汽車底盤設(shè)計(jì)流程

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1、摘 要：本文主要介紹了在 CATIA 軟件環(huán)境中，汽車底盤系統(tǒng)開發(fā)的設(shè)計(jì)流程以及電子樣 機(jī) DMU ( Digital Mockup )與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)集成的應(yīng)用方法。 關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)流程 集成設(shè)計(jì) DMU 引言 為了縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)周期， 提高產(chǎn)品的市場競爭力， 取得好的經(jīng)濟(jì)效益， 國內(nèi)許多的 汽車公司在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上都使用了多種的三維軟件系統(tǒng)。 但多種系統(tǒng)并存會(huì)帶來設(shè)計(jì)管理與 數(shù)據(jù)交流方面的諸多問題，那么，哪一個(gè)系統(tǒng)是最適合汽車設(shè)計(jì)？ 如何評(píng)估和確定？如何 更深入的進(jìn)行設(shè)計(jì)水平提升的探索？東風(fēng)汽車股份公司通過項(xiàng)目實(shí)施的方式在這方面做了 很多的探索。 東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院最早于

2、 1998 年在車身設(shè)計(jì)開發(fā)上引用 CAITA ，2005 年 開始應(yīng)用在 PICK-UP 及 SUV 整車的設(shè)計(jì)開發(fā)上。特別是在整車底盤的設(shè)計(jì)開發(fā)中，將很 多成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與 CATIA 軟件使用結(jié)合到一起，總結(jié)出在 CATIA 軟件中，汽車底盤系 統(tǒng)開發(fā)的設(shè)計(jì)流程以及電子樣機(jī) DMU ( Digital Mockup )與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)集成的應(yīng)用方法。這 些方法的使用， 提高了設(shè)計(jì)水平與質(zhì)量， 明顯的縮短了變形產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期。 充分的顯 示出 CATIA 在高級(jí)應(yīng)用方面的優(yōu)勢之處。 1 汽車底盤開發(fā)設(shè)計(jì)流程 使用 CATIA 軟件進(jìn)行汽車底盤設(shè)計(jì)開發(fā)的核心是基于骨架模型與 DMU 集成的

3、 TOP-DOWN 設(shè)計(jì)方法。 自上而下( Top Down Design process )設(shè)計(jì)是與常規(guī) Bottom Up 設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的一種設(shè)計(jì)方式， 此設(shè)計(jì)方法的中心思路是先整體規(guī)劃，后細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。即在產(chǎn) 品整體設(shè)計(jì)的初期，就定位于整個(gè)裝配系統(tǒng)的最高層面來考慮產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)和功能性設(shè) 計(jì)。 這種方法是從裝配構(gòu)成的最頂層開始， 在一個(gè)骨架模型零件中來考慮和表達(dá)整個(gè)裝配的各個(gè) 部件的相互位置關(guān)系、作用和實(shí)現(xiàn)的功能等， 集中捕捉產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖，自上而下的傳遞 設(shè)計(jì)信息，從而更加有目的地進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì)。 骨架模型就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息的載體，這個(gè) 骨架模型的建立需要考慮到不同零件之間的參數(shù)關(guān)系與驅(qū)動(dòng)關(guān)

4、系， 這些信息會(huì)用來作為后期 詳細(xì)模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 由于在骨架模型設(shè)計(jì)階段就考慮到了整體裝配的相互關(guān)聯(lián)信息， 所以， 很多設(shè)計(jì)上的缺陷與問題可以在整個(gè)設(shè)計(jì)的早期階段得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更正。 設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn) 的問題也可以通過修改骨架模型來實(shí)現(xiàn)后續(xù)相應(yīng)零部件的自動(dòng)更改工作。 這種設(shè)計(jì)思想現(xiàn)在有些汽車設(shè)計(jì)公司已得到廣泛的使用， 但是我們只提到了基于骨架模型的 關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)， 而我們忽視了骨架模型的另外一個(gè)很重要的作用， 即作為運(yùn)動(dòng)仿真， 定義運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)的一個(gè)基礎(chǔ)模型。它的作用貫穿于整個(gè)汽車底盤的始終。 以骨架驅(qū)動(dòng)為主要手段的 Top/Dow n設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)流程分為三個(gè)主要階段: (1) 骨架模型設(shè)計(jì)階

