一种整车质心和地面线的设计方法与流程

1.本发明属于汽车前期开发技术领域，具体涉及一种整车质心和地面线的设计方法。


背景技术：

2.目前，传统整车质心和地面线的计算模型是两个单独的模型，且大多是基于微软office办公软件中的excel开发的，虽然能计算质心和地面线的位置，但是存在以下不足：
3.第一，由于传统整车质心和地面线模型是相互独立的，计算工程中，两者不能协同，计算精确不足；
4.第二，由于整车开发过程中，需要多个不同载荷下的质心和地面线，调整过程繁琐，工作量大；
5.第三，每次调整整车载荷，不能在catia中体现，可视化程度低，不能有力支撑整车开发工作；
6.因此，需要一种基于catia软件、全新开发的整车质心和地面线的计算模型以解决上述问题。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种整车质心和地面线的设计方法，该模型是基于catia软件，运用top-down设计开发理念及参数化设计方法，具有较强可视化程度，整车质心和地面线能时时同步协同，高度融入整车设计全过程。
8.本发明通过如下技术方案实现：
9.一种整车质心和地面线的设计方法，包括如下步骤：
10.步骤s1：建立整车坐标系；
11.步骤s2：参数化模型的建立；
12.进一步地，所述参数化模型的建立，具体参数包括整车空载质心位置、整备质量、整备质量状态下的前后轴荷比、前后轴荷长度、座椅数以及相应座椅r点、设计载荷前后轮心及行李质心位置，将上述参数输入到catia软件中，通过知识工程模块实现参数化模型的建立。
13.步骤s3：根据整备质量和前轴荷比，求出整备状态下前、后轴荷；
14.进一步地，所述整备状态下前轴荷＝整备质量*对应前轴荷比；
15.所述整备状态下后轴荷＝整备质量—整备状态下前轴荷；
16.步骤s4：根据整备质量、整备状态下后轴荷质量及设计载荷状态下的座椅承载形式，结合x方向力矩平衡理论，从而求出设计载荷及设计载荷状态下的前后轴荷、满载载荷及满载状态下的前后轴荷：
17.进一步地，所述设计载荷＝整备质量 75*(第一排人数的设计载荷 第二排人数的设计载荷)；
18.所述设计载荷状态下后轴荷＝整备状态下后轴荷 [75*第一排人数的设计载荷*第一排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸-50mm) (75*第二排人数的设计载荷*第二排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸)]/轴距尺寸；
[0019]
所述设计载荷状态下前轴荷＝设计载荷-设计载荷状态下后轴荷。
[0020]
进一步地，所述满载载荷＝整备质量 75*(第一排人数的满载载荷 第二排人数的满载载荷 1)；
[0021]
所述满载状态下后轴荷＝整备状态下后轴荷 {[75*第一排人数的满载载荷*(第一排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸-50mm)] 75*第二排人数的满载载荷*第二排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸) 行李质心位置}/轴距尺寸；
[0022]
所述满载状态下前轴荷＝满载载荷-满载状态下后轴荷。
[0023]
步骤s5：汽车前、后部分车身固有频率n1和n2可用下式表示：
[0024][0025]
式中，c1、c2为前、后悬架刚度(n/cm)；m1和m2为前、后悬架簧上质量(kg)。
[0026]
步骤s6：根据前、后悬架刚度，求出满载和空载状态下前、后轮心的z方向位置；
[0027]
进一步地，所述空载状态下前轮心＝(整备状态下前轴荷-设计载荷状态下前轴荷)*9.8mm/前悬架刚度c1；
[0028]
所述满载状态下前轮心＝(满载状态下前轴荷-设计载荷状态下前轴荷)*9.8mm/前悬架刚度c1；
[0029]
所述空载状态下后轮心＝(整备状态下后轴荷-设计载荷状态下后轴荷)*9.8mm/后悬架刚度c2；
[0030]
所述满载状态下后轮心＝(满载状态下后轴荷-设计载荷状态下后轴荷)*9.8mm/后悬架刚度c2；
[0031]
步骤s7：根据欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册，求出轮胎静力半径及轮胎刚度；
[0032]
进一步地，根据公式：
[0033]
式中：
[0034]rs
－理论静力半径
[0035]
dr－轮辋名义直径
[0036]
d－新胎设计外直径
[0037]fr
－系数，为0.78(ct轮胎为0.70)
[0038]
所述轮胎静力半径＝轮辋名义半径 0.78*(新胎设计外半径-轮辋名义半径)；
[0039]
所述轮胎刚度＝轮胎负荷*1mm/(轮胎自由半径-轮胎静力半径)；
[0040]
步骤s8：求出空载、设计载荷、满载三种载荷状态下的前、后轮胎半径：
[0041]
进一步地，所述空载状态下前轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-整备状态下前轴荷/2)/轮胎刚度*1mm；
[0042]
