（车辆工程专业论文）基于知识的微型车底盘智能化布置系统dpcad研究.pdf

摘要 摘要 论文首先描述了传统微型车底盘布置方法及其特点上，详细研究了微型车底盘智 能化布置的实现策略，建立了基于c a t i a 的微型车底盘智能化布置软件系统 ( d p c a d ) 。 论文以知识工程的理论为基础，将底盘传统设计方法和c a d 技术相结合，阐述了 微型车底盘智能化布置系统的设计思路。文中对设计参数的层次化定义、约束的分类 及其动态化和智能化处理提出了有效的解决方案，并建立了结构及约束参数数据库、 尺寸约束函数库和知识约束库。通过对微型车底盘布置知识的收集和整理，建立了底 盘布置知识库，为微型车底盘智能化布置提供知识源，从而实现底盘布置知识的继承 和利用。通过应用举例，验证了d p c a d 系统的可行性。 关键字：知识，微型车底盘，智能化，布置 第1 页 a b s t r a c t a b s t r a c t a f t e rs p e e i l y i n gt h ec h a r a c t e n s f i co ft h et r a d i t i o n a lm i n i t y p ea u t o m o b i l ec h a s s i s l a y o u td e s i g nm e t h o d , t h ei m p l e m e n t a t i o ns t r a t e g yo ft h em i n i t y p ea u t o m o b i l ec h a s s i s l a y o u td e s i g ni ss t u d i e db yi n t e l l i g e n tm e t h o d ，a n dt h ea c t u a l i z i n gm e t h o do f as o f t w a r e s y s t e mf o rm i n i t y p ea u t o m o b i l ec h a s s i sl a y o u td e s i g nb a s e do nc a t i a i se s t a b l i s h e di n t h i sd i s s e r t a t i o n b a s e do i lt h e o r yo f k n o w l e d g e - b a s e de n g i n e e r i n g ，t h ed e s i g ni d e a s f o rt h ed p c a d s y s t e mi se x p a t i a t e di naw a yc o m b i n i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lc h a s s i sd e s i g nm e t h o da n d c a d t e c h n o l o g y e f f e c t i v ea p p r o a c h e s a l ep u tf o r w a r dw h i c ht od e f i n eh i e r a r c h i c a ll e v e l s o f d e s i g np a r a m e t e r s ，c l a s s i f ya l o n g w i t hd y n a m i ca n d i n t e l l i g e n ts o l v e v a r i o u s e n g i n e e r i n g d e s i g nc o n s t r a i n t s ，a n dp a r a m e t e r si n f o r m a t i o nd a t a b a s e , d i m e n s i o nc o n s t r a i n tf u n c t i o n s d a t a b a s ea n dk n o w l e d g ec o n s t r a i n td a t a b a s ea r ee s t a b l i s h e s b yc o l l e c t i n ga n da n a l y z i n g t h ek n o w l e d g e o f m i n i t y p ea u t o m o b i l ec h a s s i sl a y o u td e s i g n ，t h er e p o s i t o r i e si se s t a b l i s h e d a n dp r o v i d et h ek n o w l e d g ef o rt h em i n i t y p ea u t o m o b i l ec h a s s i si n t e l l i g e n tl a y o u td e s i g n k n o w l e d g e o f t h e m i n i t y p ea u t o m o b i l ec h a s s i sl a y o u td e s i g ni si n h e r i t e da n d r e u s e d k e y w o r d s ；k n o w l e d g e ，c h a s s i s o f t h e n f i l f i t y p ea u t o m o b i l e ，i n t e l l i g e n t ，c h a s s i sl a y o u t 第页 i 6 2 4 6 5 6 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历丽使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 己在论文中作了踢确的说明。 