汽車底盤設計流程

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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)的設計流程以及電子樣 機 DMU ( Digital Mockup )與關聯(lián)設計集成的應用方法。 關鍵詞：設計流程 集成設計 DMU 引言 為了縮短產(chǎn)品的設計及生產(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)是最適合汽車設計？ 如何評估和確定？如何 更深入的進行設計水平提升的探索？東風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。 東風汽車股份有限公司商品研發(fā)院最早于

2、 1998 年在車身設計開發(fā)上引用 CAITA ，2005 年 開始應用在 PICK-UP 及 SUV 整車的設計開發(fā)上。特別是在整車底盤的設計開發(fā)中，將很 多成熟的設計經(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)的設計流程以及電子樣機 DMU ( Digital Mockup )與關聯(lián)設計集成的應用方法。這 些方法的使用， 提高了設計水平與質(zhì)量， 明顯的縮短了變形產(chǎn)品的設計開發(fā)周期。 充分的顯 示出 CATIA 在高級應用方面的優(yōu)勢之處。 1 汽車底盤開發(fā)設計流程 使用 CATIA 軟件進行汽車底盤設計開發(fā)的核心是基于骨架模型與 DMU 集成的

3、 TOP-DOWN 設計方法。 自上而下( Top Down Design process )設計是與常規(guī) Bottom Up 設計相對應的一種設計方式， 此設計方法的中心思路是先整體規(guī)劃，后細節(jié)設計。即在產(chǎn) 品整體設計的初期，就定位于整個裝配系統(tǒng)的最高層面來考慮產(chǎn)品的總體設計和功能性設 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 部件的相互位置關系、作用和實現(xiàn)的功能等， 集中捕捉產(chǎn)品的設計意圖，自上而下的傳遞 設計信息，從而更加有目的地進行后續(xù)的設計。 骨架模型就是產(chǎn)品設計信息的載體，這個 骨架模型的建立需要考慮到不同零件之間的參數(shù)關系與驅(qū)動關

4、系， 這些信息會用來作為后期 詳細模型設計的基礎。 由于在骨架模型設計階段就考慮到了整體裝配的相互關聯(lián)信息， 所以， 很多設計上的缺陷與問題可以在整個設計的早期階段得到及時發(fā)現(xiàn)和更正。 設計后期發(fā)現(xiàn) 的問題也可以通過修改骨架模型來實現(xiàn)后續(xù)相應零部件的自動更改工作。 這種設計思想現(xiàn)在有些汽車設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 關聯(lián)設計， 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設計將設計流程分為三個主要階段: (1) 骨架模型設計階

5、段(設計前期驗證) (2) 零部件詳細設計階段(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是一個新車型的設計基礎，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)化關聯(lián)設計以外， 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。 將需要設計的零件分為以 下六類：基于知識工程的模板設計方法； 專用件設計方法；通用件設計方法； 標準件設計方 法；對稱件設計方法；外協(xié)件設計方法。 以鋼板彈簧的設計為例： 懸架設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.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底盤設計中，設計工作量最大的是 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實體模型到對應的骨架 (8) 進行相關分析 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)設計骨架模型而得到的， 所以，設計與 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，一個設計骨 架模型在進行零件詳細設計控制的同時，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， 有利于上下文關聯(lián) 設計的進行。 4汽車底盤設計開發(fā)流程圖 通過對以上設計方法的使用，總結(jié)出汽車底盤設計的整個流程，如下圖所示: 語 束 丄口 I ■: It 傳 a >1 .4 花 1 - ，賈 I.- .11 CATIA在汽車底盤設計中的應用方法是東風汽車股份有限公司多年的設計經(jīng)驗與 CATIA 軟件完美的結(jié)合，這些方法的成功應用，體現(xiàn)了 CATIA軟件應用于汽車設計領域的技術優(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)和應用。在此，對 Dassault Systemes為東風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！