摘 要：提出了一种基于CAD的汽车侧窗双曲率玻璃面与导轨导线的拟合方法。该方法利用螺旋线的旋转和运动特性，并结合CATIA的二次开发工具，具有高效，精准等特性。在实际项目中，实现了拟合出的玻璃面与造型偏差控制在0.05mm，基于拟合的玻璃面做出的玻璃能够实现在玻璃面上的无偏差运动。说明该方法及开发出的工具设计合理，精准、高效。
关键词：车门玻璃；导轨导线；双曲率玻璃面；拟合 CATIA二次开发
中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）05-0008-04
Design and Research of Automotive Door Glass Surface and Guide Rail Based on CAD
HU Guang-xin， WANG Liang
（ FAW-Volkswagen Automobile co.Ltd， Changchun130011， China ）
Abstract： A method of fitting the double-curvature glass surface and guide rail of automobile side window based on CAD is proposed. The method uses the helix rotation and motion characteristics， combined with CATIA secondary development tools， with high efficiency， precision and other characteristics. In the actual project， the glass surface and the design deviation are controlled at 0.05mm， and the glass based on the fitted glass surface can realize the unbiased movement on the glass surface. Indicating that the method and the development of the tool design is reasonable， accurate and efficient.
Key Words： Automotive Door Glass； Guid Rail； Double-curvature Glass Surface； Fitting CATIA Secondary Development
1 前言
汽车侧窗玻璃面是汽车车门开发的基础，也是汽车造型和车身设计的难点。笔者所在公司的汽车车身造型设计越来越强调流线型，因此，车门玻璃均采用双曲率的玻璃面。所谓双曲率玻璃面，是指在升降方向和车身长度2个方向上，玻璃面的曲率都大于零。采用双曲率玻璃面的车窗玻璃的升降运动是上下沿某轴转动和侧向滑移运动的合成，这种复杂的复合运动对玻璃曲面和导轨导线的设计提出了很高的要求。如果设计不合理，将导致玻璃在运动的过程中与玻璃面产生较大的偏差，而导致玻璃升降困难甚至卡死。
近年来，汽车厂商对于双曲率玻璃面已经得到了较广泛的应用，部门学术界也对不同形式的双曲率玻璃面做了一定的研究。如高云凯等[1] 和雷雨成等[2]采用圆环面来拟合双曲率玻璃面，但笔者在实际车型开发的过程中，发现使用该方法所拟合出的玻璃运动偏差较大，约在3mm左右。后来，同济大学的高大威[3]和广汽长丰研发中心的李传经[4]提出了基于鼓形面的车门玻璃，并基于鼓形线原理设计了玻璃导轨。笔者在实际的车型开发应用中，发现该方法拟合出的玻璃面虽然与造型的流线型匹配度较好，但受限于玻璃面本身运动特性和旋转轴的选取，玻璃的运动偏差也基本上都在0.6mm左右。无论是圆环面还是鼓形面来拟合玻璃面，在实际的车型开发中，均存在如下的问题：
1.受圆环面和鼓形面几何本身特征因素的影响，虽然玻璃下降的过程中，有下降方向和车身方向两个运动，但该2个运动不能完全补偿，从而导致较大偏差；
2.无论是圆环面还是鼓形面，均只能先拟合出玻璃面，再根据玻璃面拟合导轨导线，2次拟合的误差叠加，从而导致较大偏差。
笔者结合所在公司的某一款车型，对侧面玻璃进行了双曲率玻璃面和玻璃引导线的同时拟合。并结合CATIA的二次开发工具，使用迭代算法，实现对拟合玻璃面和导轨导线的偏差控制。通过运动分析，拟合出的玻璃面与原玻璃面最大偏差小于0.05mm，基于拟合的玻璃面做出的玻璃能够实现在玻璃面上的无偏差运动。说明该方法及开发出的工具设计合理，准确。
2 设计理论
由于双曲率汽车侧窗玻璃半径，从后视图看，在B柱附近半径最大，且往车身前后方向逐步减小。以前门为例，側窗玻璃的前后边界的半径不同，后边界较大，前边界稍小，且由于B柱造型原因，导致前后边界线从侧面看是后倾的。而玻璃的边界则决定了玻璃的运动轨迹和升降器导轨的形状，因此，玻璃边界的定义，也是导轨导线定义的基础。为保证玻璃升降过程中的平顺，在理论上，就要求玻璃能严格沿着2个边界运动，即玻璃在上下升降的过程中，尽量减少车身前后方向与边界的偏离，和在车身左右方向与玻璃面的偏离。
为达到上述设计目标，通常将玻璃的升降运动拟合成沿某一轴线的旋转运动和沿该轴线方向上的偏移运动的组合。而玻璃面在此前的学术研究中，也经常被拟合成如下的几种形式：
A.圆柱面（见图1）：玻璃的升降可以上下运动和旋转运动，但玻璃的前后边界半径必须相等，是单曲率玻璃面，由于与现代造型偏差较大，因此，现在轿车厂商几乎不再使用；