所述空载状态下后轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-整备状态下后轴荷/2)/轮胎刚度*1mm；
[0043]
所述设计载荷状态下前轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-设计载荷状态下前轴荷/2)/轮胎刚度*1mm；
[0044]
所述设计载荷状态下后轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-设计载荷状态下后轴荷/2)/轮胎刚度*1mm；
[0045]
所述满载状态下前轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-满载状态下前轴荷/2)/轮胎刚度*1mm；
[0046]
所述满载状态下后轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-满载状态下后轴荷/2)/轮胎刚度*1mm。
[0047]
步骤s9：在y0平面上，以步骤s6得到的前、后轮心为圆心，以步骤s8中得到的三种载荷状态下前、后轮半径为半径，在catia软件中分别画出前后轮的三个圆弧，圆弧的切线既为地面线；
[0048]
步骤s10：根据前、后轮载荷及s9中求出的空载地面线，分别求出空载状态下x方向及z方向的质心的位置：
[0049]
进一步地，所述空载状态下质心距离前轴x方向的尺寸＝轴距尺寸*整备状态下后轴荷/整备质量；
[0050]
将空载地面线沿着z方向向上平移580mm后，即为空载质心z方向位置；
[0051]
步骤s11：根据前、后轮载荷及力矩平衡公式，分别求出设计载荷、满载状态下x方向及z方向的质心的位置；
[0052]
进一步地，步骤s11具体如下：
[0053]
s111：载荷状态下质心距离前轴x方向尺寸＝轴距尺寸*设计载荷状态下后轴荷/设设计载荷；
[0054]
s112：根据力矩平衡公式，经转换后求出设计载荷状态下质心相对于空载状态下质心z方向尺寸：
[0055][0056]
式中:
[0057]
h：质心到地面的高度；
[0058]
gi：各总成(或载荷)质量；
[0059]
hi：各总成(或载荷)离地高度；
[0060]
设计载荷状态下质心相对于空载状态下质心z方向偏移尺寸＝整备质量*空载质心到设计载荷地面线z方向距离 75*第一排人数的设计载荷*(第一排人r点距离设计载荷地面线z方向距离 260mm) 75*第二排人数的设计载荷*(第二排人r点距离设计载荷地面线z方向距离 260mm))/设计载荷-空载质心到设计载荷地面线z方向距离
[0061]
260mm:人质心到人r点z方向距离；
[0062]
s113：根据前、后轮载荷,求出满载状态下质心距离前轴x方向尺寸：
[0063]
满载质心距离前轴x方向距离＝轴距尺寸*满载状态下后轴荷/满载质量；
[0064]
s114：根据力矩平衡公式，经转换后求出满载状态下质心相对于空载状态下质心z方向的偏移尺寸：
[0065]
满载载荷状态下质心相对于空载状态下质心z方向偏移尺寸＝(整备质量*空载质心到设计载荷地面线z方向距离 75*第一排人数的满载载荷*(第一排人r点距离设计载荷地面线z方向距离 260mm) 75*第二排人数的满载载荷*(第二排人r点距离设计载荷地面线
z方向距离 260mm) 75*行李质心距离设计载荷地面线z方向距离)/满载质量-空载质心到设计载荷地面线z方向距离；
[0066]
260mm:人质心到人r点z方向距离。
[0067]
步骤s12：在y0平面上，以步骤s10中算出的设计载荷、满载状态下质心位置参数，在catia中画出质心；
[0068]
步骤s13：在y0平面上，根据步骤s10中算出的设计载荷、满载状态下质心位置参数，在catia中测出各质心相应地面线的距离。
[0069]
与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0070]
本发明的一种整车质心和地面线的设计方法，基于catia软件知识工程模块完成整车质心和地面线的三维数据，该设计方法基于参数化的设计，运用top-down的设计理念，通过前期设定的参数能驱动整个模型的运行，为前期汽车的开发设计提供有力的支撑；该设计方法是基于catia软件开发，既能单独使用，又能协同其它的产品部件同步使用，节约了汽车前期开发时间，缩短了汽车开发周期，有助于提高汽车开发效率。
附图说明
[0071]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0072]
图1为设计载荷下各参数的设计位置示意图；
[0073]
图2为不同状态下前、后轮心位置示意图；
[0074]
图3为不同状态下地面线的示意图；
[0075]
图4为不同状态下质心位置示意图；
[0076]
图5为不同状态下质心高度示意图。
具体实施方式
[0077]
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
[0078]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0079]
实施例1
