基于UGII软件的汽车悬架设计开发系统

来源：九壹网

基于UGII软件的汽车悬架设计开发系统

祁宏钟　雷雨成

(同济大学汽车系　上海200092)

　(

孟黎明　黄泽勇　陈宇晖

宁波跃进汽车前桥有限公司　宁波315000)

摘　要　　以悬架系统快速设计开发为目的,通过UGII软件的二次开发,实现了软件内嵌入UGII软件运行,建立了轿车悬架设计开发系统。该系统通过智能推理给出可供参考的悬架类型和初始参数,提供典型悬架的参数化模块供驱动,可完成所设计悬架系统的运动学特性、初步动力学分析功能,并具备整车性能分析功能。关键词　　悬架设计　UGII软件　设计开发系统

DESIGNOFAAUTOMOTIVESUSPENSIONSYSTEMBASEDONUGIISOFTWARE

QiHongzhong　LeiYucheng

(DepartmentofAutomobileEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092)

MengLiming　HuangZeyong　ChenYuhui

(NingboYuejinAutomobileFrontSuspensionCo.Ltd,Ningbo)

Abstract　　Aimingatthefastdesignanddevelopmentofasuspensionsystem,automotivesuspensionsystemisdesignedanddevelopedthroughtheseconddevelopmentforUGIIsoftwarewhichrunsinUGIIenvironment.Thesoftwarecangiveusersthesuggestionsforselectionofsuspensionmodemodificationoftypicalsuspensionparametricaltemplate,kinematicsofsuspension,kineticsanalysisandvehicleperformanceanalysis.Keywords　　Suspensiondesigns　UGIIsoftware　Systemdesign

理功能,可以在用户设定条件下,进行悬架型式推理,为使用者

0　前　言

悬架系统是轿车底盘的重要组成部分,其性能的好坏,直接影响到车辆的行驶平顺性、操纵稳定性以及制动转向性能,因此,悬架系统设计是轿车底盘设计的重要工作。一套设计成熟的悬架系统一般都是长时间积累的结果,不会轻易改动,采用平台化开发战略开发的系列车型,其底盘中悬架系统的变化是非常有限的,所要做的工作只是重新匹配前后悬架系统刚度和阻尼。

出于这种考虑,针对目前国内轿车悬架设计的现状,进行了基于UGII软件汽车悬架系统设计开发系统的开发工作,希望能够在广泛了解国外已有底盘悬架系统的基础上,为悬架设计提供快捷手段。该软件系统具有数据库系统快速查询、悬架型式选择智能推理、悬架导向杆系、弹性元件、阻尼元件、弹性衬套自动生成、悬架系统运动学、动力学和整车性能分析等功能。

进行悬架系统初始阶段设计提供重要参考。

图1　悬架设计开发系统总体设计思路

在确定了设计悬架的型式后,就可调用相应悬架型式的设计模块,这个设计模块提供了大量的可调参数,使用者调整对悬架系统性能有重大影响的参数,进而快速生成初步的三维实体数据模型。对于弹性元件、阻尼元件和弹性衬套的设计,都可以及时进行设计,各个零件设计模块都具备根据使用者提出的性能进行优化计算的功能,并得到精确三维实体模型。

软件系统对设计结果可即时进行运动学特性和动力学特性分析,给使用者提供直观的分析结果。悬架系统的性能满意后,还要进行整车性能仿真计算。

根据分析结果,判断所设计悬架系统的性能,如果结果满

1　系统的总体设计思路

轻型汽车悬架设计开发系统的总体设计思路如图1所示。整个软件平台的基础是悬架系统数据库系统,这个数据库系统包含了悬架系统的大量参数和相关信息,并具备智能推

收稿日期:2002-03-11。祁宏钟,博士,主研领域:汽车悬架系统,逆向工程。

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意,即可以进行关键零件的有限元分析前处理工作,如果不满意,必须返回悬架系统三维数据实体生成模块,重新进行参数定义,这项工作既可以自动完成,也可以手工干预完成。

当这些工作都得到了比较满意的结果后,就可以根据计算结果参数建立最终的方案模型,同时这个设计结果也作为成功的典范供用户选择放入数据库,为以后的设计提供参考,也可以为智能推理扩大样本空间。

