃面的A、B区的3D模型，之前创建的UDF模型的特征已经完全复制到新的玻璃面数据中，如图9所示。

3.3 刮拭率的计算UDF模型创建及应用案例

刮拭率即主刮区域和副刮区域在A区和B区的覆盖率，UDF模型创建与应用的原理都是相同的，不在赘述，仅展示应用效果如图10所示。

4 总结

本文以CATIA高级应用超级副本（PowerCopy）为研究对象， 创建了雨刮A区和B区、刮拭图案、刮拭率计算的UDF模型，借助公司平台广泛应用于国内外各个汽车厂家的多个车型刮拭范围的设计，极大的提高了设计效率，可节省80%的时间。通过本文的研究应用，可以进一步扩大应用于汽车、船舶、航空、航天等各种领域，将广大CATIA应用设计者从枯燥冗繁的设计工作中解脱出来。

参考文献

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