基于確定性定位分析的車身三維偏差模型及求解方法研究.pdf

1、轎車車身的尺寸偏差直接影響到整車外觀、行駛風(fēng)噪聲、關(guān)門效果甚至整車平順性，車身尺寸偏差大小不僅依賴車身制造過程控制，而且取決于車身設(shè)計(jì)階段的工藝設(shè)計(jì)。因此，車身裝配偏差分析與公差設(shè)計(jì)方法研究具有重要意義。然而，車身裝配過程中零件間的多約束特征和多裝配順序影響，使得車身裝配偏差累積規(guī)律十分復(fù)雜，傳統(tǒng)尺寸鏈分析方法需要建立尺寸鏈方程，難以適應(yīng)車身三維偏差分析；同時(shí)，傳統(tǒng)的蒙特卡洛求解方法計(jì)算效率低下，難以應(yīng)用于這種復(fù)雜車身產(chǎn)品的公差綜合。為

2、此，本文開展面向車身裝配的三維偏差模型及求解方法研究，旨在提高車身公差設(shè)計(jì)水平。本文首先針對(duì)車身裝配多約束特征及多裝配順序的特點(diǎn)，建立基于確定性定位分析的車身裝配三維偏差模型；然后，研究偏差模型線性化求解方法和基于矩方法的二次化求解方法；最后，以三維偏差建模和求解方法作為核心算法，開發(fā)復(fù)雜車身裝配三維公差分析系統(tǒng)，并應(yīng)用于實(shí)例。主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)基于確定性定位分析的車身三維偏差模型傳統(tǒng)的尺寸鏈模型需要建立尺寸鏈，

3、難以應(yīng)用于車身產(chǎn)品這種多約束、多裝配順序的裝配偏差分析過程。本文提出一種新的車身裝配三維偏差模型建模方法。該模型首先將車身裝配多約束條件轉(zhuǎn)化為確定性約束定位條件，根據(jù)給定的裝配順序?qū)⒀b配過程分解為一系列單個(gè)零件的確定性定位；然后，以零件偏差、夾具偏差的耦合偏差為輸入，建立考慮定位點(diǎn)二階幾何信息的零件確定性定位分析模型。最后采用一系列確定性定位分析建立車身裝配偏差分析模型。 (2)三維偏差模型的線性化求解方法傳統(tǒng)的蒙特卡洛仿真計(jì)算

4、效率低，難以應(yīng)用于復(fù)雜車身裝配公差設(shè)計(jì)這樣需求大量迭代運(yùn)算的場(chǎng)合，本文提出一種高效率的線性化求解方法。首先，對(duì)于非線性隱式模型，采用隱式求導(dǎo)和一階泰勒級(jí)數(shù)展開得到確定性定位分析模型的輸入輸出間線性關(guān)系。然后，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，建立輸入輸出統(tǒng)計(jì)參數(shù)的顯式表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)裝配公差的線性化求解；最后，通過與蒙特卡洛方法的比較，驗(yàn)證了線性化方法的有效性和計(jì)算效率。該方法無需解大量非線性方程組，計(jì)算效率顯著提高； (3)三維偏差模型的二次化求

5、解方法線性方法只能應(yīng)用于裝配偏差模型非線性程度較低的場(chǎng)合，針對(duì)模型較強(qiáng)非線性或零件尺寸為非正態(tài)分布的場(chǎng)合，本文進(jìn)一步提出基于矩方法的確定性定位分析模型的二次化求解方法。首先，對(duì)確定性定位分析模型進(jìn)行二次泰勒級(jí)數(shù)展開，采用有限差分法與牛頓-拉爾森法得到一階、二階及二階混合敏感度矩陣；然后，根據(jù)零件偏差的前四階矩計(jì)算零件定位偏差的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并分析了二次化方法的計(jì)算精度和效率；最后，通過與線性方法及蒙特卡洛方法的對(duì)比驗(yàn)證方法的有效性。該方

6、法可應(yīng)用于非線性模型或非正態(tài)分布輸入，可對(duì)非線性隱式模型進(jìn)行敏感度分析。 (4)三維偏差分析軟件系統(tǒng)開發(fā)以三維偏差模型及求解方法為核心算法，采用VisualC++為開發(fā)工具，開發(fā)車身三維復(fù)雜裝配偏差分析系統(tǒng)AVAS。系統(tǒng)采用基于功能的三層式結(jié)構(gòu)，分別為算法層，數(shù)據(jù)層和用戶層。采用車大燈安裝和車門安裝兩個(gè)典型實(shí)例對(duì)系統(tǒng)及核心算法進(jìn)行驗(yàn)證，將分析結(jié)果分別與三坐標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及3DCS分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：不依賴于其他C