一种车轮几何模型的快速重定位方法与流程

本发明涉及车轮设计，特别是涉及一种车轮几何模型的快速重定位方法。

背景技术：

1、根据强制性国家标准《gb 36581-2018汽车车轮安全性能要求及试验方法》，汽车车轮需要满足动态弯曲疲劳、动态径向疲劳和冲击性能要求后方可进行销售。在车轮交付制造之前，研发部门可以通过一系列的虚拟仿真和分析来预测车轮在不同工况下的强度、刚度、振动、疲劳寿命等性能，为车轮的设计提供指导性意见，并确保其符合规定的质量标准和性能要求。目前国内外车轮行业广泛采用ansys、abaqus、hyperworks等有限元分析软件来进行车轮的力学性能仿真，主要内容包括冲击性能、弯曲疲劳、径向疲劳、模态分析、静刚度和动刚度分析。

2、在进行车轮的虚拟仿真之前，通常需要从设计人员处获取车轮数模。然而，不同设计人员提供的数模存在坐标系设置不规范，定位不准确等问题，需要仿真工程师手动进行车轮几何模型的重定位，耗时耗力，极大地影响了工作效率。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明提供一种车轮几何模型的快速重定位方法，包括以下步骤

2、s1、识别车轮特征面，车轮特征面包括车轮安装面、中心孔和气门孔；

3、s2、分别对车轮安装面、中心孔和气门孔进行几何预处理；

4、s3、判断车轮安装面与xoz平面是否平行；如果不平行，转到步骤s4；否则转到步骤s5；

5、s4、进行第一次车轮几何旋转变换，旋转轴线为车轮安装面与xoz平面的交线的平行线，旋转角度为车轮安装面与xoz平面的夹角，旋转变换完成后车轮安装面与xoz平面平行；

6、s5、判断车轮安装面与xoz平面是否重合，如果不重合，转到步骤s6；如果重合，则转到步骤s7；

7、s6、进行第一次车轮几何平移变换，平移方向为y轴正方向，平移距离为q，最终车轮安装面平面方程为y=0；

8、s7、判断中心孔轴线是否在yoz平面上，如果不在，转到步骤s8；如果在，则转到步骤s9；

9、s8、进行第二次车轮几何平移变换，平移方向为x轴负方向，平移距离为中心孔轴线任意一点f的x坐标xf；

10、s9、判断中心孔轴线是否在xoy平面上，如果不在，转到步骤s10；如果在，则转到步骤s11；

11、s10、进行第三次车轮几何平移变换，平移方向为z轴负方向，平移距离为中心孔轴线上任意一点f的z坐标zf，最终中心孔轴线位置为(0,yf,0)；

12、s11、判断气门孔轴线是否在yoz平面上，同时判断气门孔是否在xoy平面上侧；仅当气门孔轴线在yoz平面上，且气门孔也在xoy平面上侧时，转到步骤s13；否则转到步骤s12；

13、s12、此时中心孔轴线通过坐标原点p(0,0,0)，气门孔轴线上任取一点为v(xv,yv,zv)，将点v和点p构成的线段记为辅助线段vp；进行第二次车轮几何旋转变换，将中心孔轴线和辅助线段vp确定的平面设置为辅助平面，旋转轴线为辅助平面与yoz平面的交线，旋转角度为辅助平面与yoz平面的夹角；

14、s13、输出重定位后的车轮几何模型。

15、本发明进一步限定的技术方案是：

16、进一步的，步骤s1中，车轮特征面识别有自动和手动两种方法；车轮特征面的自动识别包括：车轮安装面采用法兰安装面直径和中心孔直径识别，类型为同心圆构成的环形平面；中心孔采用直径识别，类型为圆柱面；气门孔采用直径识别，类型为圆柱面。

17、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s2中，几何预处理具体为：当车轮安装面的曲面为nurbs曲面时，将车轮安装面转换为平面；当中心孔和气门孔的曲面为nurbs曲面时，将中心孔和气门孔转换为圆柱面。

18、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s3中，几何预处理后的车轮安装面为平面，平面方程为：

