基于CATIA的轮胎包络计算分析不锈钢带水箱柴火灶
席思文
【摘 要】The McPherson suspension with steering system and multi-link suspension model were built with the software CATIA. The proper joints were added first and the simulation was carried out. The tire envelop was got by the simulation of the virtual prototype with wheel jumpiness. The tire envelope play a key impact on the design of parts which are near the tire.% 利用CATIA软件建立了带转向系统麦弗逊前悬架和多连杆后悬架的运动学模型，通过对模型中相应关节处施加运动约束，再进行运动学仿真分析，从而获得轮胎包络，轮胎包络的准确计算对汽车轮胎周边零件的设计具有重要意义。 【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2012(000)012
【总页数】4页(P65-68)
【关键词】仿真;轮胎包络;CATIA
【作 者】席思文
【作者单位】江铃汽车股份有限公司, 江西南昌 330001
【正文语种】中 文
【中图分类】TP391
0 引言
麦弗逊式悬架是当今世界用的最广泛的轿车前悬挂之一，它主要由螺旋弹簧、减震器、三角形下摆臂等组成，绝大部分车型还会加上横向稳定杆[1]。多连杆悬架表现出较好的运动学特性，使其更有利于提高汽车多方面的性能，尤其是提高操纵稳定性。因此近几年来，多连杆悬架开始得到人们较多的关注[2]。
CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。
CATIA软件中的模块DMU(Digital Mockup)通过自动化的命令和可视化的文件，使用户可以大大提高工作效率。借助于其他电子样机产品的集成，使技术人员对样机的审核及仿真成为可能[3]。在CATIA软件的DMU模块中，可以获得运动部件的包络体，即运动部件的最大运动范围[4]。
在进行汽车总布置设计时，必须对车轮的运动进行校核，防止发生运动干涉。此校核的目的是确定车轮运动至极限位置时占用的空间(对于前轮应同时考虑上跳及转向至极限位置时的情况)，从而检查车轮与轮罩、纵梁之间的运动间隙是否足够，并由此决定前后轮罩设计的最小尺寸边界。
多任务手势1 虚拟样机模型
以某车型的前悬架系统为例，用CATIA建立其虚拟样机模型。
1.1 带转向系统的麦弗逊前悬架
由于独立悬架和转向系统是比较复杂的空间机构，主销的内倾和后倾、摆臂转轴的倾斜布置给运动分析带来了很大困难，单靠平面简化进行计算得到的资料十分有限，误差较大。
CATIA的运动分析模块中蕴涵了空间解析几何的数学原理，通过建立几何模型、定义运动学模型，可以初步分析机构的运动特性，得到分析结果。
为了获得形象、直观、全面的物体几何信息，需要建立以下零件的数学模型，包括：前减震器总成、前下摆臂组件、转向器总成、稳定杆、稳定杆连杆、前轮、转向节、转向横拉杆等。带转向系统的悬架虚拟样机模型如图1所示。
图1 带转向系统的前悬架虚拟样机模型
1.2 多连杆后悬架
利用CATIA软件建立的多连杆悬架模型如图2所示。
图2 多连杆后悬架虚拟样机模型
2 定义运动学模型并确定初始位置
按常规思路，应该是先按悬架硬点把前悬架各部件的初始位置确定下来，再定义运动学模型。悬挂系统中弹性元件（如橡胶衬套等）用理想化的运动副代替，在运动仿真时不考虑
弹性件的变形，这种悬挂被称为运动学悬架。
运动学模型定义的关键是弄清零件的运动关系，从而在相应的关节处设置合适的运动副。
2.1 麦弗逊式前悬架
对于麦弗逊式前悬架，主要运动副定义如表1所示。新型助听器
当铺网定义完成后，整个机构有两个自由度，说明与实际相符，这两个自由度分别对应转向系统的运动和悬架车轮的跳动。