[0080]
本实施例提供了一种整车质心和地面线的设计方法，包括如下步骤：
[0081]
步骤s1：建立整车坐标系；
[0082]
在开发前期，各专业组进行协同设计，需要数据有统一的坐标系，以便其他相关专业组参考时能够调用正确合理的数据做边界。对于新开发车型，按照设计载荷下轮心前
1000，下1000，整车纵向对称面为y＝0，在catia软件中设定整车坐标系。因目前项目对参考车的依赖比较大，初期坐标系的选择上多半也以与基础车坐标系一致为原则来建立坐标系。
[0083]
步骤s2：参数化模型的建立；
[0084]
所述参数化模型的建立，具体参数包括整车空载质心位置、整备质量、整备质量状态下的前后轴荷比、前后轴荷长度、座椅数以及相应座椅r点、设计载荷前后轮心及行李质心位置，将上述参数输入到catia软件中，通过知识工程模块实现参数化模型的建立。
[0085]
步骤s3：根据整备质量和前轴荷比，求出整备状态下前、后轴荷；
[0086]
本实施例中整备质量：2700kg；
[0087]
前轴荷比：0.52；
[0088]
n1-前悬偏频：1(经验值范围0.8-1.15)；
[0089]
n1-前悬偏频：1.1(经验值范围0.98-1.3)；
[0090]
第一排人数-设计载荷：2(5座车型的设计载荷状态是第一排2人，第二排1人)；
[0091]
第二排人数-设计载荷：1；
[0092]
第一排人数-满载：2(5座车型的满载状态是第一排2人，第二排3人)；
[0093]
第二排人数-满载：3；
[0094]
满载前簧下质量系数：0.11(独立悬架参考均值0.11)；
[0095]
满载后簧下质量系数：0.009(独立悬架参考均值0.09)；
[0096]
轮胎负荷：825；
[0097]
轮胎自由半径的尺寸，根据轮胎选型，尺寸为340mm；
[0098]
轮辋名义直径,根据轮胎选型，尺寸为215.9mm；
[0099]
质心高度-空载：580(根据对标车及开发经验值，确定整车空载质心位置)；
[0100]
所述整备状态下前轴荷＝整备质量*对应前轴荷比＝1404；
[0101]
所述整备状态下后轴荷＝整备质量—整备状态下前轴荷＝1296；
[0102]
步骤s4：根据整备质量、整备状态下后轴荷质量及设计载荷状态下的座椅承载形式，结合x方向力矩平衡理论，从而求出设计载荷及设计载荷状态下的前后轴荷、满载载荷及满载状态下的前后轴荷：
[0103]
所述设计载荷＝整备质量 75*(第一排人数的设计载荷 第二排人数的设计载荷)＝2925；
[0104]
所述设计载荷状态下后轴荷＝整备状态下后轴荷 [75*第一排人数的设计载荷*第一排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸-50mm) (75*第二排人数的设计载荷*第二排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸)]/轴距尺寸＝1428；
[0105]
所述设计载荷状态下前轴荷＝设计载荷-设计载荷状态下后轴荷＝1497。
[0106]
所述满载载荷＝整备质量 75*(第一排人数的满载载荷 第二排人数的满载载荷 1)＝3150；
[0107]
所述满载状态下后轴荷＝整备状态下后轴荷 {[75*第一排人数的满载载荷*(第一排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸-50mm)] 75*第二排人数的满载载荷*第二排成员座椅r点距离前轮心x方向尺寸) 行李质心位置}/轴距尺寸＝1629；
[0108]
所述满载状态下前轴荷＝满载载荷-满载状态下后轴荷＝1521。
[0109]
步骤s5：汽车前、后部分车身固有频率n1和n2可用下式表示：
[0110][0111]
式中，c1、c2为前、后悬架刚度(n/cm)；m1和m2为前、后悬架簧上质量(kg)。
[0112]
c1-前悬架刚度＝39.4384*n1-前悬偏频*前轴荷-满载*(满载前簧下质量系数(独立悬架参考均值0.11))/1000＝53.38；
[0113]
c2-前悬架刚度＝39.4384*n2-后悬偏频*后轴荷-满载*(1-满载后簧下质量系数(独立悬架参考均值0.09))/1000＝70.75；
[0114]
步骤s6：根据前、后悬架刚度，求出满载和空载状态下前、后轮心的z方向位置；
[0115]
如图2所示，所述空载状态下前轮心＝(整备状态下前轴荷-设计载荷状态下前轴荷)*9.8mm/前悬架刚度c1＝-17.14；
[0116]
所述满载状态下前轮心＝(满载状态下前轴荷-设计载荷状态下前轴荷)*9.8mm/前悬架刚度c1＝4.29mm；
[0117]
所述空载状态下后轮心＝(整备状态下后轴荷-设计载荷状态下后轴荷)*9.8mm/后悬架刚度c2＝-18.24mm；
[0118]
所述满载状态下后轮心＝(满载状态下后轴荷-设计载荷状态下后轴荷)*9.8mm/后悬架刚度c2＝27.93mm；
[0119]
步骤s7：根据欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册，求出轮胎静力半径及轮胎刚度；
[0120]
进一步地，根据公式：
[0121]
