汽车研发设计论文CATIA软件应用论文

汽车研发设计论文CATIA软件应用论文摘要：随着汽车工业的不断发展和进步，基于三维设计、分析计算、动态模拟与仿真的CAD/CAM/CAE一体化软件功能的CATIA在汽车设计研发领域的应用不断深入。其全参数化的理念，以及强大的拓展和二次开发功能为广大的汽车研发设计者带来福音，通过高度标准化的零部件，智能化的人机仿真模拟以及强大的知识工程，可大幅降低汽车研发设计的繁杂度，降低研发成本，缩短研发周期，加快汽车新产品的上市进程。前言CATIA全称ComputerAided3-DInterfaceApplication，自20世纪80年代由法国DassaultSystem公司开发成功，便迅速壮大发展，目前已广泛应用于航空航天业，汽车制造工业，造船工业，厂房设计业，加工装配等各大行业。尤其在汽车制造工业领域，CATIA已成为欧洲汽车工业乃至北美、亚洲汽车工业事实意义上的行业标准，其客户涵盖了欧洲著名的汽车一线品牌，如宝马、奔驰、克莱斯勒等。CATIA在汽车风格造型，车身设计以及发动起引擎开发等方面提供了E2E（端对端）解决方案，可有效降低汽车研发设计复杂度和工作量，提高产品设计的标准化程度，加速汽车新车型新产品的上市进程，为新产品赢得更多地市场先机。1庞大的零件标准库及二次开发功能，加快汽车设计研发进度作为传统制造工业的典范产品，汽车具有庞大的零部件系统，而这些零部件系统在长达一个半世纪的演化过程中已经高度标准化，而且汽车标准件在汽车全部零件数量中的比重也在不断地提高。CATIAV5系统提供了强大的标准化部件的应用功能—CatalogBrowser，该部件标准库可以大量降低研发设计人员的劳动强度，实现设计的预判性和前瞻性，加快汽车设计研发进度。更为重要的是，CATIAV5的CatalogBrowser具有极强地二次拓展性，众多汽车制造公司基于各自车型体系以及区域化的标准差异，基于CATIAV5提供的平台基础上进行二次开发设计，研发出更具针对性的自用标准件数据库。自用标准件数据库事实上通过两个层级同时实现：一是创建标准件类型，确立标准件的种类（ParentClass），以及标准件的属性信息。通过建立标准件的类型索引，可以方便具体设计人员检索或者调用标准件。二是在系统中创建标准件，建立标准件的三维数据模型以及参数化信息，并创建标准件类别（Catalog）。2智能化的人机工程功能，解决人体舒适性和安全性问题人机工程学是一门运用各种交叉学科，去研究机械运转过程中，人、机械及工作环境互相影响的交叉学科。现代汽车的研发设计过程中，尤其强调汽车工作期间，驾驶人员以及乘客所获得舒适感受以及行车安全等因素，也就是说在汽车研发设计阶段，就需要很好地解决“人机环境”之间的相互作用问题。CATIAV5率先提出了人机设计与分析的解决方案，并被集成为四大模块：人体模型构造器HBR，人体模型测量编辑HME，人体姿态分析HPA以及人体行为分析HPA。在汽车的人机工程中，人（包括驾驶员和乘客）和汽车是相互作用的主体。因此我们需要在充分了解人的身体和生理等各方面的参数后，根据汽车不同的工作形态，对汽车各方面功能进行人性化设计，使我们汽车产品能够最大程度上地满足驾驶人员和乘客的舒适性和安全性诉求。而在CATIA软件中，嵌入了大量基于人体测量学的数据源和理论系统，并通过这些人体测量学数据建立起参数化人（虚拟人模型），虚拟人模型拥有仿真的人体结构以及人体动力学和运动学特征。同时研发设计人员可以根据不同的设计目标在CATIAV5软件中植入人机特征评价模型，如人体舒适性，人体安全性或者人体可视性及可及性等评价体系。在此基础中，研发人员可以在特定的工作场景中进行各种各样的人机动态或者静态的仿真模拟。如果反馈结果是积极的且符合设计目标的，设计人员可以进行下一步的实施设计。如果反馈结果是负面的不符合设计要求的，设计人员可以及时的对设计参数进行修正，以达到不断优化设计的目的。3强大的知识工程，优化车身总布置设计汽车车身总布置指研究汽车车身的部件布置以及其设计，是整车设计得的重要组成部分。传统车身总布置主要依靠设计团队的经验和手工绘制图纸。由于车身多为三维曲面结构，传统车身总布置设计存在精度不高，工作量巨大等现实问题。CATIAV5作为全参数化的CAD软件，拥有一系列智能化的知识工程软件模块，如知识工程顾问，产品知识模块，产品工程优化等模块，在CATIVV5中，所有的College（知识）以参数，公式，规则，设计表等形式存在。