基金项目:
国家自然科学基金资助项目(51275145)  作者简介:
鲁军(1986—),男,河南周口人,合肥工业大学在读硕士研究生,现在上海微电子装备有限公司工作,主要从事数字化设计与制造研究。
基于CAA-RADE的轮胎三维花纹
参数化设计的实现
鲁 军1,董玉德1,李廷照1,张方亮2,刘彦超2,杨 洋2
(1.合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009;2.佳通乘用子午线轮胎有限公司,安徽合肥 230601
)  摘要:
为了实现轮胎花纹的快速设计,提出一种基于CAA-RADE的轮胎三维花纹参数化设计方法。在讨论轮胎花纹关键问题的基础上,给出了轮胎花纹沟曲面创建的基本方法;采用VC++语言作为C
ATIA软件的二次开发工具,并借助CATIA的组件开发环境,实现轮胎三维花纹的参数化设计;给出了轮胎三维花纹参数化设计的实例。测试结果表明,该程序可以减少轮胎花纹设计过程中存在的大量重复性劳动,使轮胎花纹设计更加简单和高效。  关键词:
轮胎;三维花纹;参数化设计  中图分类号:U463.341;TP391.72  文献标志码:A  文章编号:1006-8171(2014)05-0272-
05  伴随着汽车工业的高速发展,
轮胎行业受到越来越多的重视。随着轮胎的种类越来越多,轮胎花纹的更新速度越来越快,各种新的轮胎花纹不断出现,
相应的花纹形状越来越复杂,对轮胎的质量要求也就越来越高[
1]
。由于轮胎花纹不仅与轮胎表面发热、
耐磨性、排水以及噪声等有密切的关系,而且对汽车的牵引、制动、转弯、操纵性能及汽车驾驶的安全性和舒适性有直接影响[2-
3],因此
轮胎设计对汽车尤为重要。当前主流的三维软件
都提供了二次开发接口
暗黑破坏神3什么职业好玩
[4]
,使用户能在软件本身
功能的基础上开发出新的功能模块,满足特定的需求。CATIA作为一款功能强大的三维CAD
软件在轮胎行业中的应用已经相当普遍。轮胎企业为了提高效率和市场竞争力,必然有快速开发新产品、形成自身产品特的需求,针对CATIA软件进行二次开发也就变得非常重要。CATIA为用户提供的二次开发接口和开放式的内部命令集合为用户二次开发带来了方便
[5]
为了提高轮胎花纹的设计效率、规范设计流程,本研究提出以CAA-RADE作为CATIA的二
次开发方式,实现轮胎花纹的参数化设计。
1 程序开发环境
CAA是法国达索公司提供的开放开发平台。它涵盖了二次应用、系统扩展和系统集成3个领域,可以实现CATIA的几乎所有功能的开发工作,是CATIA二次开发中应用最广泛、
功能最强大的开发方式[6-
7]。CAA是通过快速应用开发环
境RADE以及众多的用户接口来实现程序开发
的[8]
。RADE作为一个可视化的编程环境,
以VC++语言为载体,在其中添加用于CAA二次
开发的各种工具,并有相应API函数库可供调用。CATIA本身是按照组件模型建立起来的,用户可以通过开发自己的CAA组件,对CATIA进行扩展,也可以把自己开发的CAA组件结合起
来,实现用户自定义应用,非常有利于用户的使用和集成。
董卿简历
2 轮胎花纹关键问题2.1 轮胎花纹的特点
轮胎花纹的形状是由花纹沟引导线和花纹沟截面决定的。一种典型花纹沟样式如图1所示。
该花纹由多种不同类型的花纹沟组成,花纹沟自身的特点及相互间的交错形式决定了整个轮胎的形状。轮胎花纹展开图[图1(a)]反映了组成花纹沟的样条曲线,样条曲线用于控制花纹沟的走向,并决定花纹沟的基本形状。花纹沟的精
(a
花纹展开(b
)花纹截面图1 典型花纹沟样式
确设计则需要相应的花纹截面图[图1(b)]来实现,花纹截面图包含花纹沟截面的样式及具体参数。综合利用花纹展开和截面图,并借助CATIA软件,就可设计各种精确的三维花纹。
2.2 花纹沟截面参数的选择
在轮胎花纹设计过程中,经常出现花纹沟截面参数选择不当
[9]
,导致无法生成轮胎三维花纹
沟的情况。以图2所示花纹沟截面为例,讨论花纹沟截面参数对花纹沟的影响