式中：
[0122]rs
－理论静力半径
[0123]
dr－轮辋名义直径
[0124]
d－新胎设计外直径
[0125]fr
－系数，为0.78(ct轮胎为0.70)
[0126]
所述轮胎静力半径＝轮辋名义半径 0.78*(新胎设计外半径-轮辋名义半径)＝312.7mm；
[0127]
所述轮胎刚度＝轮胎负荷*1mm/(轮胎自由半径-轮胎静力半径)＝30.22；
[0128]
步骤s8：求出空载、设计载荷、满载三种载荷状态下的前、后轮胎半径：
[0129]
所述空载状态下前轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-整备状态下前轴荷/2)/轮胎刚度*1mm＝314.84mm；
[0130]
所述空载状态下后轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-整备状态下后轴荷/2)/轮胎刚度*1mm＝315.22mm；
[0131]
所述设计载荷状态下前轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-设计载荷状态下前轴荷/2)/轮胎刚度*1mm＝316.77mm；
[0132]
所述设计载荷状态下后轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-设计载荷状态下后轴荷/2)/轮胎刚度*1mm＝318.56mm；
[0133]
所述满载状态下前轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-满载状态下前轴荷/2)/轮胎刚度*1mm＝316.38mm；
[0134]
所述满载状态下后轮半径＝轮胎静力半径 (轮胎负荷-满载状态下后轴荷/2)/轮
胎刚度*1mm＝313.04mm。
[0135]
如图3所示，步骤s9：在y0平面上，以步骤s6得到的前、后轮心为圆心，以步骤s8中得到的三种载荷状态下前、后轮半径为半径，在catia软件中分别画出前后轮的三个圆弧，圆弧的切线既为地面线；
[0136]
步骤s10：根据前、后轮载荷及s9中求出的空载地面线，分别求出空载状态下x方向及z方向的质心的位置：
[0137]
所述空载状态下质心距离前轴x方向的尺寸＝轴距尺寸*整备状态下后轴荷/整备质量＝1648.8mm；
[0138]
将空载地面线沿着z方向向上平移580mm后，即为空载质心z方向位置；
[0139]
步骤s11：根据前、后轮载荷及力矩平衡公式，分别求出设计载荷、满载状态下x方向及z方向的质心的位置；
[0140]
步骤s11具体如下：
[0141]
s111：载荷状态下质心距离前轴x方向尺寸＝轴距尺寸*设计载荷状态下后轴荷/设设计载荷＝1676.59mm；
[0142]
s112：根据力矩平衡公式，经转换后求出设计载荷状态下质心相对于空载状态下质心z方向尺寸：
[0143][0144]
式中:
[0145]
h：质心到地面的高度；
[0146]
gi：各总成(或载荷)质量；
[0147]
hi：各总成(或载荷)离地高度；
[0148]
设计载荷状态下质心相对于空载状态下质心z方向偏移尺寸＝整备质量*空载质心到设计载荷地面线z方向距离 75*第一排人数的设计载荷*(第一排人r点距离设计载荷地面线z方向距离 260mm) 75*第二排人数的设计载荷*(第二排人r点距离设计载荷地面线z方向距离 260mm))/设计载荷-空载质心到设计载荷地面线z方向距离＝18.93mm；
[0149]
260mm:人质心到人r点z方向距离；
[0150]
s113：根据前、后轮载荷,求出满载状态下质心距离前轴x方向尺寸：
[0151]
满载质心距离前轴x方向距离＝轴距尺寸*满载状态下后轴荷/满载质量＝1776.71mm；
[0152]
s114：根据力矩平衡公式，经转换后求出满载状态下质心相对于空载状态下质心z方向的偏移尺寸＝30.38mm：
[0153]
满载载荷状态下质心相对于空载状态下质心z方向偏移尺寸＝(整备质量*空载质心到设计载荷地面线z方向距离 75*第一排人数的满载载荷*(第一排人r点距离设计载荷地面线z方向距离 260mm) 75*第二排人数的满载载荷*(第二排人r点距离设计载荷地面线z方向距离 260mm) 75*行李质心距离设计载荷地面线z方向距离)/满载质量-空载质心到设计载荷地面线z方向距离；
[0154]
260mm:人质心到人r点z方向距离。
[0155]
如图4所示，步骤s12：在y0平面上，以步骤s10中算出的设计载荷、满载状态下质心
位置参数，在catia中画出质心；
[0156]
如图5所示，步骤s13：在y0平面上，根据步骤s10中算出的设计载荷、满载状态下质心位置参数，在catia中测出各质心相应地面线的距离。
[0157]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0158]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0159]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。