研究生签名：照竖 2 ，一。中年1b t o b 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阕或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：量垂翌 。牛年? b , o b 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 1 绪论 1 1 论文的选题背景 随着计算机产业的发展和大型c a d c a m 软件的问世，汽车制造业也进入了计 算机辅助阶段。采用计算机辅助设计不仅抛弃了传统的图板设计，还可辅助设计人员 进行产品的方案设计，对提高产品设计水平，产品质量，缩短研制周期，都将具有重 大的意义。底盘总布置是汽车产品设计中的一个重要部分，然而传统的底盘布置均是 依靠经验和参考同类底盘进行相似性设计或改型设计，并存在以下不足： f 1 ) 底盘零件繁多，零件结构和相互关系复杂，传统的二维图纸很难表达清楚。 也不够直观和精确； ( 2 ) 在底盘总布置阶段，常常有几个方案同时并行，每个布置方案也要经过多次 的调整和更改后才确定。手工制图难以高效率地胜任如此巨大地修改量； ( 3 ) 底盘总布置方案的确定对设计者经验的依赖性很强。 鉴于此，本文研究并建立了基于知识的微型车底盘智能化布置系统( 简称 d p c a d ) ，以知识工程理论为基础，将微型车底盘布置的经验知识和c a d 技术相结 合，开发了专用的微型车底盘布煮系统。借助于该系统对微型车底盘进行智能化、自 动化布置，以期提高微型车底盘开发水平，缩短开发周期。 1 2 汽车工程计算机辅助设计的研究现状 从国内外研究概况及发展趋势来看，汽车产品设计从零件的系列化、通用化已经 向整个产品的系列化转变，从而使零件的参数化建模设计转向产品的智能化设计。 基于知识驱动的参数化设计是汽车产品智能化设计的一个研究方向。国内已开始 了在该方面的系统研究，许多大专院校、汽车研究所和企业进行合作，提出了一些新 理论，新技术，并开发出部分与汽车相关的软件产品。在基于大型成熟的c a d c a m 软件平台上( 例如c a t i a 系统) ，结合人工智能技术，利用v b 高级语言编制接口和 操作界面，从而形成智能化设计系统是本课题的研究方法。 目前在汽车行业中，发达国家的c a d 技术已得到了广泛的应用，并取得了巨大 的经济效益，使汽车产品的开发周期已缩短至2 3 年。汽车c a d 系统的软硬件都已 达到较高水平，并仍在向智能化、集成化和标准化的方向发展。全球最大的汽车制造 商通用、福特等公司均采用了基于参数化建模的设计方法。德国汽车制造业巨头宝马 集团，进行底盘设计项目也已采用零件参数化的技术。目前，国外在c a d 技术领域 第l 页 塑圭堡皇基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 的研究方向主要有c a d 与互联网的连接、高速高质量的曲面造型、更有效的c a d 产品数据交换、支持概念设计以及大型复杂产品c a d 模型的快速绘制和组装等。 国内也早已开始了在该方面的系统研究，在“八五”、“九五”国家“两c ”计划 的大力推进下，中国c a d 从无到有，从小到大，得到了长足的发展。初步形成了象 c a x a 电子图板、英泰c a d 、开目c a d 、c a x a 三维实体设计、西工大c a p p 、c a x a 制造工程师、英泰p d m 、新模式p d m 等许多优秀的具有自主知识产权的c a d c a m 软件产品“3 。同济大学从1 9 9 6 年起，就开始从事计算机辅助设计的应用和开发，现 己开发了基于知识的齿轮设计，基于知识的悬架设计等近l o 个机械和汽车相关软件 产品。 随着计算机技术的飞速发展，先进的计算机辅助设计( a d v a n c e dc o m p u t e ra i d e d e s i g n ) 、模拟测试方法在底盘设计中得到广泛应用。从手工经验设计到计算机辅助的 科学设计，从静态设计到动态模拟设计，使整体设计水平向前大大地推进了一步。通 过知识工程、专家系统和智能数据库的开发，现代底盘设计已处于一个全新的设计环 境。 计算机辅助底盘设计，可以通过建立底盘几何模型，利用有限元技术来进行计算 机辅助工程分析，计算部件的质量、质心和转动惯量，对几何形状不规则部件、载荷 和支承情况复杂豹各种结构及零部件进行应力分析、变形计算以及进行模态分析。通 过计算机辅助分析可以实现控制底盘构件的结构形状、噪声和振动，预测疲劳寿命， 了解其固有频率和振动模型等特性。计算机辅助工程分析还可以进行构件的静、动态 运动分析、碰撞分析、强度分析、刚性分析、空气动力学分析等方面“1 。 现代底盘设计方法的应用，把各种传统经验设计的信息有机的组织、管理，利用 知识推理和决策组成基于知识的智能化系统使得底盘设计更趋智能化。 