运用CATIAV5强大的知识工程，可以构建全参数化的汽车模型以及人机互动模型，并通过知识工程模块实现车身总布置的不断优化。那么如何通过CATIVV5知识工程实现车身总布置的优化设计呢？首先，要率先建立车身坐标系，将虚拟车置于三维立体结构中，建立车身的X，Y，Z三维坐标体系。这样虚拟车身的任何一个结构点或者部位点都有一个且唯一一个三维坐标点与之呼应，通过三维坐标点也可以唯一确定车身某部位点位置。其次，要建立主要的参考平面，通过选定整车外形尺寸的控制要素（尺寸）并确立基准参数。最后是最为关键的是建立车身结构模型，通过运用知识工程模块中的参数以及上面提及的整车控制尺寸，生成整车车身总布置的控制参数，并将车身拆解成前部，中部，车尾分别建立相应的结构模型。为了实现车身及其总布置的精准设计，知识工程还具有Check（检查）功能，实现实时检验。如某参数在进行设定或修改活动时，若造成目标设计偏差（如整车尺寸），系统会自动报警。通过这种检查预警机制，可以将设计误差或者错误控制在设计前端。4CATIA软件在汽车底盘设计中的运用汽车底盘开发设计流程使用CATIA软件进行汽车底盘设计开发的核心是基于骨架模型与DMU集成的TOP-DOWN设计方法。自上而下（TopDownDesignprocess）设计是与常规BottomUp设计相对应的一种设计方式，此设计方法的中心思路是先整体规划，后细节设计。即在产品整体设计的初期，就定位于整个装配系统的最高层面来考虑产品的总体设计和功能性设计。这种方法是从装配构成的最顶层开始，在一个骨架模型零件中来考虑和表达整个装配的各个部件的相互位置关系、作用和实现的功能等，集中捕捉产品的设计意图，自上而下的传递设计信息，从而更加有目的地进行后续的设计。骨架模型就是产品设计信息的载体，这个骨架模型的建立需要考虑到不同零件之间的参数关系与驱动关系，这些信息会用来作为后期详细模型设计的基础。由于在骨架模型设计阶段就考虑到了整体装配的相互关联信息，所以，很多设计上的缺陷与问题可以在整个设计的早期阶段得到及时发现和更正。设计后期发现的问题也可以通过修改骨架模型来实现后续相应零部件的自动更改工作。这种设计思想现在有些汽车设计公司已得到广泛的使用，但是我们只提到了基于骨架模型的关联设计，而我们忽视了骨架模型的另外一个很重要的作用，即作为运动仿真，定义运动机构的一个基础模型。它的作用贯穿于整个汽车底盘的始终。以骨架驱动为主要手段的Top/Down设计将设计流程分为三个主要阶段：（1）骨架模型设计阶段（设计前期验证）；（2）零部件详细设计阶段（基于骨架的建模）；（3）装配验证阶段（模型装配与DMU干涉检查）5转向梯形机构设计转向梯形机构设计虽然不是汽车总布置设计的工作，但由于与整车布置有关，而且可以用CATIA等三维软件运动仿真辅助完成，所以把它列为运动校核内容一起讨论。转向梯形机构设计是用来保证转弯行驶时，车轮均能绕同一瞬时转向中心，在不同半径的圆周上作无滑动的纯滚动，因此，在设计中首先要确定转向梯形机构的几何尺寸参数。5.1确定有关总成和部件的支承型式、结构参数与特性等。5.2确定各总成的质心位置，核算汽车空载和满载时的轴荷分配及整车质心高度。5.3制作模型进行布置空间的校核。5.4汽车总成、部件及零件的选型与设计。5.5设计图纸的卫艺审查及必要的修改。5.6绘制汽车总装配图。进行图面装配校核，仔细检查相连接总成及部件的连接关系、连接部分的尺寸与配合以及拆装的方便性；核算与标注汽车整车和有关总成与部件的安装尺寸链，为汽车总装作技术准备并提供依据。5.7试制、试验、修改与定型。6结语随着汽车工业的不断发展和进步，基于三维设计、分析计算、动态模拟与仿真的CAD/CAM/CAE一体化软件功能的CATIA在汽车设计研发领域的应用不断深入。其全参数化的理念，以及强大的拓展和二次开发功能为广大的汽车研发设计者带来福音，通过高度标准化的零部件，智能化的人机仿真模拟以及强大的知识工程，可大幅降低汽车研发设计的繁杂度，降低研发成本，缩短研发周期，加快汽车新产品的上市进程。参考文献：[1]冯莉.谈CATIA软件在汽运技术专业中的教学改革[J].辽宁高职学报，2011（04）[2]于哲峰.基于Catia的汽车车身逆向设计方法研究[J].鞍山师范学院学报，2011（02）[3]胡小庆.基于CATIA的某汽车转向臂轴的三维造型和静强度分析[D].武汉：长江大学，2012：1-66[4]许娜.CATIA软件在船舶设计中的几点应用[J].硅谷，2012（14）