整个软件是一个复杂系统,主要借助UGII软件的二次开发工具UG/OpenAPI完成悬架系统三位实体数据模型的生成和参数驱动工作,并完成悬架系统运动学、动力学和整车性能仿真计算功能。整个系统的数据库依托采用了目前最通用的大型数据库系统Oracle,为系统的网络实现和系统容量的扩充提供了广阔的空间。

确的设计。

图2　三维麦弗逊实体数据模型

　图3　三维复合式悬架

实体数据模型

2　数据库系统的功能与实现

如前所述,数据库系统是悬架设计开发系统的工作基础,这个数据库系统提供设计参数、最终设计结果保存和三位实体数据模型的存储及管理功能。

悬架数据库系统中,包括了车型—悬架形式数据库、车型—悬架定位参数数据库、国内外悬架专利数据库、悬架参数化模板库和SAE推荐铰链数据库等涵盖悬架系统设计过程中用到的诸多几何参数和设计标准的数据库系统。这个数据库具备条件查询、搜索、浏览及统计等功能。这些数据库系统全部都是开放式的,使用者可以根据需要随时进行记录的添加和删除操作,也可以根据工作的变化,建立新的数据表,充实数据库系统的内容。

在此基础上,建立基于神经网络方法的专家推理系统。专家系统适用于解决缺乏精确计算公式但却有丰富求解问题经验的领域。传统的方法建立专家系统时,要求技术专家将自己的经验总结成规则提供出来,以供计算机建立知识库用。但是这种基于规则的传统专家系统有以知识无法使用一般规则表达、没有自学习能力等缺陷。用神经网络方法建立专家系统是一种较传统方法获取知识更为有效的方法。神经网络可用于未提炼成规则的数据或经验(知识)来训练网络,即便在输入模式的种类非常多的情况下,网络经训练后仍能很好的工作。与传统的专家系统不同,神经网络系统可以通过学习不断完善自己,因而具有创新能力。利用这个功能,在悬架设计开发系统软件中,建立了相应知识库,并可进行悬架型式智能选型,为使用者提供设计参考。

建立完备的参数化零部件模板库是建立参数化三维实体数据模型的基础,必须根据不同悬架型式进行关键控制参数的参数化工作,并保证各个参数之间的相关性。

图5　减振器特性曲线

图4　三维弹簧实体数据模型

图2～4是目前国内轿车中使用最为广泛的麦弗逊悬架、复合式悬架系统和弹性元件的三维实体数据模型实例,这些模型中的关键参数都是可以修改的,为进行优化分析和悬架系统运动学、动力学分析奠定基础。

4　CAE部分功能的实现

CAE模块主要保证优良的设计性能。此模块具备的最基

本功能是空间位置、间隙的检验,进行空间位置的参数化控制的调整,同时还可以提供刚度阻尼匹配设计分析、整车行驶性

能分析、悬架系统运动学(见图6)、动力学分析、弹性元件性能计算、阻尼元件性能计算

(见图5)和FEA前处理等功能。可以完成整

车与悬架系统的刚度阻尼匹配性能分析、悬架系统车轮外倾角、车轮前束角、主销后倾角和主销内倾角随着车轮跳动的精确变化

数据和曲线(见图7),还可以进行整车操纵稳定性(见图8)、车辆乘坐舒适性及制动转向匹配的分析。并在建立整车行驶平顺性和操纵稳定性模型的基础上进行悬架参数的优化分析和

图6　转向轮跳动时轮胎包容空间图7　车轮运动学特性计算结果

3　CAD三维实体数据模型的实现

悬架系统设计开发软件的CAD模块可以实现悬架导向杆和控制臂的设计、悬架弹簧元件设计、悬架减振器设计、悬架铰和衬套设计。同时提供各个零部件的空间定位关系,并在零部件的设计过程中就考虑装配面的定义。与传统CAD功能不同的是,本平台的模板具备三维参数化的功能,可以实现快速、准

图8　整车操稳性仿真计算结果

(下转第21页)

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请求和接收数据。逻辑层是通过CGI、

API等把从客户机上传来查询请求转发

信息化。社会经济生活中的竞争日趋激烈,社会要求一个个体,上到国家,下到企业、个人,需要对外界信息正确而迅速地理解分析,然后作出相应的反应。因此,OLAP工具作为良好的决策支持手段将得到广泛的应用。