现代底盘设计继承了传统设计方法，并远远超越了传统设计方法。 1 3 基于知识的工程系统发展概况 基于知识的系统f k b s ，k n o w l e d g e b a s e ds y s t e m ) 技术始于6 0 年代中期，在7 0 年 代末8 0 年代初取得了飞速发展，震惊了计算机科学领域，同时也引起了工程设计c a d 专家们的高度重视5 1 。自八十年代以来，a i 技术与c a d 技术结合，逐步形成了智能 c a d ( c a d ，i n t e l l i g e n tc a d ) 的概念，近年来，a i 、k b s 用于工程设计己成为热门的 研究课题之一。从设计过程模型、设计对象、设计任务、设计知识等方面进行了广泛 的研究，努力将a i 技术应用于c a d 领域，逐步形成了基于知识的工程f r d j e k n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ) 这门崭新的设计方法学。因此，可以认为k b e 是k b s 在工程设计领域的扩展延伸。 第2 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智毵化布置系统研究 此外，在当分布式系统( d i s t r i b u t e ds y s t e m ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 等 成为设计趋势时，解决设计中的冲突、优化设计过程显得尤为重要：个产品设计组 中每个成员的知识经验能力都不一样。涉及的领域也不尽相同，知识的共享就变得相 当关键；设计的自动化、智能化、并行化将是设计发展的方向与趋势。 正是在这种环境下，新的设计方法学呼之欲出，k b e 也正是顺应了这些设计需 求，而得以不断发展、应用。最近几年，尤其在工程设计领域，k b e 的研究、开发、 应用在世界上许多院校、科研单位、产品设计咨询公司如火如荼地展开。具有代表性 的大学研究机构，如m t , c a r n e g i e - m e l l o nu n i v e r s i t y , b e r k l e yu n i v e r s i t y , u n i v e r s i t y o f w a s h i n g t o n , s y d n e yu n i v e r s i t y 等，都积极开展i c a d 、k b e 的研究工作，并在土木工 程、机械工程和电子工程等领域开发设计专家系统或建立智能支撑环境。而一些大型 企业公司更是率先将这种新型设计方法学应用于实际设计过程中“1 ，如英国l o t u s e n g i n e e r i n g 开发了一系列汽车概念设计模块，集成化后形成了一个商业应用软件 i c e ，( i n t e g r a t e dc a re n g i n e e r ) ；美国的b o e i n g 公司己经将k b e 技术广泛地应用于 飞机平台开发和设计阶段。最成功的应用实例是b o e i n g7 7 7 运输机的机身断面设计 和b o e i n 9 7 3 7 ( 6 0 0 7 0 0 8 0 0 ) 运输机的机翼结构设计：a p p a r t si n t e r n a t i o n a l 是一家为 f o r d 、g m ，v o l v o 以及m e r c e d e s 提供排气总成系统的制造商，已开发了一套c t c ( c o s t i n gt i m ec o m p r e s s o r ) k b e 系统，将一整套成本结算标准、制造工艺规则集成到 软件中，在设计过程中就能评估成本、制造等方面的指标；c h r y s l e r 公司利用 s t o n e r u l e 和a i o n d s ( t r i n z i cc o r p ) 开发了一个汽车车门玻璃升降系统“g l a s s d r o p ”o ，用于评估玻璃升降对车门铰链、门锁等车门附件是否产生干涉；f o r d 公司 则专门成立了k b e 部门，开发了k b e 应用软件，从模具设计到仪表扳布置，如a i s ( a i ri n d u c t i o ns y s t e m ) ，h v a cf h e a t v e n t i l a t i o na i r c o n d i t i o n e r ) 。1 。k b e 成功应用的典 范还有很多，如u n i t e dt e c h n o l o g i e sc o r p ，m a r l e yc o o l i n g t o w e r c o ，j a g u a r 等，取得 的成效是相当显著的。 八十年代以来，国内一些大专院校和科研所也开展了设计型专家系统的开发与研 究工作，取得了可喜的进展，如华中理工大学开发了d e s t ( d e s i g n e x p e r t s y s t e m t 0 0 1 ) 系统，并在飞航导弹总体方案设计以及相控阵雷达系统方案设计等多个项目中投入使 用。 但k b e 研究在国内目前尚处于起步阶段，一些高等院校正着手吸收国外先进的 k b e 技术，并探索如何将k b e 技术应用到实际的工程设计中去。 