基于UG的电动汽车底盘三维总布置设计系统

当今发达国家的汽车产品设计的方法和手段已不局限于利用通用的CAD/CAE软件（如UG、CATIA、PRO-E等）进行一般的设计计算和三维制图，还进行包括设计参数的优化计算、设计结果的分析与仿真等在内的一系列计算机辅助设计和开发活动。如果仅使用一些通用CAD/CAE软件，而缺乏对有针对性的汽车产品开发专用软件的使用，实现汽车产品开发从设计、试验、修改到最终定型过程高度的计算机化，就难以使这些软硬件设备充分发挥最大效用，而只能起到“计算机辅助绘图”的作用。只有在通用的CAD/CAE软件的基础上开发适合企业自身需要的汽车设计软件，把产品数据库、设计分析过程、设计知识和通用CAD/CAE软件有机地结合起来，才能实现新车型的快速、高性能、低成本开发。 电动汽车底盘的总布置设计比较复杂，因此需要专用软件，实现从总布置设计、分析计算过程的高度计算机化，提高设计效率。鉴于此，本文在大型CAD应用软件UG基础上，通过两次开发手段，建立了电动汽车三维底盘总布置设计系统。 一、三维底盘总布置设计系统 1．系统结构 为了便于数据使用和管理，软件采用了Client/Server结构。如图1所示，数据库安装在服务器上，客户端UG平台上安装总布置设计软件。通过设置权限，用户可以调用数据库里的图形和数据，但只有授权者才能修改数据库。 2．系统功能 系统的主要目的是通过两次开发手段在CAD环境下建立专业设计模块，以增强UG的CAD功能；通过两次开发手段建立底盘性能分析模块，将该模块嵌入到CAD平台中，实现两者的无缝集成，从而能够在CAD平台上完成分析工作，并指导CAD工作，提高CAD效率。系统功能树如图2所示。 （1）动力系统设计模块 通过建立燃料电池动力系统设计模块，提高动力系统设计效率。根据整车性能要求，计算动力系统关键零部件，如蓄电池、电机与驱动器、燃料电池发动机、DC/DC变换器等性能参数。 （2）底盘总布置设计模块 设计人员通过总布置设计模块可以了解当前设计过程装配布置的情况，查询图形数据库和设计信息数据库，将符合要求的组件装配布置在当前设计项月中。在装配过程中提供预览，简化装配数据图形，进行快速装配，可以方便地对底盘进行布置修改、移除组件、重新定位组件以及完全装载组件。总布置设计模块采用自顶向下的装配方法，首先建立装配结构即装配关系，支持并行设计，用户可同时对不同的组件进行设计。在装配时，使用了UG引用集的概念，即在装配时首先采用的不是模型的装配，而是模型特征小片体的装配，采用这种方法装配底盘可以节约大量等待时间。 （3）性能分析模块 通过性能分析模块用户可以对底盘进行几何分析和性能分析。通过几何分析，用户可以动态地读取整车的一些几何信息，如整车质量、质心坐标、迎风面积和前后轴的载荷分配等。通过性能分析，可以对底盘各子系统如制动系统、转向系统等进行分析计算，以及整车的动力性、操稳性初步计算等，并能够根据国家法规对计算结果进行初步评价。 （4）数据处理模块 ·数据归档 总布置设计经过评审和验证后，将设计数据以及设计信息结果归档输人数据库，同时将图形数据和信息数据联系起来，增加了命名功能和属性功能，便于图形数据的管理。 ·数据输出 用户可以通过输出界面浏览数据库中有关设计信息和图形的相关属性，用户也可以导出指定模型到指定目录下，进一步设计。 3．开发手段 为满足用户两次开发的需要，UG软件提供了．业界最先进的编程工具集，即UG/OpenoUG/Open套件主要由UG/OpenAPI（应用程序接口），UIStyler（用户界面设计），MenuScript（菜单脚本语言）和GRIP（图形交互程序）4个开发工具组成。利用UG/Open提供的应用程序和开发工具，用户可以在其提供的平台上开发出适合自己需要的CAD产品。 UG/OpenAPI的核心包含了约2000个C函数，分别用来实现大部分的UG操作，通过调用这些C函数，用户可以建立、编辑、查询并修改UG的各种实体对象（包括part文件、点、线、面、实体、特征、坐标系、表达式等），实现用户界面的交互，控制UG行为等。 UIStyler提供了全部UG的标准可视控件，能制作UG风格的交互界面。用户在UserInterfaceStyler中可以自由添加各种控件，可以控制各种控件在对话框中的排列顺序。 MenuScript是一套用于定义UG菜单的脚本语言。UG自身菜单也是用MenuScript写成的，用户使用MenuScript可以修改UG的菜单结构，添加或删除和定制菜单，以及改变菜单的显示文本或响应行为等。 二、系统特点 （1）专用的总布置设计工具 针对底盘总布置设计的特点，定制了专用的总布置工具，实现一些关键零部件的快速搜索、定位、修改等。 （2）快速的动力系统初步设计工具 根据整车性能要求，快速计算出动力系统各关键零部件的性能参数，为总布置设计奠定基础。 （3）总布置方案的实时分析 通过两次开发手段建立性能分析模块，可以对底盘各子系统如转向系统、制动系统进行分析计算，对整车的动力性和操稳性进行初步计算。 （4）操作方便的图形数据库 将基于UG的底盘三维总布置模型及底盘零部件三维模型以数据库的形式保存起来，形成图形数据库，同时建立与图形数据库相关的信息数据库。信息数据库分为表管理对象、设计信息管理对象以及部件（图形）管理对象。通过表管理对象可以对设计信息库以及图形部件库动态地进行查询和更改管理。通过图形管理对象对部件、组件以及整个底盘设计进行管理。 （5）系统配置可按照需求改变 由于整个系统是自主研发的，可以根据不同种类汽车的要求对系统进行改动，其应用模块可以很容易地移植到客车、卡车等底盘的设计上面，以满足用户的需求。 三、结语 该软件的开发是与国家863燃料电池轿车项目同步进行的，到目前为止已经开发出3代燃料电池轿车样车，积累了大量的设计、数据，为该软件提供了应用基础，为此建立了： （1）关键零部件图形数据库和设计信息库，包括燃料龟池发动机、动力蓄电池、电机及驱动系统等图形数据库和设计信息库； （2）燃料电池轿车底盘数据库； （3）燃料电池轿车底盘装配结构树。 系统贯穿了燃料电池汽车开发的各个过程，如零部件设计，底盘总布置以及对燃料电池汽车性能分析等，并实现了全部过程在同一环境完成，从而提高了燃料电池汽车的底盘布置效率，缩短了产品的开发周期。 通过使用，该软件具有如下优点： （1）针对不同分工，快速装配，减少等待时间（缩短所需数据载人时间30%以上，从30～10min）； （2）相关功能集成，减少鼠标和键盘操作次数（平均可由原来的10次鼠标点击降低为2～3次）； （3）某些设计功能实现自动化，减少用户交互； （4）建立汽车装配树，加强设计流程管理和自动化流程； （5）将汽车设计下游阶段提前，以提供设计过程参考，缩短设计周期。 信息来源于：汽车电子网