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客车底盘总布置设计智能化系统的实现 |
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作者：同济大学 戚运动 陈昌明 吴宪 |
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摘 要：客车底盘的总布置设计在客车设计中具有举足轻重的作用，如何快速实现客车底盘的总布置设计对于快速开发新车型十分重要，借助底盘设计智能化系统可以实现。本文详细的阐述了客车底盘总布置设计智能化系统的组成和建立方法，初步实现了客车底盘总布置设计智能化系统的设计。
关键词：底盘；总布置；智能化
引言
随着市场经济的发展,市场竞争的日趋激烈，客车的更新换代、换型周期不断缩短。同时，消费者的喜好和需求也趋于多样化，这也要求企业能够在短时间内及时地开发设计出满足顾客需要的新产品，以赢得顾客，占有市场。由于客车生产要求同一零件大批量，以降低产品的成本。这就要求客车底盘的设计采用系列化、平台化。为了实现这一目标，产品的设计必须具有灵活性，能在各个阶段进行修改以适应新的要求并能够应用最新的技术。利用客车底盘总布置设计智能化系统能实现新产品的快速开发。它的实现过程可以最大限度地重用企业已有的成熟产品资源，具有很强的灵活性和适应性。
1，客车总体设计的特点和要求
客车整车设计即客车的总体设计。传统的整车设计工作主要包括以下几方面内容：（1）确定整车型式、结构和尺寸；（2）确定整车的主要性能指标；（3）初选各总成的结构型式、尺寸和性能；（4）协调各总成与整车的关系以及各总成之间的关系。根据系统工程学原理，前三项大部分在系统分析阶段进行，而系统设计主要是在系统分析的基础上，为实施最优方案本身所作的设计与制造工作。
为了对设计的全过程提供有效的计算机支持，需要把专家系统技术和数据库、图形库、方法库、参数化变量化技术、系统工程、优化设计以及非线性、智能数学方法等理论和技术结合起来，传统CAD必须与专家系统技术相结合，必须扩展为基于知识的CAD系统。客车的总体设计必须建立在对现有客车设计知识，包括设计标准、手册、规范和专家经验等的充分消化、合理运用的基础上。
2，客车底盘总体设计系统的组成在总布置设计中，各大总成的布置设计已形成了较为完善的体系结构，包括总成布置的基本原则、定位方式、定位基准、与其它总成的空间位置关系及关联关系，以及与总布置设计有关的法规、标准等。将总布置设计方案、知识、经验和原则进行合理的组织，形成总布置设计规则库。通过规则库进行具体总成的装配和布置设计。将KBE技术通过二次开发接口和CAX软件相结合，是实现客车三维总布置设计的有效途径。
客车底盘总体设计系统，如表1所示，包括人工神经网络专家推理模块、整车及底盘数据库模块、底盘总布置设计模块、整车动力学仿真模块等四个功能模块，均集成并运行于UG环境之下。考虑到实际使用的需要，动力学仿真、整车及底盘数据库模块均自成体系，可单独运行。表1 底盘总体设计专家系统组成
 3，人工神经网络的建立
专家推理系统是基于神经网络算法的模拟专家思维的软件，通过对已有的典型实例的学习，建立输入、输出之间的关联关系。本模块首先输入一定的底盘已知条件，通过人工神经网络推理，得出对于底盘结构型式及其它参数的推理结果，从而对底盘总体参数和结构型式的确定起到一定的指导作用。
反向传播神经网络（BP网）算法的优点是算法推导清楚，学习精度较高。设计规划如图1。
图1 人工神经网络学习示意图
4，车型数据库系统的建立
整车车型数据库系统建立在整车车型Oracle 数据库的基础上，实现具有对整车、底盘零部件以及发动机、变速器等重要总成参数数据的添加、删除、多重查询、打印输出等功能，可对查询出的主要参数进行统计分析，并以直方图及数据表的形式输出。所有车型信息也可用报表形式输出。同时在该系统中还包括有关客车总布置设计部分的国家标准的内容。数据库体系结构如图2。
