1、CATIA 底盤設計示例1 汽車底盤開發設計流程 8 b1 U0 g1 B8 W1 ?1 $ p6 % p% n& E2 C9 O1 q PP2 E: D使用CATIA 軟件進行汽車底盤設計開發的核心是基于骨架模型與DMU 集成的TOP-DOWN 設計方法。自上而下（Top Down Design process）設計是與常規 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劃，后細節設計。即在產品整體設計的初期，就定位于整個裝配系統的最高層面來考慮產品的總體設計和功能性設計。 # ! f! A/ |$ ! n, R0 u3 - j3 $ n4 g1 / N! V

2、4 m這種方法是從裝配構成的最頂層開始，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、作用和實現的功能等， 集中捕捉產品的設計意圖，自上而下的傳遞設計信息，從而更加有目的地進行后續的設計。 骨架模型就是產品設計信息的載體，這個骨架模型的建立需要考慮到不同零件之間的參數關系與驅動關系，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現和更正。 設計后期發現的問題也可以通過修改骨架模型來實現后續相應零部件的自動更改工作。 & N * Y3 E& L1 y& b8 C7

3、 K& r F: e& 這種設計思想現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，定義運動機構的一個基礎模型。它的作用貫穿于整個汽車底盤的始終。 ; E4 ; p) V p% D4 T9 v9 A/ G. H7 C$ O B( H- a以骨架驅動為主要手段的Top/Down 設計將設計流程分為三個主要階段： 3 w7 Y0 G3 T, v q6 c# 9 S# K u8 _, 9 m+ f. s) V（1）骨架模型設計階段（設計前期驗證） 1 K; k0 C! % L1 z（2）零部件詳細設計階段（基于

4、骨架的建模） 8 f7 E2 J( k, D; Y5 z) I（3）裝配驗證階段（模型裝配與DMU 干涉檢查） # l6 V% c/ , p0 h+ z9 y( A6 : y/ w5 A% F) A) x1 x1.1 整車總布置骨架模型 4 C! l0 j9 w7 3 ) L) v9 W; 2 3 i( y+ g- 整車總布置骨架模型如圖1 是一個新車型的設計基礎，它由懸架轉向子系統骨架模型如圖2 所示、發動機系統子骨架模型、傳動系統子骨架模型組成。 1.jpg (16.33 KB)2008-1-10 09:13- I; Zd4 A( f- $ v$ r2.jpg (12.5 KB)2008-

5、1-10 09:13圖2在這個基本的骨架模型中可以定義整車的相關參數如：軸距、輪距、懸架的硬點、轉向機的硬點、板簧的懸吊點、傳動軸中間支撐點、發動機整車坐標的位置等。利用骨架模型可以進行參數化關聯設計以外，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；懸架參數的變化，對車輪跳動量的影響。 5 q4 K9 F; Q T5 i! L9 X. i4 l( h_ p- Q+ I+ o1.2 各子系統模型的建立 . |# # L/ g1 E8 X; k( e8 ) E1 F0 q4 E0 V在基本的骨架模型建立完成以后，進行各個系統模型零件的建立。將需要設計的零件分為

6、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；外協件設計方法。 + Z! 1 N( T8 I$ s y% 2 F- D- a/ w s以鋼板彈簧的設計為例： ! s# I2 Y) / h8 % t6 K9 n1 8 6 - H: G, u4 h; o S; J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 所示。 3.jpg (36.64 KB)2008-1-10 09:13$ w* T; C i) , O圖3 基于生成的板

7、簧子骨架模型，就能很快的將帶有參數的板簧模型建立好，如圖4 所示。 4.jpg (25.33 KB)2008-1-10 09:13+ x6 E, G: X! - u圖4 在板簧由空載向滿載變化的過程中，板簧的弧高會變小，這個可以用參數來控制調整，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。 1 q* D2 d1 q- e# z, j0 i+ M* K, K) m& D4 jZ_1 |2 模型的裝配與電子樣機DMU（Digital Mockup）檢查 ) i6 g! F9 H& bE) p7 y5 H- B0 e+ v6 a$ 1 f3 ?* ?9 o由于各子系統的設計采用

