基于CATIA的汽車轉向系統DMU參數化設計

許曉楠，王虎

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北 保定 071000）

基于CATIA的汽車轉向系統DMU參數化設計

許曉楠，王虎

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北 保定 071000）

文章主要研究運用CATIA中的“DMU運動機構”和“知識工程”模塊，分別對乘用車常用的雙十字軸萬向節轉向系統和三十字軸萬向節轉向系統的運動仿真模型進行參數化設計。此次設計節省了轉向系統仿真分析和布置校核工作中的建模時間，避免重復建模，提高了工作效率，縮短了研發周期。

CATIA；轉向系統；運動仿真模型；參數化

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

汽車轉向系統是駕駛員操縱車輛的專設機構，也是關乎汽車行駛安全的重要部分[1]。雖然現如今越來越多的廠商在研究線控轉向系統，企圖代替傳統的機械式轉向系統，但就目前的國家標準和法規要求來說，短時間內仍是機械轉向系統占據市場。為方便轉向系統的仿真分析和布置校核工作，本文針對機械式轉向系統，運用CATIA中的“DMU運動機構”和“知識工程”模塊，進行參數化設計。

機械式轉向系統的主要部件包括：轉向軸、轉向柱管、轉向傳動軸、十字軸萬向節、轉向輸入軸和轉向器[1]。根據十字軸萬向節的數量，常見的轉向系統一般分為雙十字軸萬向節轉向系統和三十字軸萬向節轉向系統，分別如圖1和圖2所示。

1、雙十字軸萬向節轉向系統參數化DMU建模

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

1.1 創建輸入參數

轉向系統建模時的輸入參數是轉向系統的各個硬點坐標。如圖1所示，雙十字軸萬向節轉向系統建模時的輸入參數主要有：A、B、C、D、M、N、P、Q點的硬點坐標。為避免參數輸入帶來的繁瑣操作，這里創建了與硬點參數相關聯的設計表。如需更改模型中的轉向硬點參數，只需更改設計表中的參數即可。

③樹形圖會出現如圖5所示的“參數”和“關系”：

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）之間有相對運動關系，但同一part下的兩個實體之間不存在相對運動關系。對于雙十字軸萬向節轉向系統而言，可分為10個part：轉向器（固定）、轉向軸上、轉向軸下、轉向柱管上、轉向柱管下、萬向節B、轉向傳動軸上、轉向傳動軸下、萬向節C、轉向輸入軸。

②創建每個part所需的點、線、面。以下列舉點、線、面的示例各一個：

a.創建點A：

b.創建直線AB：

用“點-點”（點A和點B），創建直線AB，如圖8所示：

c.創建P1平面（轉向柱管軸線AB所在平面）：

用“通過兩條直線”（直線AB和x軸），創建平面P1，如圖9所示：

1.3 創建part之間的約束關系，建立運動仿真

轉向系統的運動仿真主要包括：方向盤的旋轉、轉向管柱的伸縮調節和角度調節。雙十字軸萬向節轉向系統part之間的約束關系如表1所示：

表1 雙十字軸萬向節轉向系統part之間的約束關系[3]

（1）將零部件數模按要求放進分好的part中，雙十字軸萬向節的轉向系統參數化DMU模型即建立完成。

2、三十字軸萬向節轉向系統DMU參數化建模

三十字軸萬向節轉向系統DMU的參數化建模與雙十字軸萬向節不同之處主要有三點：

（1）輸入參數不同。三十字軸萬向節轉向系統的輸入參數為：A、B、C、D、E、M、N、P、Q點的硬點坐標。

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

（3）Part之間的約束關系不同。其part間的約束關系如表2所示：

表2 三十字軸萬向節轉向系統part之間的約束關系[3]

3、結論

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

（1）在轉向系統運動仿真分析和布置校核中，只需更新相應設計表中的參數，便可建立新的數模；

（2）在轉向系統硬點優化中，根據新數模便能立即驗證某一套硬點下轉向數模與周邊的間隙情況。

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

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

[2] 王霄鋒.汽車懸架和轉向系統設計[M].北京:清華大學出版社, 2015.

[3] 盛選禹,李明志,包支.CATIA V5 r21運動分析教程[M].北京:機械工業出版社,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中心。從事底盤系統布置與性能優化工作。