图2 花纹沟截面参数
该截面有2个花纹沟壁、两个沟底圆弧和一个沟底面组成。考虑到沟底圆弧的半径远大于沟底圆角的半径,可以将沟底近似简化为一条直线。沟底宽度W可以表示为
W≥rLtan(12θL)+rRtan(12
θR
)(1)式中,rL和rR分别表示两边的圆弧半径,θL和θR分别表示两边的花纹沟壁与沟底面间的夹角。
式(1
)是花纹沟生成所需的必要条件。当两沟底圆弧相交于一点时,式中的等号就会成立。针对花纹沟圆弧相交一点的情况,从以下两方面进行讨论。
(1
)两沟底圆弧半径相同,沟底曲面就成为一个全圆角。该种花纹沟具有较好的连续性,全圆角半径rf可以表示为
rf=W/[tan(12θL)+tan(12
θR)]
(2)  (
2)两沟底圆弧半径不同,沟底曲面由两个相交的圆弧组成。两圆弧半径比α可以表示为α=rR/rL
  沟底两圆弧半径分别表示为
rL=W/[tan(12θL)+αtan(12
θR)](3
)rR=W/[1α
tan(12θL)+tan(12θR)]
(4)2.3 花纹沟曲面创建方法
根据轮胎花纹的特点以及CATIA软件现有的建模方法,可以使用CATIA提供的创成式曲面设计模块进行建模,花纹设计流程如图3所示。在该设计方法中,轮胎花纹沟壁曲面使用CATIA提供的Sweep命令来生成。通过选择映射到光胎曲面上的花纹曲线,并给定花纹沟曲面生成所需的参数,可以实现花纹沟曲面特征自动建模的参数化设计
图3 花纹沟曲面创建方法
3 参数化设计实现
3.1 程序总体设计
使用CAA-RADE开发方式对轮胎花纹进行参数化设计的目的是简化设计中的操作步骤,使重复性的工作由计算机自动完成。当需要使用相
应的功能模块时,选择相应的功能按钮就可调用对话框,通过输入所需参数,自动生成所要的轮胎花纹沟曲面,并在CATIA的特征树中生成对应的特征。总体程序设计流程如图4所示。程序开发过程是在VC++环境下进行的,其中接口设计模块实现程序所需接口的定义,交互界面实现模块是用户实现交互操作的窗口,
功能实现模块通过调用CATIA提供的API(App
lication Pro-gramming 
Interface)函数实现轮胎花纹设计
。图4 总体程序设计流程
3.2 接口实现模块
接口设计部分需要为程序定义新的接口,并能满足对程序所需数据进行读写操作的要求。该接口共有两部分组成,分别为变量操作接口和变量初始化接口。
(1
)变量操作接口可以实现对程序所需参数的操作,方便程序对参数的管理和调用。相关代码如下:virtual HRESULT SetCurve1(CATISpecObj
ect_var ispCurve1)=0;virtual CATISpecObj
ect_var GetCurve1()=0;
//几何特征操作函数该接口通过定义一组虚函数的对象实现对用户对象的调用,
保证系统数据的稳定性。(2
)变量初始化接口实现对变量的初始化,为程序的执行创造条件。相关代码如下:
virtual GTTIGroove*CreateGroove(CATIS-
pecObject_var isp
Curve1,…)=0;该虚函数包含程序执行所需的基本参数,功能类似于构造函数,通过调用此函数,可以实现对函数变量赋初值的目的。3.3 交互界面实现模块
交互界面实现模块是在CATIA窗口中添加工具条按钮和对话框。通过单击按钮可以调用对话框,输入相关的参数可以生成轮胎花纹沟特征模型。
(1)工具条的定义可以通过MacDeclare-
Header类创建命令头实现。使用宏命令MacDe-
江苏高考总分多少clareHeader定义命令头;使用CreateCommands函数实现插入按钮对相应函数的调用;使用crea-teToolbars函数定义工具条和命令按钮;
使用NewAccess宏创建函数的入口,通过SetAccess-Command宏可以将命令头与按钮相连,SetAc-
cessChild宏则可以使命令按钮顺序连接到入口。(2)创建对话框Dialog