就整个OLAP技术的发展方向来看,它将以市场需求为指引,今后的OLAP工具将更加方便、适用,功能更加强大,同时这也是OLAP提供商们所追求的。

图1　基于Web的联机数据挖掘结构

给数据层中的OLAM服务器,经过处理后把结果再转发给客户机。

OLAM服务器将两种数据分析工具

结合起来,DM可以使用存储在数据仓库中集成的、预处理过的、高质量的数据,通过与OLAP的结合可以将其实现手段

(如分类、预测、聚类等)建立在数据

参考文献

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[10]TheOLAPReport,Marketshareanalysis,2001,Availableathttp:ΠΠwww.

olapreport.comΠMarket.htm[EBΠOL].

立方体的基础上,这样,OLAP与DM使用

相同的数据源可以使数据分析应用架构简化;DM为用户提供了所期望的数据挖掘功能,提高了数据控制任务的灵活性。

212分布式OLAP技术(DOLAP)

分布式OLAP技术是在OLAP技术在分布式数据仓库上的

应用。数据仓库是面向主题的、集成的、时变的、非易失的数据存储系统。它有三种体系结构———企业仓库型、数据集市型、分布型。企业仓库型数据仓库就是通过企业数据仓库来为知识工程师提供信息服务。数据集市型是企业数据仓库的子集,其范围限定于特定的主题,它

图2　分布式数据仓库可以在部门服务器上实现。这大大降低

了数据仓库建立所需的时间和费用。分布型就是把各个部门

所建立的数据集市有效地整合起来,其结构图如图2。

当前,建立一个企业数据仓库有这样一种趋势:自底向上的方式。即首先建立子部门的数据集市,然后再把这些数据集市通过分布式OLAP中间件整合起来。分布式OLAP中间件必须保持各个数据集市之间的数据一致性,同时需要保证查询结果必须在一个较短的时间内输出,以及具有数据路由、整合缓冲、数据装载平衡的基本功能。

当前已经有公司,如Cognos和HewlettPackard宣布它们提供DOLAP解决方案。

213OLAP与高级数据库技术的结合

随着数据库技术的发展,涌现出了针对不同数据类型的数据库系统,如面向对象数据库、对象关系型数据库、空间数据库、超文本数据库、多媒体数据库、时序数据库等等。当前的商品化OLAP工具主要是面对的是以结构化数据为主的关系数据库,事务数据库以及数据仓库,一个很大的缺陷在于维和度量只限定于特定的数据类型。大多数数据立方体的维限定为非数字数据,度量只能为简单的聚集值。而高级数据库的数据类型通常结构复杂,长度很大、数据之间的关系也很复杂,这样一般的OLAP工具不能够满足高级数据库中的数据类型的处理要求,因此针对于各种不同的高级数据库的OLAP是OLAP研究开发领域中的又一个新热点。

这些新型的OLAP技术包括基于面向对象的OLAP(O3LAP:ObjectOrientedOLAP),基于对象关系的OLAP(Object-RelationalOLAP),基于空间数据库的空间OLAP(SpatialOLAP),基于时序数据库的时序OLAP(TemporaalOLAP)等等。现在,加拿大的ZTI公司提供了一套O3LAP解决方案。

(上接第31页)

计算。

5　结　论

汽车悬架设计开发系统软件在UGII环境中进行悬架系统设计,利用大型三维设计软件的强大功能,快速进行悬架系统的设计开发,为缩短悬架系统的设计开发周期提供可能,同时可以不断积累悬架设计开发经验,也降低了对悬架系统设计开发人员的专业技术要求,汽车悬架设计开发系统软件是非常成功的尝试。

参考文献

[1]UGΠOpenAPIPreference.

[2]盛景方译,扭杆弹簧的设计和制造手册,学术期刊出版社1[3]孙逢春,审校,H—P威鲁麦特著,车辆动力学模拟及其方法,北京:

3　结束语

当今社会进入了信息经济时代,它的一个重要标志是社会

北京理工大学出版社,1998151

[4]HongzhongQi,Y.Ch.Lei,J.Wang,Nonlinearmathematicalmodelforakind

ofvehicleshockabsorbers,IPC2001T314,The11thint.pacificconf.OnAu2to.Eng.2001.11.

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