图2 数据库体系结构
5.客车底盘总布置设计系统
总布置模块主要是在三维软件环境下进行客车底盘的三维总布置设计，实现整车各总成的快速布置与修改，并可实现各总成位置参数及主要尺寸参数的参数化修改；在整车总布置的基础上可进行底盘零部件的静态干涉检查以及部分运动件的极限位置干涉情况检查，并结合相关软件进行视野校核等；对于设计好的整车可自动生成二维总布置图及底盘总明细表，从而到达提高底盘总布置设计的速度和质量的目的。
由于零部件设计要在整车总布置基本完成后才开始，在总布置设计阶段中往往没有零部件的详细资料，还不能解决零部件和总成内部的细节问题。所以在客车的总布置设计中，硬点位置是首先要确定下来的，通过征求有关设计部门的意见，在负责产品设计的领导参加下，讨论定案。硬点一旦确定，就不再轻易更动，成为进一步设计的依据。
设计硬点构成了客车总布置设计的骨架。可以认为，客车总布置设计的过程就是设计硬点不断明确、逐步确定的动态过程。
5.1 客车总布置装配设计系统开发方式
客车总布置装配设计系统的开发作为一种专用系统，既要保持自身系统的完整性和相对独立性，又要考虑到客车整车设计任务的长期性和艰巨性，必须保持其与一般CAD软件及CAE分析软件在几何模型上的互通性。因此，应考虑采用在通用CAD系统的基础上进行二次开发。
5.2 客车底盘总成参数化模型的建立
底盘总布置设计首要任务是确定底盘各总成的基本结构型式和空间大致位置，在只考虑零部件主要尺寸的前提下进行总成及零部件的空间位置及基本结构参数的动态修改。为此，首先必须抽取各零部件的总体参数，即与总布置有关的基本结构参数，如表征零部件外形轮廓的长、宽、高等尺寸，零部件的定位基准等。通过这些总体参数控制零部件的简化模型，进行变量化、参数化设计。在底盘装配时，通过修改相应参数就可以实现客车零部件的快速布置和基本结构尺寸的动态修改。
5.3 底盘装配树形结构的确定
在装配体中各个总成的零件和子部件之间构成了装配关系树。在建立底盘装配模型之前，需要先建立好底盘参数化总装配的树型结构。参数化总装配树型结构的根节点为所要建立的底盘文件，各大总成作为树型结构的一级子节点，对于复杂的总成如包含有纵梁、横梁的车架总成还有二级甚至三级子接点。父节点与子节点之间的关系由相关参数联系，这些参数包括配合参数和安装定位参数（尺寸参数、位置参数）。
5.4 底盘模块化装配
根据上面的论述，结合客车总布置设计任务，以客车总布置参数化模型和三维CAD软件的二次开发为基础，通过总布置装配树形结构的确定、总成的模块化划分、装配定位方式的确定，充分应用装配知识和装配相关性驱动技术，从而构建起基于装配规则和三维CAD技术的客车总布置装配设计的技术应用方案（如图3）。
图3 汽车总布置装配设计技术应用方案
6 ，小结
本文阐述了客车底盘的智能化底盘装配设计系统的关键技术、理论原理和实现过程，其中开放性的数据库知识支持平台增强了系统的通用性和可扩展性。本系统可以方便的应用于平台化和系列化的客车底盘的设计中, 可以节约大量的设计时间、提高设计效率和质量。
参考文献:
1 、周定陆，杜子学. 汽车总体布置应考虑的问题. 重庆：汽车研究与开发.2001(2)
2 、张 健，王 军，张元胤等. 客车底盘总体设计专家系统技术报告. 上海同济同捷科技股份有限公司.2002
3 、王大康，李智宏. 基于设计型专家系统的综合数据库的研究. 北京：计算机辅助设计与制造.2001(1)
4 、王望予. 汽车设计（第三版）. 北京：机械工业出版社.2000
5 、王文成. 神经网络及其在汽车工程中的应用. 北京：北京理工大学出版社.1998
作者简介：
戚运动，男，山东苍山，同济大学汽车学院，硕士研究生，研究方向为汽车现代设计理论与方法。(end)
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(9/6/2007) |
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