8、的是整車坐標系， 所以，在CATIA 裝配模塊中直接調入各子系統模型，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： ; Y; L2 b2 ! X5 z4 F$ I|4 X Y; m! S1 & b% o9 Y1 I7 : U8 Z9 n（1） 靜態、動態的干涉分析 ) h+ ; U# Y. k* p2 N+ （2） 拆裝模擬分析 - n5 f% B6 s) B（3） 空間占位分析 7 X, k! N: X6 h+ u9 o1 v% i& i% / r. U9 A! x9 w! V$ Z2 o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

9、新狀態；是否按正確的系統分類；是否版本統一。 8 d5 m6 m5 m4 0 N) $ u) q1 9 p6 Z V! v7 s! q3 K1 S& e3 C+ x2.1 靜態、動態干涉分析 # K: 0 Y8 o% H+ R, D v, ds w$ L% C+ M- v- 4 Z在PICK-UP 及SUV 底盤設計中，設計工作量最大的是發動機系統，它包括了進氣系統，排氣系統，冷卻系統，供油系統，油門操縱系統，懸置系統。所以，發動機系統的裝配數模如圖5，進行靜態干涉是很有必要的。 5.jpg (24.27 KB)2008-1-10 09:13+ x. o3 Y& C5 m1 W- D: o |

10、% D圖5 動態干涉分析主要步驟為是： dO3 + _1 ; F) F$ X. 2 z（1）定義運動機構骨架模型 # / M) z; t2 P$ p) r% N（2）創建運動機構（Mechanism） + Q; m! z) C+ I0 PR, o7 n+ j（3）添加各運動副 ) W* B+ s/ b , Ey（4）添加固定部件 7 a% T( Q( v) H, u U/ f（5）根據需要添加輔助模型 2 V+ g* A6 Z3 v6 d( j（6）仿真 r0 Z# C+ C! a: L5 Z（7）DressUP 實體模型到對應的骨架 ! L& C0 d+ D+ u5 F（8）進行相關分析 $

11、 |% , s% X , |. c( U& U3 N& . X- M% M/ H0 w從這個動態干涉的分析過程的主要步驟中，DMU 骨架模型是依據設計骨架模型而得到的， 所以，設計與DMU 分析實現了很好的集成，充分的發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的定義上，整個產品的設計、修改、DMU 驗證可以協同工作，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的效率和質量。 5 V% ( L: d; C1 z! B% / 2 V; U. u5 n*

12、G7 u( C( M7 3 如圖6 是懸架轉向系統數模基于骨架模型的運動機構： 6.jpg (28.67 KB)2008-1-10 09:13 4 s: Y8 m! J; e! e6 圖6 通過動態的干涉分析，可以檢查轉向橫拉桿是否和發動機油底殼干涉，同時生成輪胎的包羅體，檢查在各種工況下，輪胎是否和輪罩干涉。 6 6 A2 b8 q: y; v: g6 h4 x7 K2 ?8 H; v. K$ c2.2 拆裝模擬 H 7 E4 3 v0 R! z5 C+ 4 s$ B2 z) W針對發動機系統附件，如發電機，空調壓縮機、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

13、發生，如圖7 所示。 7.jpg (17.73 KB)2008-1-10 09:13* - / p( B8 L0 4 x Z% E圖7 2.3 空間占位分析 5 x3 % r2 ) 2 W/ f; 0 D3 R( z, k& M2 P v可以快速得到一個系統，如發動機在設定距離范圍之內的部件，如圖8。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。通過基于空間位置而進行的分組定義，有利于上下文關聯設計的進行。 8.jpg (37.9 KB)2008-1-10 09:13# M5 1 w5 H9 l! & N圖8 4 汽車底盤設計開發流程圖 ( d. c4 V9 J! T& m7 a* ?) E: 8 F* o; 3 I5 S# |4 ) ?通過對以上設計方法的使用，總結出汽車底盤設計的整個流程，如下圖所示： 9.jpg (27.35 KB)2008-1-10 09:13結束語