【分　 类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 动力总成包络，CAA，欧拉角, 数模简化
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正文：

1．前言
现代汽车布置向紧凑型发展，使各零部件之间预留出合理的间隙，成为前舱布置中的重点工作之一。前舱内复杂的动力总成系统与周边零部件之间预留出的间隙，通常是根据设计者的经验来确定^[1]。但是，随着材料、能源和安全技术的不断发展，前舱内零部件的种类、数量以及尺寸都将发生变化，传统的经验值已不能满足开发要求。因此，描述动力总成的空间振动范围的动态包络面，成为校验动力总成在汽车实际行驶时是否与周边部件是否产生干涉关键，也是目前新车型在前期开发中的一项重要工作。
CAA(Component Application Architecture)组件应用构架是Dassault Systemes产品扩展和客户进行二次开发的强有力的工具。CAA的实现，是通过提供的快速应用研发环境RADE(Rapid Application Development Environment)和不同的 API接口程序来完成的。RADE是一个可视化的集成开发环境，它提供完整的编程工具组。实际上RADE以Microsoft Visual Studio VC++为载体，在VC++环境中增加了CAA的开发工具。API提供了操作各种对象的方法、工具和接口^[2]。
借助CATIA二次开发工具CAA，并运用欧拉角原理，实现动力总成数模在不同位置和姿态的坐标系间的变换。将仿真数据中的欧拉角应用于型值点的坐标转换，最终实现了包络数模的简化，达到缩短运行时间和提高了程师的工作效率的目的。
2．动力总成包络的实现方法
2.1 基本原理描述
       设计动力总成包络的传统方法是将仿真分析的数据输入三维绘图软件中，将典型工况下动力总成的姿态叠加，得到所需的包络体。但是由于动力总成数模的数据量较大，消耗的计算机内存较多，运行效率较低，对计算机硬件的要求较高。针对现有工作站的配置，每个文件中只能存储少数几个工况的数模。进行干涉校验时，需要逐次打开并导入多个文件，工作效率很低。
针对上述问题，采用一种划分坐标平面网格的方法:在动力总成数模的每个面的几何形心上创建多个型值点。通过坐标变换矩阵，将所有型值点的坐标值转换成其它工况下对应点的坐标值。然后在特定区域内，将坐标平面划分成给定尺寸的正方形网格，扫描每一个网格内的型值点的坐标值，获取极值点。将极值点对应的面特征，从初始位置的参考坐标系移动到特定工况的目标位置坐标系，即可得到较为完整的包络体最外层面。
这种划分坐标平面网格的方法的优点是：
⑴ CATPart格式的动力总成数模由73000多个独立的面特征组成，每个面特征上的型值点经过坐标变换，可得到所有工况下型值点的空间位置。通过坐标平面网格划分法，预先识别需要移动位置的面特征，以最少的移动量实现所需的动态包络，实现包络数模的简化。同时，避开了计算机处理几何
特征速度慢、内存消耗量大的特点。
⑵ 利用动力总成数模自身的几何特征来构造多工况下动力总成的包络面，可以真实地描述动力
总成在不同工况下的外形特征。
2.2 型值点的建立
在动力总成数模中，彼此独立的面特征形状复杂多样，无法用曲面函数来描述。通过分析面特征的拓扑结构，可以获得描述面特征空间位置的方法，如图1所示：

图1 壳体的拓扑描述
Fig.1 The topological description of a shell object
⑴ 壳体由一个二维实体曲面（S）构成。
⑵ 曲面F通过四个边界线（E1、E2、E3、E4）来约束曲面F。
⑶ 边界线（以E1为例）是曲面内几何曲线（以C为例）的约束，其自身有顶点（以V1、V2为例）来约束。
曲面F的拓扑结构可以应用于动力总成数模的所有面特征。因此，取面特征的边界顶点作为描述其空间位置的型值点，为区别曲面的凹凸性，面特征的形心点也作为其型值点，如图2所示。

图2 面特征的型值点(×为边界顶点，·为形心)
Fig.2 Characteristic points of the surface feature
利用CAA提供的函数CreatePoint(iSurface, iPoint, iDirection, iDistance)，可在每个面的形心位置上创建一个点；利用CAA提供的函数GetAllCells(ioResult, iDimension),可获得各面特征的拓扑结构的顶点。从而得到能够反映动力总成外形特征的点云，如图3所示：

图3 动力总成点云
Fig.3 Points cloud of powertrain
在28种工况^[3]下，动力总成所有型值点的个数约为1.403×10⁷。若以10mm×10mm的网格进行最外层面的扫描，平均每个网格内大约有894个型值点可供筛选，几何特征较密集。因此，所形成的点云团可用来反映动力总成包络的外形特征。
2.3 动态工况下的型值点数学模型
       由仿真分析得到的动力总成质心在不同工况下的位置，分别用参数X、Y、Z、A、B、C来表示。其中X、Y、Z分别是动力总成质心相对于参考坐标系三个轴向的位移量，A、B、C分别为动力总成质心依次绕参考坐标系Z-X-Z轴的顺序旋转的欧拉角位移量，如图4所示：

图4 欧拉角
Fig.4 Euler angle
经过三次旋转，得到四个坐标系，即：OX₁Y₁Z₁、OX₂Y₂Z₁、OX₂Y₃Z₂和OX₃Y₄Z₂。
定义OX₁Y₁Z₁为参考坐标系，坐标系原点O在动力总成处于静平衡位置时的质心处。目标坐标系固结于动力总成质心处，相对于参考坐标系运动，当动力总成静止时，参考坐标系和目标坐标系重合。对于不同工况下动力总成的位置，可用不同位置和姿态的动坐标系来表示。图4中经过三次旋转变换后的坐标系OX

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