CATIA軟件在汽車總布置設計中的應用

邵澤楷

摘要：CATIA 軟件是一套完整的含三維設計、分析計算、動態模擬與仿真的CAD/CAM/CAE 一體化軟件，同時嵌入眾多輔助設計功能，并具有強大的拓展功能和二次開發功能。文章總結了基于CATIA 軟件平臺在汽車研發設計領域的關鍵應用方案，其具有的零件標準庫，人機工程功能，以及知識工程模塊極大地改變了傳統汽車設計工業，可有效降低汽車研發設計復雜度和工作量，提高產品設計的標準化程度，從而縮短汽車產品研發設計周期，為新產品贏得更多地市場先機。

關鍵詞：CATIA軟件；汽車總布置設計；應用

汽車制造行業的競爭從未停止，競爭的環境較為惡劣。產品得不到及時的更新，研發的現狀似乎有所緩慢，現代汽車的制造是研發、生產和銷售一條龍服務，產品的核心理念決定汽車的研發宗旨，汽車設計在應用CATIA 軟件時應當結合自己的核心理念，促使汽車的各個系統能夠更好的得到開發。

一、CATIA 軟件概述

1.CATIA 軟件型號。CATIA 軟件有許多型號，其中的一款較為先進的三維設計軟件，在汽車領域中對于它的應用較為廣泛，CATIA軟件對汽車產品的所有方面進行設計和仿真模擬，對車輛的造型可以進行設計，對機械可以進行加工和分析，CATIA 軟件中有很多模塊和指令，對于使用者來說較為全面。CATIA 軟件可以建立運動機構的模型，可以對三維圖形進行分析，對于圖形里的幾何結構和運動形態加以模擬。在設計和制造產品時，對于復雜的模型，CATIA 軟件對內部的情況了如指掌，產品內部的觀察較為到位，對于漫游的狀態也較為清楚和了解，對于產品還可以進行檢查，最后建立運動的模型設計方案，進行三維立體的演示，通過視頻呈現出來，CATIA 軟件可以準確的呈現出模型的結構細節，為工作人員提供較為清晰的仿真動態，對于汽車的設計提供依據。

2.操作簡介。CATIA 軟件的工作界面較為簡潔，按照操作要求在開始菜單中的數字模擬中尋找DUM Kinematics，點擊即可進入工作界面。在工具欄中尋找DUM 運動副創建工具條，它可以建立對應的十六種不同的運動副。在下面的工具欄中可以進行動畫播放、軌跡創建和編輯等功能的操作，還可以將呈現的狀態進行錄制。第三工具欄呈現的就是對機構運動的實現功能，可以將運動的仿真效果加以動態化處理。CATIA 軟件打開即可進入工作狀態，模具被打開后可以輸送命令指令，將模具中的所有零件約束起來，運動副添加完成后，就可以對部件進行約束，約束完成后，進行指令的轉換功能并且施加驅動，最后即可呈現出完整的運動軌跡，模具可以對運動進行仿真，然后檢查模具。技術可行性原則，要求所設計的車型的整車尺寸、質量、各大系統和人機工程布置方案，在現有的技術基礎上是可行的。目前人們追求汽車空間大、動力經濟、整車舒適等性能，這些性能的實現必須從技術上進行滿足，設計人員要從技術可行性方面出發，設計的車型既要滿足法律法規的要求，又要對整車的質量、發動機的匹配、懸架的設計等方面進行分析設計。脫離了技術可行性，要么導致設計不可實現，要么導致產品問世后性能和質量問題不斷。汽車總布置設計中，為了使新開發的產品更具有競爭力和吸引力，不應拘泥于現有的車型選擇和布置型式，而應在經過各種可行性分析的基礎上，進行創新。

二、CATIA軟件在汽車總布置設計中的應用

1.應用CATIA 軟件建立整車的數據模型。企業開發新產品一般會在現有的平臺上進行改進研發，已經開發出來的產品需要對整車的零部件進行三維數據建模，應用CATIA 軟件對整車的零部件分別建模，將各個總成進行數據虛擬裝配，然后進行總體裝配，形成整車模型。為獨立懸架總成的裝配圖。對于一些外購產品，整車廠需要向外購廠家索取三維數據模型，如：發動機三維模型、后橋三維模型、變速箱三維模型等，這樣可以大大節省時間，而且可以保證整車設計數據的準確性。

