汽車底盤設(shè)計流程

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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)計流程以及電子樣 機 DMU ( Digital Mockup )與關(guān)聯(lián)設(shè)計集成的應(yīng)用方法。 關(guān)鍵詞：設(shè)計流程 集成設(shè)計 DMU 引言 為了縮短產(chǎn)品的設(shè)計及生產(chǎn)周期， 提高產(chǎn)品的市場競爭力， 取得好的經(jīng)濟效益， 國內(nèi)許多的 汽車公司在產(chǎn)品的設(shè)計上都使用了多種的三維軟件系統(tǒng)。 但多種系統(tǒng)并存會帶來設(shè)計管理與 數(shù)據(jù)交流方面的諸多問題，那么，哪一個系統(tǒng)是最適合汽車設(shè)計？ 如何評估和確定？如何 更深入的進行設(shè)計水平提升的探索？東風(fēng)汽車股份公司通過項目實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)計開發(fā)上。特別是在整車底盤的設(shè)計開發(fā)中，將很 多成熟的設(shè)計經(jīng)驗與 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)計流程以及電子樣機 DMU ( Digital Mockup )與關(guān)聯(lián)設(shè)計集成的應(yīng)用方法。這 些方法的使用， 提高了設(shè)計水平與質(zhì)量， 明顯的縮短了變形產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期。 充分的顯 示出 CATIA 在高級應(yīng)用方面的優(yōu)勢之處。 1 汽車底盤開發(fā)設(shè)計流程 使用 CATIA 軟件進行汽車底盤設(shè)計開發(fā)的核心是基于骨架模型與 DMU 集成的

3、 TOP-DOWN 設(shè)計方法。 自上而下( Top Down Design process )設(shè)計是與常規(guī) Bottom Up 設(shè)計相對應(yīng)的一種設(shè)計方式， 此設(shè)計方法的中心思路是先整體規(guī)劃，后細節(jié)設(shè)計。即在產(chǎn) 品整體設(shè)計的初期，就定位于整個裝配系統(tǒng)的最高層面來考慮產(chǎn)品的總體設(shè)計和功能性設(shè) 計。 這種方法是從裝配構(gòu)成的最頂層開始， 在一個骨架模型零件中來考慮和表達整個裝配的各個 部件的相互位置關(guān)系、作用和實現(xiàn)的功能等， 集中捕捉產(chǎn)品的設(shè)計意圖，自上而下的傳遞 設(shè)計信息，從而更加有目的地進行后續(xù)的設(shè)計。 骨架模型就是產(chǎn)品設(shè)計信息的載體，這個 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)動關(guān)

4、系， 這些信息會用來作為后期 詳細模型設(shè)計的基礎(chǔ)。 由于在骨架模型設(shè)計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)計上的缺陷與問題可以在整個設(shè)計的早期階段得到及時發(fā)現(xiàn)和更正。 設(shè)計后期發(fā)現(xiàn) 的問題也可以通過修改骨架模型來實現(xiàn)后續(xù)相應(yīng)零部件的自動更改工作。 這種設(shè)計思想現(xiàn)在有些汽車設(shè)計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， 而我們忽視了骨架模型的另外一個很重要的作用， 即作為運動仿真， 定義運動機 構(gòu)的一個基礎(chǔ)模型。它的作用貫穿于整個汽車底盤的始終。 以骨架驅(qū)動為主要手段的 Top/Dow n設(shè)計將設(shè)計流程分為三個主要階段: (1) 骨架模型設(shè)計階

5、段(設(shè)計前期驗證) (2) 零部件詳細設(shè)計階段(基于骨架的建模) (3) 裝配驗證階段(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是一個新車型的設(shè)計基礎(chǔ)，它由懸架轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)骨架模型如圖 2所示、發(fā)動機系統(tǒng)子骨架模型、傳動系統(tǒng)子骨架模型組成。 在這個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、轉(zhuǎn)向機的 硬點、板簧的懸吊點、傳動軸中間支撐點、 發(fā)動機整車坐標的位置等。 利用骨架模型可以進 行參數(shù)化關(guān)聯(lián)設(shè)計以外， 還可以進行后橋跳動時， 傳動軸的長度的校核； 板簧弧高隨載荷變 化時，減震器長度的校核；懸架參數(shù)

6、的變化，對車輪跳動量的影響。 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， 進行各個系統(tǒng)模型零件的建立。 將需要設(shè)計的零件分為以 下六類：基于知識工程的模板設(shè)計方法； 專用件設(shè)計方法；通用件設(shè)計方法； 標準件設(shè)計方 法；對稱件設(shè)計方法；外協(xié)件設(shè)計方法。 以鋼板彈簧的設(shè)計為例： 懸架設(shè)計人員在理論計算完成以后會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

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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， 板簧的弧高會變小， 這個可以用參數(shù)來控制調(diào)整， 方便 得校核減震器的長度及后橋的跳動量，同時還可以校核傳動軸的長度。 2模型的裝配與電子樣機 DMU （Digital Mockup ）檢查 由于各子系統(tǒng)的設(shè)計采用的是整車坐標系， 所以，在CATIA裝配模塊中直接調(diào)入各子系 統(tǒng)模型，它的相對位置關(guān)系就是正確的。一個完整的汽車底盤要做以下 3種分析： （1） 靜態(tài)、動態(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)、動態(tài)干涉分析 在PICK-UP及SUV底盤設(shè)計中，設(shè)計工作量最大的是 發(fā)動機系統(tǒng)，它包括了進氣系統(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)動機系統(tǒng)的裝配數(shù)模 如圖5，進行靜態(tài)干涉是很有必要的。 圖5 動態(tài)干涉分析主要步驟為是： (1 )定義運動機構(gòu)骨架模型 (2) 創(chuàng)建運動機構(gòu)(Mecha nism) (3) 添加各運動副 (4) 添加固定部件 (5 )根據(jù)需要添加輔助模型 (6) 仿真 (7) DressUP實體模型到對應(yīng)的骨架 (8) 進行相關(guān)分析 從這個動態(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)計骨架模型而得到的， 所以，設(shè)計與 DMU分析實現(xiàn)了很好的集成，充分的發(fā)揮了骨架模型的作用，一個設(shè)計骨 架模型在進行零件詳細設(shè)計控制的同時，也實行了對 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設(shè)計模型上， 也可以直接反映在運動機構(gòu)的定義上， 整個產(chǎn) 品的設(shè)計、修改、DMU驗證可以協(xié)同工作，支持并行工程，這樣的集成式設(shè)計-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\動機構(gòu): 圖6 發(fā)動機油

12、底殼干涉，同時生成輪胎的包羅 通過動態(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 針對發(fā)動機系統(tǒng)附件，如發(fā)電機，空調(diào)壓縮機、啟動機等附件定義拆裝路線， 拆裝順序與動 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 可以快速得到一個系統(tǒng)，如 發(fā)動機在設(shè)定距離范圍之內(nèi)的部件，如圖 &對于大型裝配，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， 這樣便于進行大型裝配的設(shè)計與 分析，提高模型分析處理的速度。通過基于

13、空間位置而進行的分組定義， 有利于上下文關(guān)聯(lián) 設(shè)計的進行。 4汽車底盤設(shè)計開發(fā)流程圖 通過對以上設(shè)計方法的使用，總結(jié)出汽車底盤設(shè)計的整個流程，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)計經(jīng)驗與 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 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！