汽车底盘悬架弹簧的运动包络的生成方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车设计技术领域，尤其涉及一种汽车底盘悬架弹簧的运动包络的生成方法及系统。
【背景技术】
[0002]汽车悬架弹簧是汽车悬架系统中常用的弹性元件，它的一端与车架连接，另一端与汽车悬架系统连接，起到缓冲的作用。利用弹簧的伸长压缩特性，吸收汽车经过不平路面时产生的弹跳，可以保证悬架系统与车架之间的相对运动。弹簧运动包络可作为弹簧周边件的设计输入，而准确的弹簧运动包络能有效地指导周边件的设计。
[0003]在悬架系统与车架相对运动过程中，弹簧既发生伸缩，又发生摆转，因此在设计阶段，现有技术在利用CAD (Computer Aided Design，计算机辅助设计)软件工具校准弹簧与周边静止件(如车架、车身、挡泥板等)的间隙时，常用的方法是将弹簧的运动情况分割成两个部分，一部分随车架运动，一部分随悬架系统运动，进而模拟其伸长压缩和摆转情况，从而更进一步地利用CAD自带的工具生成弹簧的运动包络以便校核间隙和指导其他汽车设计。
[0004]上述的弹簧运动包络生成方法实际上是用分割后的两部分弹簧的相对运动来代替弹簧的伸长压缩运动和摆转运动。但对于渐进型弹簧(曲率半径会改变)，现有技术获得的弹簧运动包络与实际的弹簧运动变形情况存在一定的差异，从而会影响的校核和设计的结果。另外，通过设计人员根据各个时刻下弹簧的伸缩量和位置对弹簧的多个状态进行逐一生成，会占用设计人员的大量时间和精力，弹簧运动包络生成效率和准确度低。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种汽车底盘悬架弹簧的运动包络的生成方案，能够实时获得弹簧在汽车底盘悬架运动过程中的伸缩情况和摆转情况，快速、方便地生成准确的弹簧运动包络。
[0006]为解决以上技术问题，一方面，本发明实施例提供一种汽车底盘悬架弹簧的运动包络的生成方法，包括:
[0007]测量弹簧上的三个不共线的点在汽车底盘悬架运动过程中的运动数据；
[0008]根据所述运动数据获得所述弹簧上的三个不共线的点的伸缩率，并通过建立固连坐标系，确定汽车底盘悬架运动各个时刻的弹簧摆转情况；
[0009]对弹簧的零件信息进行设置，将所述伸缩率和弹簧摆转情况的形成过程生成宏文件；
[0010]将所述宏文件输入至零件模型中并通过对所述宏文件的编译运行，获得所述弹簧在不同时刻的运动状态，生成所述弹簧的运动包络。
[0011]在一种可实现的方式中，所述测量弹簧上的三个不共线的点在汽车底盘悬架运动过程中的运动数据，包括:
[0012]建立用于模拟各个时刻的汽车底盘悬架弹簧的空间运动的数字样机模型；
[0013]根据弹簧的实际安装情况，在所述数字样机模型中确定弹簧的上安装点、下安装点以及与所述上安装点和所述下安装点不共线的方向点的测量项；
[0014]通过监测所述上安装点和所述下安装点的运动情况获取所述弹簧的轴线及伸缩情况；通过监测所述方向点的运动情况获取所述弹簧在汽车底盘悬架运动过程中摆转情况；
[0015]利用所述数字样机模型对汽车底盘悬架运动过程进行仿真，记录仿真过程中所述弹簧在所述上安装点、所述下安装点以及与所述方向点的运动数据。
[0016]进一步地，所述根据所述运动数据获得所述弹簧上的三个不共线的点的伸缩率，并通过建立固连坐标系，确定汽车底盘悬架运动各个时刻的弹簧摆转情况，包括:
[0017]测量汽车底盘悬架初始状态下的弹簧长度L。和在汽车底盘悬架运动过程i时刻的弹簧的上安装点和下安装点之间的距离，作为在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的弹簧长度 Li ;i〉O ;
[0018]将在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的弹簧长度L1与初始状态下的弹簧长度L。的比Q/L。作为所述弹簧在i时刻的伸缩率；