19、ax+by+cz+d=0

20、其中，a、b、c分别为平面法向量nm=(a b c)的坐标，d为常数，平面与三个坐标轴(xy z)的截距分别为、以及；

21、xoy平面法向量为nxoy=(0 0 1),xoz平面法向量为nxoz=(0 1 0),yoz平面法向量为nyoz=(1 0 0)；

22、如果车轮安装面与xoz平面平行，两个平面的法向量也平行，则两个平面的法向量的向量积的模长为零；

23、

24、其中，nr1为车轮安装面和xoz平面法向量的向量积，nm为车轮安装面的法向量，nxoz为xoz平面法向量，i、j、k分别为x、y、z轴方向的单位向量，a、b、c为车轮安装面的法向量nm的坐标；

25、车轮安装面与xoz平面法向量的向量积的模长为

26、

27、如果模长小于误差值，则车轮安装面与xoz平面平行，反之则不平行；误差值设置为0.001。

28、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s4中，车轮安装面和xoz平面不平行，将第一次车轮几何旋转变换的旋转轴线记为旋转轴线一，旋转轴线一为车轮安装面与xoz平面的交线的平行线，即旋转轴线与车轮安装面和xoz平面的法向量均垂直，通过向量积即可得到旋转轴线一的方向向量nr1；

29、旋转轴线一通过固定点p(0,0,0)，方向向量为nr1；

30、车轮安装面与xoy平面的夹角为，车轮安装面与xoz平面的夹角为，车轮安装面与yoz平面的夹角为；

31、根据向量点积公式，得出车轮安装面与xoz平面的夹角余弦为：

32、

33、所以车轮安装面与xoz平面的夹角：

34、

35、其中，a、b、c为车轮安装面的法向量nm的坐标。

36、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s4中，车轮安装面已平行于xoz平面，即车轮安装面平面方程为y+q=0，如果q≠0，则车轮安装面与xoz平面不重合；如果q=0，则车轮安装面和xoz平面重合。

37、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s7中，中心孔轴线上的任意一点为f(xf,yf,zf)，方向向量为(0 1 0)，如果xf≠0，则中心孔轴线不在yoz平面上；如果xf=0，则中心孔轴线在yoz平面上。

38、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s9中，经第二次车轮几何平移变换后的中心孔轴线上任意一点坐标f(0,yf,zf)，方向向量为(0 1 0)，如果zf≠0，则中心孔轴线不在xoy平面上；如果zf=0，则中心孔轴线在xoy平面上。

39、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s11中，气门孔轴线上任取一点为v(xv,yv,zv)，如果xv=0，且zv>0，则气门孔轴线在yoz平面上，同时气门孔也在xoy平面上侧；如果xv≠0，或zv≤0，则中心孔轴线不在yoz平面上或气门孔不在xoy平面上侧。

40、如前所述的一种车轮几何模型的快速重定位方法，步骤s12中，辅助线段vp的方向向量为nvp=(xvyvzv)，中心孔的轴线法向量为nf=(0 1 0)，辅助线段vp和车轮中心线确定的平面g的法向量通过向量积来获得，即为ng=(zv0 -xv)；yoz平面法向量为nyoz=(1 0 0)；

41、辅助平面g与yoz平面的交线的方向向量同样通过向量积获得：

42、

43、将第二次车轮几何旋转变换的旋转轴线和旋转角度分别记为旋转轴线二和旋转角度二，旋转轴线二通过固定点p(0,0,0)，方向向量为nr2；

44、辅助平面g与yoz平面的夹角余弦为：

45、

46、所以旋转角度二为辅助平面g与yoz平面的夹角：

47、

48、其中，为辅助平面g与yoz平面的夹角。

49、本发明的有益效果是：

50、依次完成车轮特征面识别、车轮几何预处理、车轮几何变换，得到标准化、规范化坐标系的车轮几何模型。通过对车轮安装面、中心孔和气门孔的几何特征的识别和预处理，确定车轮几何模型在现有坐标系下的位置；通过车轮几何模型的旋转和平移即可实现车轮几何模型的快速重定位，从而大大提高了车轮几何模型的定位速度，可以实现全自动、快速重定位，极大地提高了仿真工程师的工作效率；克服了现有技术中通过手动进行车轮几何模型重定位所带来的耗时长，工作效率低的缺点。