1 4 微型车底盘布置概述 微型车底盘总体布置是新车型开发的重要组成部分，一辆新车型性能的好坏，很 第3 页 硕士论文基于知识豹微型车底盘智能化布置系统研究 大程度上与底盘布置有关。 微型车底盘总体布置的主要任务是根据汽车的总体布置及整车性能，提出对各总 成及部件的布置要求和特征参数等设计要求，协调整车与总成之间、相关总成之间、 总成与部件之间的位置关系、参数匹配关系，使之组成一个在给定使用条件下的实用 性能最优。 传统的汽车底盘总体布置包括以下几个内容： ( 1 ) 确定整车形式、结构和尺寸； ( 2 ) 确定整车的性能指标； ( 3 ) 初选底盘各总成的结构形式、尺寸和性能； ( 4 ) 协调底盘各总成和整车之间的关系及总成之间的关系。 1 5 本课题研究工作的意义及主要内容 1 5 1 课题研究的意义 本课题是将知识工程理论和c a d 技术相结合，实现微型车底盘的智能化布置。 其核心是将有关专业知识、领域知识、设计历史资料、设计参数的选择依据、试验数 据、材料数据、用户反馈信息、相关设计标准及规范等建成数据库，并与三维c a d c a e 软件连接，通过逻辑判断和推理，实现产品的智能化设计。本项研究开发了基于知识 工程的底盘智能化布置系统，以达到缩短汽车底盘设计的周期、减少重复性劳动的目 的：推动底盘设计的科学化、合理化，提高企业产品设计的效率和质量，对实现汽车 制造业对底盘的快速设计将产生积极的作用，为实现企业新产品的快速设计与开发提 供先进的开发工具。 1 5 2 课题研究的内容 本论文的主要任务是研究基于知识工程的设计方法，并将其理论和方法应用到微 型车底盘总布置工作中，主要研究内容包括： ( 1 ) 微型车底盘布置任务与设计方法研究；依据传统底盘总体布置方法，结合成 熟车型的经验知识，采用计算机辅助设计来完成反复协商和调整的微型车底盘总体布 置。 ( 2 ) 研究基于知识的微型车底盘总体布置系统理论和方法。 ( 3 ) 利用c a t i a 系统，采用参数化建模方法建立微型车底盘的通用零部件，并组 成参数化零件库。 ( 4 ) 根据参数化零件特征及装配关系建立尺寸约束库。保证底盘参数化调整时各 第4 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 零部件的装配关系不变。 ( 5 ) 建立底盘设计知识库，将微型车底盘布置的知识装入知识库。 ( 6 ) 利用v b 高级语言编程，开发出友好的用户界面，形成d p c a d 系统。 ( 7 ) 进一步探讨基于知识的系统( k b s ) 和c a d 技术的发展方向及发展趋势。 第5 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 2 微型车底盘布置研究 2 1 微型车总体设计的任务和工作顺序 微型车总体设计的任务就是根据设计目标，明确要求的主次地位，统一协调，使 它们和谐地组合在一起，形成既先进又合理的方案。 微型车总体设计的内容及工作顺序如下”1 ： ( 1 ) 制定设计原则和进行方案论证。设计原则应包括主要经济技术要求，变形要 求和使用性能中优越性的保证。例如：对微型车而言，经济性和机动性的要求是首先 要考虑的，其它性能则次之。另外，还应作技术经济分析和价值分析，通过对产品设 计方案进行功能和成本分析，发现问题，研究对策，最后优选出合理的解决方案。 ( 2 ) 选型和编写任务书。选型阶段主要是画总布置草图，进行车身总布置和车身 造型，同时确定整车主要尺寸、主要性能和质量参数以及各总成基本型式，并对轴荷 分配和质心高度进行计算、调整，准确确定汽车的主要尺寸。此外，还要较准确地画 出各部件的形状和尺寸。总布置草图也要根据车身的布置图来进行调整，保证各部件 的特性参数与整车参数匹配。 编写设计任务书应包括： 设计依据、设计原则和技术论证意见： 产品型号、整车布置型式及主要技术规格和参数( 包括尺寸、质量和性能等) ， 使用可靠性和环境适应性； 各主要部件的结构型式和特性参数； 国内、外同类汽车技术性能的分析和对比； 本车拟用豹新技术、新材料和新工艺；系列化、标准化和零部件通用化的水平； 生产纲领，生产方式，设备条件，预期的制造成本和技术经济分析： 维修和保养的方便性、续航里程。 此外，要附有汽车总布置草图和外形图。 ( 3 ) 技术设计。主要任务是绘制尺寸控制图，进一步精确她确定各部件的所在位 置和支承连接方式；给出各部件的控制尺寸和控制质( 重) 量：对各相对运动的零部 件进行运动校核，为了防止运动干涉和确定运动空间，要绘制运动校核图；要确定车 身或驾驶室内部的布置。还可以制作模型进行布置校核。对各部件提出具体的设计要 求，包括型式、特性、参数、控制尺寸和质量等。提供准确的整车有关尺寸和数据以 及设计载荷。 第6 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 ( 4 ) 绘制汽车总装配图。此工作是在各部件的零件图和总图完成以后，并经过设 计和工艺审查后进行的。其目的是进行图面装配、核算和标注汽车的外形尺寸和布置 的各项尺寸链。 ( 5 ) 试制、试验、修改和定型。试制、试验可以暴露出设计中的问题，总体设计 人员应该参加，对出现的问题进行分析和改进，在实践中逐步形成新的构思，然后更 改图纸，直到车辆定型，总体设计工作方告结束。 2 2 微型车底盘型式的选择 微型车底盘的型式是指其轴数、驱动型式、布置型式而言。