[0019]根据所述弹簧的上安装点、下安装点和方向点的位置，确定所述固连坐标系的原点和三个方向轴；
[0020]将初始状态下的弹簧固连坐标系进行旋转和平移变换，使初始状态下的弹簧固连坐标系与在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的弹簧固连坐标系重合；
[0021]记录所述弹簧的移动轨迹数据，获得所述弹簧在汽车底盘悬架运动各个时刻的弹簧摆转情况。
[0022]进一步地，所述根据所述弹簧的上安装点、下安装点和方向点的位置，确定所述固连坐标系的原点和三个方向轴，具体为:
[0023]将弹簧在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的所述上安装点作为所述固连坐标系的原点；
[0024]将所述原点至所述下安装点的方向作为所述固连坐标系的Z轴的正方向；
[0025]将所述原点至所述下安装点的向量叉乘所述原点至所述方向点的向量所获得的向量，作为所述固连坐标系的Y轴正方向的向量；将所述Y轴正方向的向量叉乘所述原点到所述方向点的向量后获得的向量，作为所述固连坐标系的X轴正方向的向量；所述方向点在所述固连坐标系的XZ平面上；
[0026]根据所述固连坐标系的原点、Z轴的正方向、所述Y轴正方向的向量以及所述X轴正方向的向量，确定汽车底盘悬架运动过程中i时刻弹簧的固连坐标系。
[0027]在一种可实现的方式中，记录所述弹簧的移动轨迹数据，获得所述弹簧在汽车底盘悬架运动各个时刻的弹簧摆转情况，包括:
[0028]逐一记录所述固连坐标系的原点、X方向单位向量、Y方向单位向量和Z方向单位向量四个参量在汽车底盘悬架运动过程中i时刻弹簧的X、1、Z三个值；
[0029]分别将所述固连坐标系的原点、X方向单位向量、Y方向单位向量和Z方向单位向量四个参量在汽车底盘悬架运动过程中i时刻弹簧的x、y、z三个值，形成维度为12的弹簧摆转矩阵；
[0030]在所述维度为12的弹簧摆转矩阵中添加所述弹簧的伸缩率，形成在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的维度为13的弹簧运动矩阵。
[0031]进一步地，所述对弹簧的零件信息进行设置，将所述伸缩率和弹簧摆转情况的形成过程生成宏文件，包括:
[0032]对弹簧的零件信息进行设置；所述零件信息包括零件的名称、弹簧截面半径、所述伸缩率和所述弹簧运动矩阵的文件所在位置；
[0033]根据所述弹簧的零件信息，控制所述伸缩率和弹簧摆转情况的形成过程为:先进行伸缩变形获得所述伸缩率，再将变形后的弹簧摆转至预设的位置；
[0034]将所述伸缩率和弹簧摆转情况的形成过程生成宏文件。
[0035]优选地，所述宏文件采用循环框架，则所述先进行伸缩变形获得所述伸缩率，再将变形后的弹簧摆转至预设的位置，包括:
[0036]在汽车底盘悬架运动过程中i时刻，建立伸缩坐标系，对弹簧进行伸缩变形；并建立摆转坐标系，对伸缩变形后的弹簧进行摆转；
[0037]对于共有η个时刻组成的汽车底盘悬架运动过程，对弹簧进行η次伸缩变形后，再建立η个摆转坐标系，对η个伸缩变形后的弹簧进行摆转变换，η > i。
[0038]进一步地，将所述宏文件输入至零件模型中并通过对所述宏文件的编译运行，获得所述弹簧在不同时刻的运动状态，生成所述弹簧的运动包络，包括:
[0039]在汽车底盘悬架运动过程i时刻，根据所述弹簧运动矩阵生成所述弹簧的中线；
[0040]根据所述中线的生成过程获取生成弹簧中线的宏文件；
[0041]对于共有η个时刻组成的汽车底盘悬架运动过程，将各个时刻的生成弹簧中线的宏文件导入所述零件模型中进行编译运行，获得η个时刻的弹簧位移的集合，形成所述弹簧的运动包络，其中i > 0，η彡i。
