基于UGII软件的汽车悬架设计开发系统.pdf

1、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。 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

2、 DESIGN OF A AUTOMOTIVE SUSPENSION SYSTEM BASED ON UGII SOFTWARE Qi HongzhongLei Yucheng ( Department of Automobile Engineering , Tongji University , Shanghai 200092) Meng LimingHuang ZeyongChen Yuhui ( Ningbo Yuejin Automobile Front Suspension Co. Ltd , Ningbo) AbstractAiming at the fast design and

3、 development of a suspension system ,automotive suspension system is designed and developed through the second development for UGII software which runs in UGII environment. The software can give users the suggestions for selection of suspension mode modification of typical suspension parametrical te

4、mplate ,kinematics of suspension ,kinetics analysis and vehicle performance analysis. KeywordsSuspension designsUGII softwareSystem design 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

5、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,为独立悬 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。 1 系统的总体设计思路 轻型汽车独立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 理功能,可以在用户设定条

6、件下,进行悬架型式推理,为使用者 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

7、计悬架系统的性能,如果结果满 03 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/ Open API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

8、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。 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

9、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

10、,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。 3CAD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

11、具备三维参数化的功能,可以实现快速、 准 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 图4 三维弹簧实体数据模型 图24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。 4CAE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 图5 减振器 特性曲线 能分析、 悬架系统运动学(见图 6) 、

12、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 图8 整车操稳性仿真计算结果 (下转第21页) 13 图1 基于Web的 联机数据挖掘结构 请求和接收数据。逻辑层是通过CGI、 AP

13、I等把从客户机上传来查询请求转发 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)建立在多维数据 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 图2 分布式数据仓库 应用。数据仓库是面向主题的、 集成的

14、、 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 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

15、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Hewlett Packard宣布它们提 供DOLAP解决方案。 213 OLAP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

16、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:Object Oriented OLAP) ,基于对象关系的OLAP(Object - Relational OLAP) ,基于空间数据库的空间OLAP(Spatial OLAP) , 基于时序数据库的时序OLAP(Temporaal OLAP)等等。现在,加 拿大的ZTI公司提供了一

17、套O3LAP解决方案。 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 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。 参考文献 1 Jiawei Han ,Micheline Kambr.Data Mining:Concepts and Techniques.Bei2 Ji

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19、 htm EB OL. 5 Thomas Thoalhammer ,Michael Schrefl ,Mukesh Mohania ,Active data ware2 house:complementing OLAP with analysis rules ,Data & Knowledge Engi2 neering 39(2001) ,241269. 6 Efrem G.Mallach ,Decision Support and Data Warehouse Systems.Beijing: Electronic Industry Press ,2001.3. 7 Albrecht ,J

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