由于汽车型式对整车 使用性能、外形尺寸、质量、轴荷分配和制造成本等方面影响很大，故在选择时应综 合考虑。 ( 1 ) 微型车的轴数和驱动型式。微型车的轴数是根据车辆的用途、总质量、使用 条件、公路车辆法规和轮胎负荷能力而确定。依据有关部门规定，公路允许车辆的单 后轴负荷为1 3 0 k n ，驱动型式常用4 x 2 、4 4 、6 x 6 代号，第一个数字表示汽车的 车轮总数，第二个数字表示汽车的驱动轮数。4 x 2 式汽车结构简单，制造成本低， 故在轿车和总质量小于1 9 t 的公路用车上广泛采用卿。 ( 2 ) 微型车布置型式的选择。微型车的布置型式指的是发动机，驱动轴的相互关 系和布置特点而言。对微型车而言，主要采用前置发动机、后轮驱动的布置型式。 2 3 微型车底盘主要尺寸和参数的选择 ( 1 ) 微型车轴距、轮距的确定。 轴距l 对整备质量、汽车总长、最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径有影 响。此外，对轴荷分配有影响。轴距短，汽车的通过性和机动性得以提高，但制动时 轴荷转移大，制动性和操纵稳定性变坏，车身的纵向角振动也加大，还会导致万向节 传动角过大。所以一般来说，应在汽车的主要性能，装载量和轴荷分配等条件得到满 足的条件下，将轴距设计得短一些。 原则上讲：对机动性的要求越高，轴距选取应相对短些；对乘座稳定性和操纵稳 定性要求越高，轴距选取应相对长些；为满足多种用户的需要，针对同一车型，应设 计出基本型，长轴距和短轴距等几种变形。不同轴距变型车的轴距变化推荐在 o 4 0 6 m 的范围内来确定为宜o ”。 前后轮距b l 和b 2 选取得大一些，对提高汽车的横向稳定性有益处，但必须与 要求的汽车总宽相适应，对越野汽车而言，前、后轮距应保持一致，以减少滚动阻力， 提高通过性。后轮采用双胎的汽车，其后轮距是指左轮双胎中间到右轮双胎中间之间 第7 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 的距离。 表2 1 各级别轿车的轴距和轮距1 车型类别轴距i j m m轮距b r a m 微型级轿车 2 0 0 0 2 2 0 01 1 0 0 一1 3 8 0 普通级轿车 2 1 0 0 - 2 5 4 01 15 0 1 5 0 0 前悬l f 和后悬l r 的长度是在汽车总体布置过程中确定的。前悬要有足够的长度 以固定安装发动机、水箱、转向器等部件：但过长耐，汽车接近角和离去角都小，这 影响汽车的通过性能。从汽车的撞车安全性考虑，希望前悬长些，从视野角度考虑又 要求前悬短些。后悬长度取决于货厢长度、轴距、轴荷分配的要求，同时要保证有适 当的离去角。后悬过长，上下坡容易刮地，转弯也不灵活o “。 ( 2 ) 微型车总质量的确定。 汽车的总质量是指装备齐全，并按规定装满成员和货物的整车质量。对于微型车 可按如下公式计算m 。= 蛐+ r n p + m e ，m o 为汽车整备质量，l p 乘客和驾驶员质量， t x l e 为汽车装载质量。1 。 ( 3 ) 微型车的轴荷分配。 微型车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状况下，各车轴对支撑平面的垂壹 载荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的 使用性有影响。从轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的载荷相差不大；为了保 证微型车有良好的动力性和通过性，驱动车桥应有足够大的载荷，而从动轴载荷可以 适当减少；为了保证微型车有良好的操纵稳定性，转向轴的载荷不应过小。微型车的 驱动形式不同，对轴荷分配有明显影响“”。 ( 4 1 主要性能参数选择。“3 。 动力性能参数。 a 直接挡最大动力因数。直接挡最大动力因数占1 0 一的选择主要考虑汽车加速性 和燃料经济性的要求。它随发动机排量的增大而增大。 b 头挡最大动力因数。头挡最大动力因数d i 。的确定主要取决于汽车使用中的 最大爬坡度和附着条件，而与汽车的总质量关系不大。 表2 2 汽车动力性参数范围旧 汽车类型直接挡最大动力因数头挡最大动力因数 总质量r n a ( 吨) 微型货剥 电0 1 0 。0 。1 4o 3 0 0 4 0 小型客到 “0 0 5 0 0 80 2 0 0 3 5 第8 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 c 最高车速v 。随着道路条件的改善，汽车特别是中高级轿车的最高车速有 逐年提高的趋势。但最高车速的选取应考虑安全的因素，并恰当地考虑燃料经济性的 需要。 d 加速时间t 。汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大的加速强度到 一定车速所用去的时间称为加速时间。对于最高车速v m a 。, 1 0 0 k n f f h 的汽车，常用加 速到1 0 0 k m h 所用时间来评价，如中高级轿车此值一般为8 - 1 7 s ，普通轿车为1 2 - 2 5 s 。 对于v 。低于1 0 0 k m h 的汽车，可用0 - 6 0 k m h 的加速时间来评价。 表2 3 汽车动力性能范围嘲 汽车类型最高车速。