基于CATIA的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)DMU參數(shù)化設(shè)計

許曉楠，王虎

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000）

基于CATIA的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)DMU參數(shù)化設(shè)計

許曉楠，王虎

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000）

文章主要研究運(yùn)用CATIA中的“DMU運(yùn)動機(jī)構(gòu)”和“知識工程”模塊，分別對乘用車常用的雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和三十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動仿真模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計。此次設(shè)計節(jié)省了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真分析和布置校核工作中的建模時間，避免重復(fù)建模，提高了工作效率，縮短了研發(fā)周期。

CATIA；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；運(yùn)動仿真模型；參數(shù)化

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.036

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-112-03

前言

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是駕駛員操縱車輛的專設(shè)機(jī)構(gòu)，也是關(guān)乎汽車行駛安全的重要部分[1]。雖然現(xiàn)如今越來越多的廠商在研究線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，企圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但就目前的國家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求來說，短時間內(nèi)仍是機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占據(jù)市場。為方便轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的仿真分析和布置校核工作，本文針對機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，運(yùn)用CATIA中的“DMU運(yùn)動機(jī)構(gòu)”和“知識工程”模塊，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計。

機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部件包括：轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向柱管、轉(zhuǎn)向傳動軸、十字軸萬向節(jié)、轉(zhuǎn)向輸入軸和轉(zhuǎn)向器[1]。根據(jù)十字軸萬向節(jié)的數(shù)量，常見的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般分為雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和三十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，分別如圖1和圖2所示。

1、雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)化DMU建模

如圖1所示，雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向傳動軸是由兩個十字軸式萬向節(jié)（萬向節(jié)B和萬向節(jié)C）和一根轉(zhuǎn)向傳動軸（傳動軸BC）組成。此類設(shè)計在汽車上應(yīng)用十分廣泛[2]。

1.1 創(chuàng)建輸入?yún)?shù)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模時的輸入?yún)?shù)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各個硬點坐標(biāo)。如圖1所示，雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模時的輸入?yún)?shù)主要有：A、B、C、D、M、N、P、Q點的硬點坐標(biāo)。為避免參數(shù)輸入帶來的繁瑣操作，這里創(chuàng)建了與硬點參數(shù)相關(guān)聯(lián)的設(shè)計表。如需更改模型中的轉(zhuǎn)向硬點參數(shù)，只需更改設(shè)計表中的參數(shù)即可。

③樹形圖會出現(xiàn)如圖5所示的“參數(shù)”和“關(guān)系”：

1.2 建立部件模型part

建立部件模型part的原則是：除固定的part本身外，任何part需與其他part（包括固定的part）之間有相對運(yùn)動關(guān)系，但同一part下的兩個實體之間不存在相對運(yùn)動關(guān)系。對于雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，可分為10個part：轉(zhuǎn)向器（固定）、轉(zhuǎn)向軸上、轉(zhuǎn)向軸下、轉(zhuǎn)向柱管上、轉(zhuǎn)向柱管下、萬向節(jié)B、轉(zhuǎn)向傳動軸上、轉(zhuǎn)向傳動軸下、萬向節(jié)C、轉(zhuǎn)向輸入軸。

②創(chuàng)建每個part所需的點、線、面。以下列舉點、線、面的示例各一個：

a.創(chuàng)建點A：

b.創(chuàng)建直線AB：

用“點-點”（點A和點B），創(chuàng)建直線AB，如圖8所示：

c.創(chuàng)建P1平面（轉(zhuǎn)向柱管軸線AB所在平面）：

用“通過兩條直線”（直線AB和x軸），創(chuàng)建平面P1，如圖9所示：

1.3 創(chuàng)建part之間的約束關(guān)系，建立運(yùn)動仿真

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動仿真主要包括：方向盤的旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向管柱的伸縮調(diào)節(jié)和角度調(diào)節(jié)。雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)part之間的約束關(guān)系如表1所示：

表1 雙十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)part之間的約束關(guān)系[3]

（1）將零部件數(shù)模按要求放進(jìn)分好的part中，雙十字軸萬向節(jié)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)化DMU模型即建立完成。

2、三十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)DMU參數(shù)化建模

三十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)DMU的參數(shù)化建模與雙十字軸萬向節(jié)不同之處主要有三點：

（1）輸入?yún)?shù)不同。三十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)為：A、B、C、D、E、M、N、P、Q點的硬點坐標(biāo)。

（2）Part不同。三十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的Part有：轉(zhuǎn)向器（固定）、轉(zhuǎn)向軸上、轉(zhuǎn)向軸下、轉(zhuǎn)向柱管上、轉(zhuǎn)向柱管下、萬向節(jié)B、轉(zhuǎn)向傳動軸BC、萬向節(jié)C、轉(zhuǎn)向傳動軸CD、萬向節(jié)D、轉(zhuǎn)向輸入軸。

（3）Part之間的約束關(guān)系不同。其part間的約束關(guān)系如表2所示：

表2 三十字軸萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)part之間的約束關(guān)系[3]

3、結(jié)論

本文主要介紹了一種基于CATIA的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)化建模方法，能夠為底盤工程師的后續(xù)工作提供以下方便：

（1）在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動仿真分析和布置校核中，只需更新相應(yīng)設(shè)計表中的參數(shù)，便可建立新的數(shù)模；

（2）在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬點優(yōu)化中，根據(jù)新數(shù)模便能立即驗證某一套硬點下轉(zhuǎn)向數(shù)模與周邊的間隙情況。

本文提供的建模方法，可以普遍運(yùn)用在實際汽車研發(fā)工作中，避免了重復(fù)勞作，提高了工作效率，縮短了研發(fā)時間。

[1] 陳家瑞,馬天飛.汽車構(gòu)造.下冊[M].5版.北京:人民交通出版社, 2005.9.

[2] 王霄鋒.汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2015.

[3] 盛選禹,李明志,包支.CATIA V5 r21運(yùn)動分析教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.10.

Parameterization design of vehicles steering system DMU based on CATIA

Xu Xiaonan, Wang Hu
（R&D Center of Great Wall Motor Company, Hebei Baoding 071000）

This paper mainly studies on the "DMU movement mechanism" and "knowledge engineering" modules during CATIA usage. It conducts parameterization design of motion simulation model respectively for double cross universal joint steering system and trinal cross universal joint steering system which are commonly used on passenger vehicles. This design can save modeling time for steering system simulation and verification, avoid modeling repetition, improve work efficiency, and shorten development cycle.

CATIA; steering system; motional simulation model; parameterization

U462.1

A

1671-7988(2016)10-112-03

許曉楠，（1989-），女，碩士，助理工程師，就職于長城汽車股份有限公司技術(shù)中心。從事底盤系統(tǒng)布置與性能優(yōu)化工作。