[0042]优选地，所述在汽车底盘悬架运动过程i时刻生成所述弹簧的中线，具体为:
[0043]在汽车底盘悬架运动过程i时刻对所述弹簧进行面提取，获得弹簧轮廓面；将所述弹簧轮廓面进行分解，得到弹簧的两条轮廓线；
[0044]在其中一条轮廓线上进行等分操作，获得多个等分点的集合；依次在各个等分点上作所述等分点所在的轮廓线的法平面，获得所述法平面与另一条轮廓线的交点；
[0045]将所述等分点和与其相应的交点的连线的中点作为弹簧中线上的点，各个中点的连线构成所述弹簧中线。
[0046]进一步地，所述汽车底盘悬架弹簧的运动包络的生成方法还包括:
[0047]对所述弹簧的运动包络中的多个弹簧运动轨迹叠加时的重叠部分进行简化，减小所得到的弹簧包络的文件大小。
[0048]进一步地，所述汽车底盘悬架弹簧的运动包络的生成方法还包括:建立用户界面，将所述宏文件的生成过程集成在所述用户界面中。
[0049]另一方面，本发明实施例还提供了一种汽车底盘悬架弹簧的运动包络的生成系统，包括:
[0050]弹簧运动测量单元，用于测量弹簧上的三个不共线的点在汽车底盘悬架运动过程中的运动数据；
[0051]弹簧伸缩与摆转确定单元，用于根据所述运动数据获得所述弹簧上的三个不共线的点的伸缩率，并通过建立固连坐标系，确定汽车底盘悬架运动各个时刻的弹簧摆转情况；
[0052]宏文件生成单元，用于对弹簧的零件信息进行设置，将所述伸缩率和弹簧摆转情况的形成过程生成宏文件；以及，
[0053]运动包络生成单元，用于将所述宏文件输入至零件模型中并通过对所述宏文件的编译运行，获得所述弹簧在不同时刻的运动状态，生成所述弹簧的运动包络。
[0054]在一种可实现的方式中，所述弹簧运动测量单元，包括:
[0055]建模单元，用于建立用于模拟各个时刻的汽车底盘悬架弹簧的空间运动的数字样机模型；
[0056]弹簧测量项选取单元，用于根据弹簧的实际安装情况，在所述数字样机模型中确定弹簧的上安装点、下安装点以及与所述上安装点和所述下安装点不共线的方向点的测量项；通过监测所述上安装点和所述下安装点的运动情况获取所述弹簧的轴线及伸缩情况；通过监测所述方向点的运动情况获取所述弹簧在汽车底盘悬架运动过程中摆转情况；
[0057]运动仿真单元，用于利用所述数字样机模型对汽车底盘悬架运动过程进行仿真，记录仿真过程中所述弹簧在所述上安装点、所述下安装点以及与所述方向点的运动数据。
[0058]进一步地，所述弹簧伸缩与摆转确定单元，包括:
[0059]弹簧长度测量单元，用于测量汽车底盘悬架初始状态下的弹簧长度L。和在汽车底盘悬架运动过程i时刻的弹簧的上安装点和下安装点之间的距离，作为在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的弹簧长度L1 ;i > O ;
[0060]弹簧伸缩率计算单元，用于将在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的弹簧长度L1与初始状态下的弹簧长度L。的比Q/L。作为所述弹簧在i时刻的伸缩率；
[0061]坐标系构建单元，用于根据所述弹簧的上安装点、下安装点和方向点的位置，确定所述固连坐标系的原点和三个方向轴；
[0062]坐标移动单元，用于将初始状态下的弹簧固连坐标系进行旋转和平移变换，使初始状态下的弹簧固连坐标系与在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的弹簧固连坐标系重合；
[0063]摆转数据记录单元，用于记录弹簧在所述坐标移动单元中发生的移动轨迹数据，获得所述弹簧在汽车底盘悬架运动各个时刻的弹簧摆转情况。
[0064]进一步地,所述坐标系构建单元,具体用于:
[0065]将弹簧在汽车底盘悬架运动过程中i时刻的所述上安装点作为所述固连坐标系的原点；
[0066]将所述原点