比功率比转矩 ( k r r d a l ) p m a - 1 i ( k w t 1 ) t m a l ( n m t ) 微型货车 8 0 1 2 01 3 7 3 3 o3 0 - 4 4 小型客车 8 0 1 2 01 5 - 2 34 9 - 7 3 e 上坡能力。用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数i 。来表示汽车的 上坡能力。 汽车比功率和比转矩。比功率- - - - e ( k w t - 1 ) 是汽车所装发动机的标定最大功率与 m 口 汽车最大总质量之比。它可以综合反映汽车的动力性。 一 比转矩三一( n m t 1 ) 是汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比。它可以综合 州d 反映汽车的牵引能力。 燃料经济性参数。汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经 济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量( i a l 0 0 k m ) 来评价。该值越小燃油经 济性越好。 汽车通过性的几何参数。总体设计要确定的通过性的几何参数有；最小离地间 隙h m i 。接近角r l 离去角r 2 纵向通过半径pl 等。各类汽车的通过性参数视车型和用途 而异。 汽车的最小转弯直径d 晌和转向轮最大转角。转向盘转至极限位置时，汽车前 外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹园的直径称为最小转弯直径d 。i 。d f l l i 。用来描 述汽车转向机动性，是汽车转向能力和转向安全性能的项重要指标。 转向轮最大转角、汽车轴距、轮距等对汽车最小转弯直径均有影响。对机动性要求 高的汽车，d 。i n 应取小些。g b 7 2 8 5 1 9 9 7 机动车运行安全技术条件中规定：机动车 的最小转弯直径不得大于2 4 m ，当转弯直径为2 4 m 时，前转向轴和末轴的内轮差( 以两 内轮轨迹中心计) 不得大于3 5 m 。对于微型车最小转弯直径d m i n 为1 0 ，t 3 m 。 第9 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 汽车操纵稳定性参数。 a 不足转向特性参数。为了保证有怠好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不 足转向。通常用汽车以0 4 9 的向心加速度沿定圆转向时，前后轮侧偏角之差作为评价 参数。参数在1 3 度为宜。 b 车身侧倾角。汽车以0 4 9 的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制 在3 度以内较好，最大不允许超过7 度。 c 制动前俯角。为了不影响乘座舒适性，要求汽车以o 4 9 等减速度制动时，车身 的前俯角不大于1 5 度。 d 舒适性。汽车应为乘员提供舒适的乘座环境和方便的操作条件，称之为舒适性 舒适性应包括平顺性，空气调节能力( 温度，湿度等) ，车内噪声，乘座环境( 活动空间，车门 及通道宽度，内部设施) 及驾驶员的操作性能。 制动性参数。汽车制动性是指汽车在制动时能在尽可能短的距离内停车且保持 方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。制动性 参数一般包括制动距离和制动减速度。选取制动性参数指标时，必须考虑有关的交通 法规和标准。在制动力不大于7 0 0 n 的条件下，总制动距离不得大于下表规定值的 1 2 0 ，制动减速度不得小于下表规定值的8 0 表2 , 4 汽车的制动性能指标 汽车总质量初速3 0 k m h 的初速3 0 k m h 的制动 m “t )制动距离( m )减速度( m s 2 ) 4 576 4 行驶平顺性参数。行驶平顺性参数用车身垂直加速度的均方根值及其所在频率 来加以评价。具体选取的指标必须按照i s o 国际标准方能确定。但在总布置初步设计 时，通常以前后悬架的偏频或前后悬架的静挠度和动挠度作为设计要求。 2 4 微型车发动机及轮胎的选择 ( 1 ) 发动机分类。 按运动形式：往复式内燃机、转子发动机、燃气轮机、高能蓄电池发动机 按燃油类型：汽油发动机、柴油发动机 按汽缸排列：直列布置、水平对置、v 型布置 按冷却方式：水冷和风冷，但大多采用水冷。 ( 2 1 发动机的选择主要根据发动机的性能指标确定，包括： 最大功率心。及其相应转速玛 第l o 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 最大转矩t 廿。及其相应转速n t 发动机适应系数由 ( 3 ) 轮胎的选择。 轮胎的选择与总布置图及性能核算有着密切的关系，轮胎在实际使用中的静负荷 应与该轮胎的额定负荷相近。轮胎承受的最大静负荷与轮胎的额定负荷之比称为轮胎 的负荷系数，这个系数一般取值为0 9 - 1 0 之间，当车速不高时。微型车取得偏大些， 但最大不能超过1 2 。除此之外，当选择轮胎时还应考虑其对整车操纵稳定性和平顺性 的影响。 近几年来，随着车速的提高，微型车上普遍采用子午线轮胎。子午线轮胎具有使 用寿命长，滚动阻力小，附着性能好等明显的优点。轮胎的选择主要依据车型、使用 条件、轮胎的静载荷、轮胎的额定载荷、车速等1 。 