5、段(設(shè)計(jì)前期驗(yàn)證) (2) 零部件詳細(xì)設(shè)計(jì)階段(基于骨架的建模) (3) 裝配驗(yàn)證階段(模型裝配與 DMU干涉檢查) 1.1整車總布置骨架模型 整車總布置骨架模型如圖 1是一個(gè)新車型的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，它由懸架轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)骨架模型如圖 2所示、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)子骨架模型、傳動(dòng)系統(tǒng)子骨架模型組成。 在這個(gè)基本的骨架模型中可以定義整車的相關(guān)參數(shù)如： 軸距、輪距、懸架的硬點(diǎn)、轉(zhuǎn)向機(jī)的 硬點(diǎn)、板簧的懸吊點(diǎn)、傳動(dòng)軸中間支撐點(diǎn)、 發(fā)動(dòng)機(jī)整車坐標(biāo)的位置等。 利用骨架模型可以進(jìn) 行參數(shù)化關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)以外， 還可以進(jìn)行后橋跳動(dòng)時(shí)， 傳動(dòng)軸的長度的校核； 板簧弧高隨載荷變 化時(shí)，減震器長度的校核；懸架參數(shù)

6、的變化，對(duì)車輪跳動(dòng)量的影響。 1.2各子系統(tǒng)模型的建立 在基本的骨架模型建立完成以后， 進(jìn)行各個(gè)系統(tǒng)模型零件的建立。 將需要設(shè)計(jì)的零件分為以 下六類：基于知識(shí)工程的模板設(shè)計(jì)方法； 專用件設(shè)計(jì)方法；通用件設(shè)計(jì)方法； 標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)方 法；對(duì)稱件設(shè)計(jì)方法；外協(xié)件設(shè)計(jì)方法。 以鋼板彈簧的設(shè)計(jì)為例： 懸架設(shè)計(jì)人員在理論計(jì)算完成以后會(huì)確定板簧主片在空載情況下的 R值，夾緊長度S,吊 耳長度LX，以及板簧前后固定點(diǎn)的位置，這些值將作為鋼板彈簧骨架模型的輸入，如圖 3 J ￡ if 玄 -yr 所示。 于 rill -(9-Lvqih.S-l?K.-Krwn 笛豆至！ ! -?? I L

7、-Wmn iLWltfh.JDa^aWl Lnpm.T 心n 吊耳tLjSt.l -TOwi 3 工-*Km L>ngHid^%2mn SI 耳 IMtRIEn .2?ZIW. 3O7rm -0LE*!#h.l F-IZW.RAn -|L ranJd.42: KILUU2..^di^.iUViAALH.' 41 …. ZZ2VZH Am* J^OUU-41.. Tier曲 - "■ ^.-.rafnJrib.^E: ■觸 Mr?ih.4&: -Ir ranJ4.+7: ■ haPMMih *? -；；■ FanJd.H^: L電［田皿乂乂； 4所示。 —f

8、rfFwiwiii.^1: 基于生成的板簧子骨架模型，就能很快的將帶有參數(shù)的板簧模型建立好，如圖 plane 一「珈拆 t匕■曲$皿肝||￡ 卜箱口T 士勺 哂富# _iy'帚忑4說F(m ?@旳h AiL邛 KTinli ?耳亞雷Tim 仰 咬山MhK刀訴帕 -Sij9iah/ ■0'!￡?|1=!?|1^ ^trrni 讀jle和Ih IO^ffi ■TOLe^lh l：=L2^. ；5mn "]3' r-^CFii ^flLenqlkl3>￡B5JaArri 希爲(wèi).丁品皿 ■9、就夠宜皆町刑 ~^-f Mh L卜仙ill 邂?dh「=班館釀im 令'