表1 前悬架运动学模型定义运动副序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12相关零件车身减震器上半部转向节前下摆臂转向横拉杆转向直拉杆转向器减震器下半部稳定杆连杆稳定杆减震器下半部转向节减震器上半部减震器下半部前下摆臂副车架转向节转向横拉杆转向直拉杆稳定杆连杆稳定杆稳定杆衬套转向节轮胎运动连接球面副（Spherical）棱形副（Prismatic）球面副（Spherical）旋转副（Revolute）球面副（Spherical）通用副（Universal）棱形副（Prismatic）球面副（Spherical）通用副（Universal）旋转副（Revolute）刚性副（Rigid）刚性副（Rigid）
2.2 多连杆后悬架
对于多连杆后悬架，主要运动副定义如表2所示。
表2 后悬架运动学模型定义运动副序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0相关零件车身减震器下半部稳定杆连杆稳定杆后下摆臂副车架转向节前上摆臂拖曳臂减震器上半部减震器上半部转向节转向节稳定杆连杆转向节后下摆臂前上摆臂副车架拖曳臂支架减震器下半部运动连接球面副（Spherical）通用副（Universal）球面副（Spherical）通用副（Universal）球面副（Spherical）通用副（Universal）球面副（Spherical）通用副（Universal）球面副（Spherical）棱形副（Prismatic）
定义完成后，整个机构只有一个自由度，说明与实际相符，这个自由度对应悬架车轮的跳动。
3 轮胎包络计算分析
轮胎包络的确定对车身工程师设计前轮罩、地板等零件十分重要。在设计过程中轮胎包络还有可能驱动整车架构开发的轮距、整车最小转弯直径的调整，故在整车项目前期开发阶
段，在恰当的开发节点较准确地计算分析轮胎包络有重要的作用和意义。
3.1 转向行程及车轮跳动量
捞泥3.1.1 前悬架
在轮胎包络的计算分析过程中，最重要的就是轮跳和转向耦合输入的原则，不同的原则会产生不同的计算结果，对结果的应用策略也会有较大区别，因此各汽车制造公司一般都会在设计样车测试中进行试验验证，不断完善设计原则。
在计算车轮上跳量时，由数模得出悬架限位块在满载状态与纵梁的距离，根据以上数据，得出车轮上跳最大行程为100mm(即动扰度)，即车轮从设计状态向上到极限位置的跳动量为100mm。根据计算，得出从设计状态到下极限的跳动量为80mm。根据转向器的相关结构参数，转向向左和向右最大行程都是80mm。反垃圾邮件系统
在正常情况下，车轮上跳量到极限位置与前轮满角度转向同时出现的可能性极小，且一旦出现，则往往是危险工况。使用麦弗逊悬架DMU模型，根据轮跳和转向输入运行模型，仿真计算分析出轮胎运动规律。图3是车轮作为内和外转向轮时的运动模式。
图3 车轮运动模式
图5中各点定义如表3所示。
3.1.2 后悬架
后悬架无转向，不需要考虑转向行程，车轮只有上下跳动，其行程与前轮一样。
表3 车轮运动各点定义转向行程位置内转向 /mm车轮跳动位置上跳/mm 外转向 /mm点 下跳/mm A B C D E F G H P N M K J 0 - - 0 7 0 0 80 80 0 0 8 0 70 100 100 100 80 80 80 80 22 22 0 0 - - - - - 0 2 2 0 -0 - - - - - - - 0 8 0 0 - - - - -22 80 80 80
3.2 轮胎模型
仿真分析时用的轮胎规格为235/55 R17，根据GB/T2978-2008的尺寸规格在CATIA中建立轮胎模型。后轮为非驱动轮，进行分析时可以直接用该模型。由于前轮为驱动轮，轮胎模型除考虑型号外，还需要考虑防滑链的应用策略及尺寸。
在GB7063-2011中有如下规定。
（1）如果汽车是两轮驱动，汽车制造厂应把汽车设计成至少有一种型式的防滑链适用于该车驱动轮的一种型式的车轮和轮胎。汽车制造厂应详细说明适合该车的防滑链、轮胎和驱动轮的组合。
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