2 5 微型车底盘布置草图 2 5 1 微型车底盘布置的基准线( 面) 零线的确定 微型车底盘布置基准线( 面) 主要包括： 车架上平顶线。即纵梁翼面上较长的一段或承载式客车车身中部地板在侧视图 上投影，它是垂直方向尺寸的基准。 前轮中心线。即通过前左、右轮并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视 图上的投影线，它是纵向尺寸的基准。 汽车中心线。即汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影，它是横向 尺寸的基准。 地面线。即地面线在侧视图和前视图上的投影。该线是标注汽车高、车厢地板 高度、离地间隙、接近角和离去角等尺寸的基准线。 前轮垂直线。即地面线在侧视图和前视图上的投影。该线是标注汽车高、车厢 地板高度、离地间隙、接近角和离去角等尺寸的基准线。即通过前左、右轮中心并垂 直于地面的平面在侧视图上的投影线。当车架上平面与地面平行时，前轮中心线和前 轮垂直线重合。它是标注汽车轴距和前悬的基准线 微型车的车架上平面在满载静止位置时，通常设计成相对地面向前倾斜一个很小 的角度，一般为o 5 1 5 度，以便在汽车驱动时车厢接近水平。经常在画图时将车架 上平面画成水平的，而将地面画成倾斜的，以求制图方便“。 第l l 页 硕士论文 基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 2 。5 2 微型车底盘布置基准线的画法 微型车底盘布置图中基准线，应首先画出地面线i ，在地面线i 上取a 、b 两点， 使a b = l ( 轴距) ，通过a 、b 两点分别作地面线i 的垂线和m ，即得前轮垂直线 和后轮垂直线。在i i 和i 上分别取a o l = r r l b 0 2 = r n ( r r l 和r r 2 分别为前、后轮的滚动 半径) ，并以o l 和0 2 为圆心分别画出前后轮的滚动圆。接着确定车架上平面线的位 置。为此要确定车架处于前后轮中心正上方两点a 和b 、的离地高度a 和b 。a 可根据 汽车前轴下的离地间隙、前轴断面高度、弹簧总成高度、动挠度、缓冲块高度和车架 的断面高度估计。b 可用相似的方法来估计。尺寸a 、b 也可参考同类型车初步估计。 a 、b 、l 之间的关系为b - a = l t go 。在i i 和上分别取a a 、= a ，b b 、- b 。连a 、和b 、两 点即可得车架上平面线。通过o - 点作的垂直线即得到前轮中心线v ，它和车架 上平匾线的交点为a ”。俯视图的前轮中，t l , 线及汽车中心线可按投影关系画出嘲“。 如下图2 1 所示。 唑 后轮垂直线 前鞋垂直垃n p o 线v t 。乡 = = 一r 车架上平面线i v 1 ，。：f巴r 【1 ，a a 、 5 烂一譬 瑚：- 8 l - 斗a 一l 妙 n 2 f - 地面拽l 一 a ：l o l 8 一审一罡一审，净 图2 1 总布置图上的基准线 图中：r r l ，r r 2 一轮胎滚动半径 r o j ，r 0 2 _ 一轮胎自由半径 a 一。b ”一分别为前轮中心线与后轮中心线与车架上平面线的交点。 汽车中心蛀 b 第1 2 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 2 5 _ 3 微型车底盘各部件的布置 ( 1 ) 发动机和传动系布置 发动机的位置要考虑轴荷分配、面积利用率、传动轴夹角等因素。对于发动机前 置后驱动方案而言，其位置用下列三个参数表示：即气缸体前端面( 或后端面) 与曲 轴中心线交点到前轮中心线的纵向距离x 、该点离地高度y 、曲轴中心线对车架上平 面的倾角0 ，这个倾角值一般取在1 。4 。之间，发动机向后倾斜是为了减少万向 节传动的夹角。发动机的前后位置x 主要依据轴荷分配、前轴结构、( 整体式或断开 式) 和传动轴夹角的大小，并参考同类型汽车后才能确定。发动机的高度主要取决于 发动机相对于前轴的位置及前轴的结构型式。若用独立悬架的结构、发动机可布置的 低些，但要有足够的离地间隙和运动间隙。当发动机布置在坐垫以下时，其顶部与坐 垫底罩间要留有通风间隙，故宜选用高度较小的发动机。 发动机布置后即可布置变速器、传动轴和驱动桥等部件。应使万向节传动两端的 夹角n 。和a2 尽量相等，其数值在满载静止时不得大于4 度，最大不得大于7 度。后 轴主传动器的轴线通常上翘一个b 角，以减少传动轴夹角“”。 ( 2 ) 转向系的布置 转向盘的位置和倾角( 对水平面而言) ，应该使驾驶员操作轻便。另一方面转向 管柱的布置应不妨碍驾驶员操纵离合器等踏板时的腿部运动。为此，转向管柱在水平 面内可以布置成与纵轴线成不大于5 。的倾角。必要时，转向管柱可做成两节，用万 向节来连接。 在布置转向杆件时，应检查在转向极限范围内杆件的运动有无死角或死点：转向 摇臂与纵拉杆之间以及纵拉杆与转向节臂之间的夹角，在中间位置时应尽可能接近直 角，以保持较高的传动效率；当采用纵置钢板弹簧前悬架时，转向节臂的球头中心在 高度上尽可能接近弹簧主片的高度，以避免在紧急制动时由于弹簧的纵向扭曲和球销 位移量大而引起前轮跑偏现象。此外，还应保证前悬架和转向拉杆的运动协调。遇到 前轮采用纵置钢板弹簧非独立悬架时，要求转向节臂球销中心的运动轨迹尽可能与转 向纵拉杆末端运动轨迹接近：当前轮采用独立悬架时，要求正确选择分段式梯形机构 的断开点位置，以保证转向杆系与悬架杆系运动协调“”。 ( 3 ) 制动系的布置 操纵制动系的踏板和手制动杆应使驾驶员操作轻便，脚制动踏板力或手制动杆力 大于4 0 0 n 时，应采用助力装置。应检查杆件运动时有无干涉和死角，不应在车轮跳 动时自行制动。 制动管路一般布置在车架纵梁内部，用管夹固定，管接头应尽可能少些以减少泄 第1 3 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 漏。管接头应尽量布置在显露地点，以便于维修；管路总长宜短，减少不必要的往复 管路。 25 4 微型车轴荷分配和质心位置的计算 当各部件初步布置后，应当对轴荷分配和质心位置进行计算，为此，需要知道各 部件的质量m l 和质心位置。m - 可通过对选用现成部件的称重或与类似部件实际质量 对比后估算得到。各部件的质心位置可按几何形状和结构特点估计，或对现成部件进 行实测得到。将各部件的质心和质量值标在总布置草图上，量出各部件质心到前轮中 心线的水平距离x 。和其离地高度y i ，则汽车前、后轴静负荷g i 和g 2 及质心位置可按 下表所列公式计算。计算按满载和空载两种工况进行，如不符合要求，可对部件布置 作适当修改和调整“。质心位置确定方式见表2 5 所示。 表2 5 质心位置计算公式” 名称满载时空载时名称满载时空载时 前轴静负 e m k霞埘k 。k 质心到后 g t l g 。g 1 l g g o 荷g ll轴距离l 2 后轴静负g a g lg o g t汽车质心 睚m ，y 。k ，g 。睚m y k 荷g 2高度h gg a 质心到前 g 2 l g ag 2 l g o 轴距离l 第1 4 页 硕士论文基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 3d p c a d 系统概要设计 3 1 系统需求分析 在需求分析阶段，要确定“做什么”，而不是“怎么做”，不是具体地解决问题， 而是准确地确定“为了解决这个问题，目标系统必须做什么”，确定目标系统必须具 备哪些功能。 用户能够了解自己所面对的问题，知道必须做什么，但是却不能完整、准确地表 达自己的要求：软件开发人员知道怎样通过软件实现人们的要求，但是对特定用户的 具体要求并不完全清楚。因此本系统在需求分析阶段，我们已经与用户经过用户密切 配合，充分交流信息，以得出经过用户确认的系统逻辑模型，并与软件开发技术人员 进行交流，保证在目前现有的人员条件和技术条件下，用户需求是可实现的，系统逻 辑模型是合理可行的。 3 1 1 系统的设计要求 基于知识的微型车底盘智能化布置系统( d p c a d ) 的功能是辅助用户( 企业) 方便地进行微型车底盘总体布置。在方案设计阶段，通过在计算机上进行虚拟装配， 显示微型车底盘布置方案( - - 维结构示意图) ，同时d p c a d 系统提供常规的微型车 底盘部件的参数化图库，为开发设计新的底盘产品以及底盘的变形系列提供参考。 对本系统的设计要求包括： ( 1 ) 系统可以输出底盘总体布置三维图。 ( 2 ) 用户可以通过系统导航，输入给定参数。可以采用系统数据库中的数据， 实现人机系统交互。 ( 3 ) 系统必须能够输出最终设计的底盘物理参数和总布置明细。 ( 4 ) 系统应有智能的知识库，在进行设计时能进行智能提示。 ( 5 ) 要求系统有联机帮助文件。 ( 6 ) 系统界面要求友好，操作方便。 3 ，1 2 系统可行性分析 可行性分析的目的是用最小的代价确定在问题定义阶段所确定的系统的目标和 规模是否现实，所确定的问题是否可以解决，系统方案在经济上、技术上和操作上是 否可以接受。可行性分析主要包括经济可行性、技术可行性、使用可行性和法律可行 第1 5 页 硕士论文 基于知识的微型车底盘智能化布置系统研究 性。 经济可行性是指估计开发费用以及新系统可能带来的收益，将两者进行权衡，看 结果是否可以接受。技术可行性是指对要求的功能、性能以及限制条件进行分析，是 否能够做成一个可接受的系统。所考虑的因素通常还应包括开发的风险，是否能够得 到需要的软件和硬件以及一个熟练的有能力的开发队伍，与系统开发有关的技术是否 足以支持系统的研制。使用可行性是判断系统的使用方式在该用户组织内是否可行。 法律可行性是指判断系统是否违反现有的法律“”。 对于技术可行性可作如下分析： ( 1 ) 因目前大多数p c 机的操作系统为w i n d o w s ，因此，本系统使用w i n d o w s 操 作系统为平台。 ( 2 ) 虽然本系统的开发对汽车底盘总体布置专业知识要求较高，但由于汽车工 程系有众多的车辆工程专业的教授、专家和研究生，并且合作单位南京长安汽车有限 公司能提供很好的技术支持，因此能保证微型车底盘总体布置系统研究的专业技术需 求。 ( 3 ) 使用m i c r o s o f tv b 6 0 ，可方便地进行界面的制作；a d o ( a c t i v e xd a t a o b j e c t ) 是m i c r o s o f t 数据库应用程序开发的，使用它可以满足对数据库的操作； ( 4 ) c a t i a 是由法国著名飞机制造公司d a s s a u l t 开发的c a d c a m c a e p d m 应用 系统软件，它的产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和 制造，乃至成品在生命周期中的使用和维护。它有强大的三维建模、虚拟装配分析等 功能，并且提供了与高级