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基于CATIA的悬架运动模型参数化建模方法研究

2017/12/6    来源:互联网    作者:范丽娟  张瑞丰  方晖      
关键字:CATIA  悬架运动模型  参数化建模方法  DMU  
文章介绍了运用CATIA建立参数化的悬架运动模型的方法,利用参数化的建模理念将模型硬点参数化的方式,以及模型应用,如整车布置分析、底盘运动校核、轮胎包络分析、驱动轴枚核等。

1 概述

    随着汽车行业的快速发展,汽车正向开发在在各大主机厂普及,而各类可行性分析技术必不可少,其中利用数字样机( Digital Mock- Up,DMU) 可以减少或取消对物理样机的依赖,有效提高效率、节约成本。运动仿真是数字样机的重要功能之一,是产品开发过程中设计方案验证、功能展示、设计定型与结构优化阶段的必要技术环节。悬架系统的运动仿真对整车布置、底盘运动校核、包络分析、驱动轴校核很有意义,运动模型是运动仿真的基石。

    文章以带转向及传动系统的三角摆臂式麦弗逊悬架为例,运用CATIA软件建立麦弗逊式悬架简化模型,并在DMU模块中,添加符合其运动形式的运动副和驱动来实现运动仿真。考虑到悬架运动模型在仿真分析应用中的重要性和广泛性,如何实现快速建模是底盘工程师提高分析效率的重要手段,根据参数化建模理念,通过模型硬点的参数化来建立参数化的悬架运动模型,实现了“一模多型” ,即同一拓扑结构的悬架类型可直接调用模板模型,通过修改硬点即可快速建立所需运动模型。

2 建模

2. 1 模型简化

    将悬架系统各零部件简化为点、线的形式,根据硬点坐标,在CATIA软件的零件设计模块中建立简化的零件的线条构件。由于减震器、驱动轴、稳定杆等零件在运动过程中不是单一的运动形式,减震器作拉伸及压缩运动,驱动轴作转动与滑移的运动,稳定杆在车轮跳动时发生扭转,因此建模之前,需将这些零件进行拆分。各零件线条构件建立完成后,在装配设计模块中进行装配,形成如图1所示的悬架系统简化模型。

    1

    如表1中,各线条结构零件的代号及中英文名称对应图1的悬架系统简化模型。

2. 2 添加运动副及驱动

    运用CATIA软件的DMU模块,添加符合其运动的运动副和驱动命令,运动副定义完成后,整个机构有3个自由度,分别是方向盘转动(或转向器齿条滑动)以及左、右车轮跳动。

2.2.1 添加运动副

    麦弗逊式悬架系统左右对称,左右添加的运动副相同,表2为悬架运动模型所需添加的运动副名称及工作原理。

    表1 悬架系统的线条名称

    5

    表2 运动副名称及工作原理

    6

2.2.2添加驱动

    悬架系统的驱动形式包括转向及轮跳的运动,转向驱动可以为方向盘转角或转向器齿条的行程,轮跳驱动为减震器长度变化行程,驱动定义如表3所示。

    表3 驱动定义

    4

    悬架运动模型建好后,将零部件三维数模导入运动模型中,并与模型中相应的线条构件刚性接合,即可实现对零部件的动态校核。

3 模型硬点参数化

    为实现模型参数化,需对悬架系统各硬点进行参数化,参数化过程如下:(1) 利用知识工程工具栏公式命令,选择过滤器类型为用户参数,并依次新建悬架系统各硬点参数;(2) 利用公式编辑器,将模型中的硬点坐标与新建的硬点参数进行关联;(3) 利用设计表命令,选择过滤器中的“用户参数”,创建硬点参数关联设计EXCEL表,即完成模型参数化;(4) 其他车型借用时,通过调用关联的EXCEL表,更改硬点坐标即可同步更新到运动模型中,实现了快速、智能化建模。

4 模型应用

    悬架系统的运动仿真应用是在汽车正向开发设计中必要的技术环节,主要用于整车布置分析、底盘运动校核、包络分析、驱动轴校核等。

4.1 整车布置分析

    整车设计初期或者换发项目中,需通过驱动轴包络校核来确定变速箱的布置,从而影响前舱动力总成及其附件的布置。

4.2 底盘运动校核

    底盘系统的运动校核对零部件开发有重要意义,能在设计初期有效地检查零部件之间是否存在运动干涉,较早地发现零件结构设计问题,减少后期设计更改,降低设计成本。

4.3 轮胎包络分析

    通过轮胎包络分析,可确定轮罩和翼子板的开孔形状,并检查其与周边零部件的干涉情况。由于包络是零部件随悬架上下跳动并转向运动至各个极限位置的过程中,零部件所占据的运动空间,是其运动的最大范围,所以只要包络与周边零部件之间不发生干涉且满足间隙基准,零部件就满足设计要求。

4.4 驱动轴校核

    驱动轴在运动过程中,会出现驱动轴校核不良而引起顶死或脱出的风险,因此正确的校核至关重要。利用悬架运动模型可以计算驱动轴花键在极限行驶工况下的最大滑移量及内夹角,从而对驱动轴的极限位置进行校核。

5 结语

    文章详细介绍了基于CATIA的悬架系统运动模型的建模方法,利用知识工程工具将模型硬点参数化,从而实现参数化的悬架运动模型的创建。该参数化的模型适用于同一拓扑结构的悬架系统,即修改关联设计表中的硬点即可实现模型的快速修改,实现了“一模多型”,大大提高了建模效率。悬架系统运动模型在汽车正向开发先期的仿真应用中起着重要作用,为整车布置分析、底盘运动分析、轮胎包络分析以及驱动轴校核等奠定基础。

责任编辑:张纯子
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