。使用Add CAAV5Item→CATIA Resource→Dialog命令,
添加对话框创建窗口。利用RADE提供的对话框创建工具面板,可以创建CATIA风格的对话框,程序对话框如图5所示
图5 程序对话框
(3)创建命令调用Command
。对话框的调用和功能模块的实现需要借助Command来实现。使用Add CAAV5Item→CATIA 
Resource→Command命令,添加命令创建模块。通过调用Build函数可以实现对话框的显示。通过为
BuildGraph函数添加响应的代码,可以实现控件与用户的交互以及功能实现模块的调用。3.4 功能实现模块
功能实现模块用来实现轮胎三维花纹参数化特征的创建,程序主要分为StartUp的创建和特征创建两部分。
(1)StartUp创建。CAA实现用户自定义特征的创建方法是通过创建新的StartUp来完成实
例化生成特征的过程[10]
。在StartUp中可以定
义输入输出以及该特征的功能属性,通过实例化就可以得到新特征,该特征可以在CATIA的设计树上显示并能对其进行操行。创建StartUp的
过程如下。
a)应用CreateCatalog全局函数创建一个可以存储StartUp的库(catalog)。
b)使用CATOsmSUFactory全局函数创建一个新的StartUp工厂(factory)。
c)为定义好的StartUp添加特征的属性值。
(2)特征创建。作为整个程序的核心,特征的创建通过调用CATIA提供的API函数实现轮胎花纹参数化。程序实现的功能是生成轮胎花纹沟曲面,特征生成过程就是上述的花纹设计过程。具体实现过程如下。
a)创建一个扩展的接口,实现对特征属性的访问。一般在该接口中定义设置和获取自定义特征各种属性的方法。该接口是通过继承已经定义的接口实现的,所有的函数也是从相应接口的纯虚函数继承而来。在本程序中接口的作用是获得轮胎花纹曲面所需的曲线和曲面,并输入相关的参数。
b)创建一个可以对特征进行实例化的工厂(factory),其作用是调用已经创建好的catalog,获取StartUp,实现对自定义特征的实例化,并设置其参数属性。本程序主要是创
建扫描曲面,通过获取StartUp对特征实例化并设置相关属性。
c)为程序添加组件扩展。该扩展是从CAT-IBuild接口继承而来,可以实现新特征的创建及更新。程序主要实现定义更新错误、获得新的输入参数、定义接口变量、定义特征实现过程、特征的发布及输出。
4 参数化设计应用实例
采用轮胎三维花纹参数化设计方法,并将创建的功能模块集成到CATIA系统的GSD模块中,方便用户调用。
程序应用实例如图6所示。从图6可以看出,应用轮胎花纹参数化设计模块可以较快地生成花纹沟曲面。然后,设计人员只需对花纹沟相互之间的交汇进行修剪处理就可以得到完整的花纹沟曲面。
由此可见,在轮胎花纹的设计过程中,通过应用参数化设计方法,既减轻了设计人员的劳动强度,又提高了开发效率
图6 轮胎花纹沟创建实例
5 结语
很多轮胎企业和科研院校已经意识到轮胎参数化设计的重要性,为此开发了一系列的轮胎辅助设计软件,但多是基于AutoCAD绘图软件进行开发,因此在三维设计软件非常普及的今天很难得到广泛的应用。随着CATIA软件在轮胎开发中的广泛应用,迫切需要开发出基于CATIA平台的轮
重庆中考时间2022年具体时间胎设计系统。
本工作采用CAA-RADE开发方式对CAT-IA进行二次开发,创建了轮胎花纹参数化设计程序,可提高轮胎的设计效率,同时也对以后的深入开发具有借鉴意义。
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收稿日期:2013-11-25
Parametric Design for 3DTire Pattern Based on CAA-RADE
LU Jun1,DONG Yu-de1,LI Ting-zhao1,ZHANG Fang-liang2,LIU Yan-chao2,YANG Yang2(1.Hefei University of Technology,Hefei 230009,China;2.Giti Passenger Radial Tire Co.,Ltd,Hefei 230601,China)
