数字样机在汽车电器系统上的应用

伍 昆， 陈 晶

（奇瑞汽车股份有限公司， 安徽芜湖 241009）

1 数字样机的概念

数字样机 （DMU： Digital Mock-Up） 技术被很多人片面地理解为就是通过三维模型将零部件装配在一起， 其实， 实现三维装配是实现数字样机最基本的一步。 根据欧洲高级信息化技术组织的定义：“数字样机DMU是对产品的真实化计算机模拟， 满足各种各样的功能， 提供用于工程设计、 加工制造、 产品拆装维护的模拟环境； 是支持产品和流程、 信息传递、 决策制定的公共平台； 覆盖产品从概念设计到维护服务的整个生命周期。” 由此可见，数字样机技术主要是指在计算机平台上， 通过三维CAD／CAE／CAM软件， 建立完整的产品数字化样机， 组成电子化样机的每个部件除了准确定义三维几何图形外， 还赋有相互间的装配关系、 技术关联、 工艺、 公差、 人力资源、 材料、 制造资源、 成本等信息。

2 数字样机的特点和功能

数字样机应具有从产品设计、 制造到产品维护各阶段所需的所有功能， 为产品和流程开发以及从产品概念设计到产品维护整个产品生命周期的信息交流和决策提供一个平台。 数字样机技术， 不只是单纯的3D装配， 具有以下的功能和特点。

1） 协同设计中提供的大量工具 （如添加注释、超级链接、 制作动画、 发布及网络会议功能）， 使得所有涉及数字样机检查的团队成员可以很容易地进行协同工作。

2） 优化设计能够生成零部件或装配件的几何描述替代体， 以减少模型数据量， 或更好地满足特定应用的特殊要求。

3） 装配模拟设计用来定义、 模拟和分析装配过程和拆卸过程， 通过模拟维护修理过程的可行性（安装／拆卸） 来校验原始设计的合理性。

4） 数字样机运动机构模拟设计。 通过运动干涉检验和校核最小间隙来进行机构运动分析。

5） 空间分析设计使用先进的干涉检查与分析工具、 测量工具和三维几何对比工具等进行最佳的数字样机校验。 空间分析模块可以进行设计的有效性评价。 它提供丰富的空间分析手段， 包括产品干涉检查、 剖面分析和3D几何尺寸比较等。 它可以进行碰撞、 间隙及接触等计算， 并得到更为复杂和详尽的分析结果。

总之， 它能够处理数字样机审核及产品总成过程中经常遇到的问题， 能够对产品的整个生命周期（从设计到维护） 进行考察。 数字样机在电器上的应用主要分为零部件的设计 （如线束布置）， 以及电器的常规检查 （大致包括以下几个方面： 汽车前刮水器的运动分析、 蓄电池的人机操作分析、 全车灯具和仪表的视野法规分析以及开关等可操作便利性分析）。 数字样机电器功能图如图1所示。

3 功能实现解析

随着电子技术在汽车上的应用越来越广泛， 连接电器的线束也随之不断增多， 线束布置日趋复杂， 传统二维线束布置图已很难将布线信息完整、准确地表达出来。 电器分布在整个车身的各个地方， 线束分支多， 线束长度尺寸误差大， 绑扎美观性， 常因绑扎不合理埋下安全隐患。 三维布线是现在国内汽车厂和设计公司普遍应用的一种布线方式， 其特点是： 方便、 简单、 快捷。 主要功能是：电器系统功能定义， 电器导线布置， 电器零部件设计， 电器线束布置， 电器线束展平， 线束二维图。图2为线束模块结构示意图。

数据模型中， 应对插件、 扎带、 保护套等有明确的定义， 线束长度合理尽量体现装车的状态， 并且具有电器的属性。 完成整车布置图后对其整体布局合理性进行评审和优化。 线束布置和三维数据的示意图如图3所示。

对于穿过橡胶件线束， 可以经开门和关门的任意角度的校核， 通过定义2个起止点自动改变线束的长度， 做运动的干涉校核和应力分析的校核。 图4为门开启和关闭时橡胶的变形状态， 图5为数字样机模拟门运动后的界面， 图6为关门后线束长度测算状态。

数字样机对线束的布置有非常大的帮助， 首先相对于传统的制图软件， 它能直接进行三维制图，对于前期的空间布置和分析， 以及动态的干涉分析而言， 随时保持图纸根据方案修改变动， 关联性强。在运动、 分析、 仿真设计产品开发过程中， 可以不断完善， 直到最佳的配合状态， 或者说线束最理想的状态。 这些都为以后的实车布线验证工作带来方便，同时节约了成本和整个车型开发的工作周期。 并且需要主机厂的布置工程师具备较强的自主研发能力。

4 结束语

目前许多世界先进汽车企业， 如戴姆勒－克莱斯勒、 宝马、 三菱和本田等汽车公司， 先后实施数字样机技术， 加强了设计过程中最为关键的空间和尺寸控制之间的集成， 在产品开发过程中不断对数字样机进行验证， 大部分的设计错误都能被发现或避免， 从而大大减少实物样机的制作与验证， 提高了产品开发水平和市场竞争力。

［1］ 施火结， 张翔. 虚拟样机技术在产品全生命周期中的应用［C］／ ／福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集. 2005.

［2］ 熊光楞， 李伯虎， 柴旭东. 虚拟样机技术［J］. 系统仿真学报， 2001 （1）： 114-117.

［3］ 李原， 余剑峰， 邵毅， 等. 基于设计和装配过程的装配模型研究［J］. 西北工业大学学报， 2000 （4）： 7-11.