基于CATIA的汽车转向系统DMU参数化设计

许晓楠，王虎

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000）

基于CATIA的汽车转向系统DMU参数化设计

许晓楠，王虎

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000）

文章主要研究运用CATIA中的“DMU运动机构”和“知识工程”模块，分别对乘用车常用的双十字轴万向节转向系统和三十字轴万向节转向系统的运动仿真模型进行参数化设计。此次设计节省了转向系统仿真分析和布置校核工作中的建模时间，避免重复建模，提高了工作效率，缩短了研发周期。

CATIA；转向系统；运动仿真模型；参数化

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

汽车转向系统是驾驶员操纵车辆的专设机构，也是关乎汽车行驶安全的重要部分[1]。虽然现如今越来越多的厂商在研究线控转向系统，企图代替传统的机械式转向系统，但就目前的国家标准和法规要求来说，短时间内仍是机械转向系统占据市场。为方便转向系统的仿真分析和布置校核工作，本文针对机械式转向系统，运用CATIA中的“DMU运动机构”和“知识工程”模块，进行参数化设计。

机械式转向系统的主要部件包括：转向轴、转向柱管、转向传动轴、十字轴万向节、转向输入轴和转向器[1]。根据十字轴万向节的数量，常见的转向系统一般分为双十字轴万向节转向系统和三十字轴万向节转向系统，分别如图1和图2所示。

1、双十字轴万向节转向系统参数化DMU建模

如图1所示，双十字轴万向节转向系统的转向传动轴是由两个十字轴式万向节（万向节B和万向节C）和一根转向传动轴（传动轴BC）组成。此类设计在汽车上应用十分广泛[2]。

1.1 创建输入参数

转向系统建模时的输入参数是转向系统的各个硬点坐标。如图1所示，双十字轴万向节转向系统建模时的输入参数主要有：A、B、C、D、M、N、P、Q点的硬点坐标。为避免参数输入带来的繁琐操作，这里创建了与硬点参数相关联的设计表。如需更改模型中的转向硬点参数，只需更改设计表中的参数即可。

③树形图会出现如图5所示的“参数”和“关系”：

1.2 建立部件模型part

建立部件模型part的原则是：除固定的part本身外，任何part需与其他part（包括固定的part）之间有相对运动关系，但同一part下的两个实体之间不存在相对运动关系。对于双十字轴万向节转向系统而言，可分为10个part：转向器（固定）、转向轴上、转向轴下、转向柱管上、转向柱管下、万向节B、转向传动轴上、转向传动轴下、万向节C、转向输入轴。

②创建每个part所需的点、线、面。以下列举点、线、面的示例各一个：

a.创建点A：

b.创建直线AB：

用“点-点”（点A和点B），创建直线AB，如图8所示：

c.创建P1平面（转向柱管轴线AB所在平面）：

用“通过两条直线”（直线AB和x轴），创建平面P1，如图9所示：

1.3 创建part之间的约束关系，建立运动仿真

转向系统的运动仿真主要包括：方向盘的旋转、转向管柱的伸缩调节和角度调节。双十字轴万向节转向系统part之间的约束关系如表1所示：

表1 双十字轴万向节转向系统part之间的约束关系[3]

（1）将零部件数模按要求放进分好的part中，双十字轴万向节的转向系统参数化DMU模型即建立完成。

2、三十字轴万向节转向系统DMU参数化建模

三十字轴万向节转向系统DMU的参数化建模与双十字轴万向节不同之处主要有三点：

（1）输入参数不同。三十字轴万向节转向系统的输入参数为：A、B、C、D、E、M、N、P、Q点的硬点坐标。

（2）Part不同。三十字轴万向节转向系统的Part有：转向器（固定）、转向轴上、转向轴下、转向柱管上、转向柱管下、万向节B、转向传动轴BC、万向节C、转向传动轴CD、万向节D、转向输入轴。

（3）Part之间的约束关系不同。其part间的约束关系如表2所示：

表2 三十字轴万向节转向系统part之间的约束关系[3]

3、结论

本文主要介绍了一种基于CATIA的汽车转向系统的参数化建模方法，能够为底盘工程师的后续工作提供以下方便：

（1）在转向系统运动仿真分析和布置校核中，只需更新相应设计表中的参数，便可建立新的数模；

（2）在转向系统硬点优化中，根据新数模便能立即验证某一套硬点下转向数模与周边的间隙情况。

本文提供的建模方法，可以普遍运用在实际汽车研发工作中，避免了重复劳作，提高了工作效率，缩短了研发时间。

[1] 陈家瑞,马天飞.汽车构造.下册[M].5版.北京:人民交通出版社, 2005.9.

[2] 王霄锋.汽车悬架和转向系统设计[M].北京:清华大学出版社, 2015.

[3] 盛选禹,李明志,包支.CATIA V5 r21运动分析教程[M].北京:机械工业出版社,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

许晓楠，（1989-），女，硕士，助理工程师，就职于长城汽车股份有限公司技术中心。从事底盘系统布置与性能优化工作。