Abstract:In order to achieve rapid design of tire pattern,aparametric design method for 3Dtirepattern based on CAA-RADE was presented.The design method of tire pattern surface was proposedbased on analysis of key issues of tire pattern.The parametric design was then achieved by adoptingVC++as CATIA secondary development tool and using component development environment ofCATIA,and an example of 
3Dtire pattern parametric design was presented.The test results showedthat,this method could reduce large amount of repetitive work during tire pattern design process,andmake tire pattern design simpler and more efficient.
Key words:tire;3Dpattern;parametric design
江苏圣奥携手新加坡GMG GLOBAL首席赞助米其林必比登挑战赛
中图分类号:F276.7  文献标志码:D
2014年3月25日,江苏圣奥化学科技有限公司(简称江苏圣奥)宣布,将联合同属中化国际(控股)股份有限公司的新加坡GMG GLOBAL公司成为米其林必比登挑战赛首席赞助商,向全球交通行业展示最新技术解决方案,与合作客户共同探讨应对道路交通可持续发展所面临的挑战。
江苏圣奥以引领橡胶化学品行业的绿发展为使命,致力于成为全球橡胶化学品用户的最优选择。公司专注于橡胶化学品的研发、生产及营销服务,产品包括防老剂PPD以及中间体RT培司、不溶性
硫黄和高纯度防老剂TMQ等,业务范围覆盖全球50多个国家和地区,拥有海内外员工1 500多名。
GMG GLOBAL有限公司致力于在欧美及亚洲市场成为天然橡胶(NR)领域世界一流的综合供应服务商,其总部设在新加坡,经营范围包括从非洲到亚洲超过10亿m2的天然橡胶树种植园,以及分布在泰国、印度尼西亚等地超过10家的NR加工企业,年产能达到37万t。
米其林必比登挑战赛是以实现清洁、安全、便利、连接畅通和经济实用的交通为目标的创新型“思想与行动”智库,已连续举办11届。江苏圣奥董事长覃衡德表示:“米其林必比登挑战赛以展示各类创新技术为主题,也曾推动多项新技术得以实践,与江苏圣奥的引领橡胶化学品行业绿发展理念非常契合。道路交通移动领域的创新是各项新型技术综合应用的成果,其中包括橡胶化学品。江苏圣奥将坚持自己的绿发展理念,通过技术的持续创新,加深与客户的合作关系并推动中国橡胶化学品行业的绿发展,共同应对道路交通领域面临的重大挑战。”
第12届米其林必比登挑战赛将于2014年11月11—15日在中国成都举办,这是继2004和2007年在上海成功举办后再次来到中国。自1998年创立至今,该赛事已成为关注和探讨“可持续交通相关问题和挑战”的全球性盛会。在过去的11届赛事中很少见到中国上游橡胶化学品企业的身影。此次江苏圣奥以第一家中国橡胶化学品企业的身份赞助该项赛事,将与道路使用者、汽车制造
商、零部件供应商、公共和私营运营商、能源机构、科研院所等来自交通领域各方共同推广道路交通可持续发展,彰显其雄厚的技术实力和引领行业绿发展的决心。
(本刊编辑部 储 民)