9、出上七貞r^orn 在板簧由空載向滿載變化的過程中， 板簧的弧高會(huì)變小， 這個(gè)可以用參數(shù)來控制調(diào)整， 方便 得校核減震器的長度及后橋的跳動(dòng)量，同時(shí)還可以校核傳動(dòng)軸的長度。 2模型的裝配與電子樣機(jī) DMU （Digital Mockup ）檢查 由于各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是整車坐標(biāo)系， 所以，在CATIA裝配模塊中直接調(diào)入各子系 統(tǒng)模型，它的相對(duì)位置關(guān)系就是正確的。一個(gè)完整的汽車底盤要做以下 3種分析： （1） 靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的干涉分析 （2） 拆裝模擬分析 （3） 空間占位分析 但是，在作分析前一定要檢查模型的完整性， 具體檢查的方面有：是否正確命名； 是否處于 更新狀態(tài)；是否按

10、正確的系統(tǒng)分類；是否版本統(tǒng)一。 2.1靜態(tài)、動(dòng)態(tài)干涉分析 在PICK-UP及SUV底盤設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)工作量最大的是 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，它包括了進(jìn)氣系統(tǒng)， 排氣系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，供油系統(tǒng)，油門操縱系統(tǒng)，懸置系統(tǒng)。所以， 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的裝配數(shù)模 如圖5，進(jìn)行靜態(tài)干涉是很有必要的。 圖5 動(dòng)態(tài)干涉分析主要步驟為是： (1 )定義運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)骨架模型 (2) 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Mecha nism) (3) 添加各運(yùn)動(dòng)副 (4) 添加固定部件 (5 )根據(jù)需要添加輔助模型 (6) 仿真 (7) DressUP實(shí)體模型到對(duì)應(yīng)的骨架 (8) 進(jìn)行相關(guān)分析 從這個(gè)動(dòng)態(tài)干涉的分析過程的主要步驟

11、中， DMU骨架模型是依據(jù)設(shè)計(jì)骨架模型而得到的， 所以，設(shè)計(jì)與 DMU分析實(shí)現(xiàn)了很好的集成，充分的發(fā)揮了骨架模型的作用，一個(gè)設(shè)計(jì)骨 架模型在進(jìn)行零件詳細(xì)設(shè)計(jì)控制的同時(shí)，也實(shí)行了對(duì) DMU模型的控制， 即，骨架模型的 修改可以直接反映在零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)模型上， 也可以直接反映在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的定義上， 整個(gè)產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)、修改、DMU驗(yàn)證可以協(xié)同工作，支持并行工程，這樣的集成式設(shè)計(jì)-分析方法 可以顯著提高開發(fā)的效率和質(zhì)量。 如圖6是懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)?；诠羌苣Ｐ偷倪\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu): 圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)油

12、底殼干涉，同時(shí)生成輪胎的包羅 通過動(dòng)態(tài)的干涉分析，可以檢查轉(zhuǎn)向橫拉桿是否和 體，檢查在各種工況下，輪胎是否和輪罩干涉。 22拆裝模擬 針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)附件，如發(fā)電機(jī)，空調(diào)壓縮機(jī)、啟動(dòng)機(jī)等附件定義拆裝路線， 拆裝順序與動(dòng) 作，檢查在拆裝的過程是否有干涉情況發(fā)生，如圖 7所示。 2.3空間占位分析 可以快速得到一個(gè)系統(tǒng)，如 發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)定距離范圍之內(nèi)的部件，如圖 &對(duì)于大型裝配，可 以在不打開部件顯示的情況下得到空間某范圍內(nèi)的部件組， 這樣便于進(jìn)行大型裝配的設(shè)計(jì)與 分析，提高模型分析處理的速度。通過基于

13、空間位置而進(jìn)行的分組定義， 有利于上下文關(guān)聯(lián) 設(shè)計(jì)的進(jìn)行。 4汽車底盤設(shè)計(jì)開發(fā)流程圖 通過對(duì)以上設(shè)計(jì)方法的使用，總結(jié)出汽車底盤設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，如下圖所示: 語 束 丄口 I ■: It 傳 a >1 .4 花 1 - ，賈 I.- .11 CATIA在汽車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法是東風(fēng)汽車股份有限公司多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與 CATIA 軟件完美的結(jié)合，這些方法的成功應(yīng)用，體現(xiàn)了 CATIA軟件應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu) 勢。希望這種方法能給其它同行業(yè)的汽車公司一定的啟發(fā)和應(yīng)用。在此，對(duì) Dassault Systemes為東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院在 CATIA軟件使用方法上的支持表示忠心 的感謝！