汽车设计运动仿真研究

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摘要：

随着科技不断发展，汽车设计逐渐引入虚拟设计。在电子虚拟装配设计下，建立仿真模型，能够直观的规划出汽车的实际装配流程，对汽车实际运行中可能出现的问题进行干涉检测。基于CATIA运动仿真在汽车设计中的运用，能够比较有效的对汽车的运动状态进行仿真，帮助汽车设备进行定位。为此，本文对CATIA运动仿真在汽车设计中的运用进行研究。

关键词：

CATIA运动仿真；汽车设计中；运用

科技信息技术的发展为汽车设计领域带来了福音，现代社会汽车设计与生产需要将虚拟技术应用到汽车制造与汽车设计中来。CATIA运动仿真在汽车设计中的运用，能够有效的缩短汽车零部件的开发时间，能够对汽车生产进行动态的零部件检测。在本文中以CATIA软件为例，对如何使用三维软件，进行汽车设计仿真、汽车运动控制等进行研究。

一、运动仿真与建模

1、运动仿真概述

运动仿真是针对运动机构建立其运动的数据空间模型，根据机构自身的运动规律，对机构进行数据状态读取与分析。在运动机构内部存在着很多功能较大的零部件，运动仿真能够分析零部件的运动速度、加速度、作用力、反作用力、力矩等参数，这些参数能够应用于实际机构故障检修与维护上。针对于汽车设计，运动仿真可以根据参数进行零件材料的调整。运用CATIA软件来实现汽车虚拟装配的设计，并对其运动进行仿真，使得汽车设计到配件生产的整个环节实现可视化。同时该种建模设计还能够对设计结果进行动、静态的干涉检测，提升设备可靠性。CATIA运动仿真对汽车系统进行优化，减少实际设计中的失误[1]。

2、运动仿真建模

汽车运动仿真模型的建立，需要在汽车装配模型建立之后进行。针对一个汽车系统来说有很多设计需要进行仿真，本文中仅对汽车总布置设计工作中的运动进行建模分析。在仿真建模的目的，主要是对汽车前轮的跳动、方向盘角度输入、以及传动轴的校验。第一，对汽车机构运行时的西部动作进行分析，掌握汽车的运动方式和约束条件。第二，前轮跳动。汽车设计的前轮跳动，需要通过上下摆臂之间的球销连接，来带动转向实现前轮跳动。第三，前轮转动。前轮转动实现，主要是依靠方向盘的角度转动，通过拉杆将力传动给方向机，方向机转动引起车轮转动。第四，前驱动轴运动。汽车的前驱动轴运动在前轮运动带动下实现，在花键轴套内进行循环往复的运动，第五，后传动轴运动。汽车的后传动轴发生运动，需要在后桥弹性元件的作用下来实现，对于后传动轴运动的仿真，可以根据其运动的轨迹来分析其运动规律。在实际汽车设计仿真环节中，可以根据实际情况建立不同的运动副。针对一个仿真模型需要具有多个运动副，才能够实现真实精确的仿真[2]。

二、CATIA运动仿真在汽车设计中的应用

1、汽车部件包络体生成

CATIA运动仿真在汽车设计中的应用，最为突出的特点就能够进行汽车机构部件运动的包络体确定。当是汽车运动设计的模型建立之后，在CATIA软件中的DUM模型中，能够容易获得汽车部件运动的包络体，该包络体实际上就是汽车部件所能够运动的最大的范围。当该最大范围生成之后，模型软件中能够分析汽车的前轮、前驱动轴、转向拉杆等的运动是否符合实际需求[3]。

2、数据模型检验

为了检测汽车前轮运动是否符合实际需求，需要在前轮建模环节中，根据实际需求向模型输入不同层别的方向盘转角，转角不同，所产生的左右轮转角度数则有着比较大的差别。对所测量出来的前轮数据，对左右轮的转角的进行检验。根据以下公式进行分析：LH01cotcot，0其中为汽车转向轮外轮在实际测量中输入的转角；1为汽车转向轮内轮在实际测量中输入的转角；H为汽车两个主销轴与地面交点之间的距离；L为汽车的实际轴距。在以上数据检验环节中，如果所得到的结果差异比较大，需要重新进行运动仿真，指导所测量的数据结果符合实际需求。

3、干涉检查

当汽车设计仿真模型建立之后，需要进行设计的干涉检查，汽车的干涉检查主要分为动态检查和静态检查。其中动态检车比较关键，当汽车设计仿真进入到CATIA的转配环境中时，需要系统建立汽车齿轮齿条之间的约束，同时需要将设计系统中的各个结构之间的相互位置关系进行确定。这样能够便于汽车空间布置与校验[4]。

4、车轮定位分析

汽车的车轮定位在检验汽车稳定性方面发挥着重要的作用，当汽车在进行转向时，其前轮作为转向轮，需要产生一定的回正力矩，因此其定位参数需要提前设置，能够有效的保障汽车行车稳定性。对汽车前轮定位参数的设置，其实际标准有两个，第一，静平衡状态下的车轮中心定位，车轮中心与车身的相对位置在静止时测量，其数据是否满足数据标准。第二，当车轮中心在仿真系统所设定的极限区域内，其车身进行上下跳动时，前轮定位参数产生一定的规律。正确的仿真模式能够针对这些变化参数，发现汽车机构中存在的问题，并对汽车进行检验与检修。在对于汽车车轮定位环节中，能够在仿真中分析出汽车前轮前束值随着汽车前轮向上跳动而出现减少。

结论：

综上所述，本文对运动仿真的概念进行介绍，分析其运动仿真的建模，并且研究CATIA运动仿真在汽车设计中的实际应用。针对于汽车设计，运动仿真可以根据参数进行零件材料的调整。运用CATIA软件来实现汽车虚拟装配的设计，并对其运动进行仿真，使得汽车设计到配件生产的整个环节实现可视化。

作者：陈炳桥 单位：哈尔滨广厦学院

参考文献

[1]刘斌,刘轶娅,韩亚平.CATIA运动仿真在汽车设计中的应用[J].上海汽车,2006,07:32-34+43.

[2]孔薇,晏双鹤,杨维新.CATIA虚拟装配及运动仿真在汽车加速踏板控制器设计中的应用[J].汽车与配件,2008,27:36-37.

[3]孔薇,晏双鹤,杨维新.CATIA虚拟装配及运动仿真在汽车油门控制器设计中的应用[J].北京汽车,2008,05:32-34+37.

[4]张军,朱磊.CATIA运动仿真在汽车转向系统设计中的应用[J].产业与科技论坛,2016,05:52-53