2.CATIA 軟件在總布置圖中的應用。車型和整車尺寸確定完成后，應用CATIA 軟件繪制整車的總布置圖，整車總布置圖可以直接從整車三維數據模型生產，在CATIA 工程制圖中對整車的尺寸進行標注，這樣大大節省了繪圖的時間。傳統的繪圖方法是利用CAD 二維軟件對整車的大致輪廓進行繪制，然后再進行尺寸標注，這樣需要對整車的外形和尺寸非常了解，而且對二維軟件的操作非常熟悉的工程師才能完成。利用CATIA軟件直接生成工程制圖的方法來確定整車的總布置圖，只需要了解CATIA 的操作就可以完成，自動化程度非常高，簡單易用。應用CATIA 軟件直接生成整車總布置圖，可以實現對整車數據模型的及時更新，對不滿足設計要求的尺寸進行調整，實現整車數據三維數據模型的更新顯示，可以對整車設計階段整車的外觀進行數據評審，更加省時便捷。

3.CATIA 軟件在整車校核中的應用。整車數據校核就是對整車法規人機校核，并形成校核報告。應用CATIA 軟件可以方便的對整車三維數據模型進行法規人機校核，校核整車各個總成布置的合理性及可維修性。應用CATIA 軟件主要對整車的以下系統進行校核：整車外形尺寸、動力總成、冷卻系統、進氣系統、排氣系統、燃油系統、電氣系統、行駛系統、制動系統、傳動系統、內外飾、車身以及人機工程等。應用CATIA 軟件的DMU 功能對整車各個總成間的間隙和干涉情況進行分析，對設計要求進行檢測。如對排氣系統進行校核，保證排氣管與油箱、轉向機油管、轉向機防塵套、換擋拉線、發動機懸置軟墊的最小間隙≥200mm，從而滿足設計要求。在CATIA 軟件的DMU 模塊里面建立前懸架運動模型，并做出輪胎包絡面（輪胎上下跳動及轉向時形成的運動軌跡），我們可以利用輪胎包絡面來校核輪胎與周邊件的間隙，人機工程設計主要基于對人體模型數據庫的建立，一切經驗數據均通過人體的尺寸并借助于SAE 的方法和工具進行布置分析。在汽車設計中，常把95%男人人體尺寸作為設計上限，5%女人人體尺寸作為設計下限，因此設計就可以滿足90%的人的需要。應用CATIA 軟件人機功能模塊可以確定座椅參考點（SgRP）的位置、座椅靠背角和座椅調節行程，對駕駛員的視野進行設計、A 柱盲區進行校核、駕駛員和乘客的進出方便性、內部空間進行校核、可維修性、儀表及操縱件的布置進行校核等。參考市場上成熟車型，儀表盤平面和儀表盤中心與眼球中心連線與水平面的夾角一般控制在20°±22°范圍內，應用CATIA 軟件人機功能模塊對發動機機罩掀起高度進行校核。對后備箱箱蓋的掀起高度進行校核。對燃油的加注性能進行校核。

4.CATIA 軟件對汽車零部件的有限元分析。CATIA 軟件的“分析與模擬”模塊可以對汽車零部件進行有限元分析，對零部件的各階模態、結構強度和剛度進行分析。有限元分析的流程為：建立結構的CATIA 三維模型→劃分網格→約束、加載→計算→有限元結果→對結果進行分析。如對排氣系統吊鉤位置的選取：排氣系統吊鉤的位置必須滿足以下三點設計原則：①吊鉤應該位于振動的節點上；②吊鉤應該在縱向能夠延伸；③吊鉤應該位于車身結構的剛性處。如果僅憑經驗很難找到準確的位置，應用CATIA 軟件的有限元分析功能對排氣系統進行有限元分析，劃分網格，添加約束并行計算，對排氣系統進行各階模態分析，從而確定排氣系統上的最佳吊鉤位置，進一步確定車身的吊鉤位置，并增加車身吊鉤位置處的剛度，從而保證強度和剛度要求。

隨著汽車工業的不斷發展和進步，基于三維設計、分析計算、動態模擬與仿真的一體化軟件功能的CATIA 在汽車設計研發領域的應用不斷深入。其全參數化的理念，以及強大的拓展和二次開發功能為廣大的汽車研發設計者帶來福音，通過高度標準化的零部件，智能化的人機仿真模擬以及強大的知識工程，可大幅降低汽車研發設計的繁雜度，降低研發成本，縮短研發周期，加快汽車新產品的上市進程。

參考文獻：

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