參數(shù)化設(shè)計在汽車底盤總布置中的運(yùn)用

李秋實(shí)

摘要：在汽車設(shè)計環(huán)節(jié)中，底盤設(shè)計是至關(guān)重要的。因此，各汽車廠家均把底盤設(shè)計放在首要位置，并給予足夠的重視。但傳統(tǒng)的底盤設(shè)計方法比較復(fù)雜，需要耗費(fèi)工作人員大量的時間和精力，更重要的是還需要汽車公司投入較多的資金，故已無法再適應(yīng)汽車行業(yè)的發(fā)展要求，而參數(shù)化設(shè)計正好能消除這些不利因素。特別是伴隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展，參數(shù)化設(shè)計已和底盤設(shè)計技術(shù)緊密結(jié)合在一起，且取得較為顯著的成效。

關(guān)鍵詞：汽車底盤；參數(shù)化設(shè)計；分析；成效

底盤總布置設(shè)計是汽車產(chǎn)品設(shè)計中的一個重要部分，是一個反復(fù)協(xié)商、調(diào)整的過程。傳統(tǒng)的設(shè)計方法在底盤總布置的過程中耗費(fèi)了設(shè)計者大量的時間與精力，使設(shè)計工作中存在大量的重復(fù)性勞動。本文針對如何將參數(shù)化設(shè)計的基本思想應(yīng)用到汽車底盤總布置設(shè)計的工作當(dāng)中，以及對其工作原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究，以期對目前參數(shù)化設(shè)計過程中存在設(shè)計管理和數(shù)據(jù)交流方面的諸多問題進(jìn)行探討，將很多成熟的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)與三維建模軟件粘合在一起，總結(jié)出汽車底盤系統(tǒng)開發(fā)的設(shè)計流程，提升設(shè)計水平與質(zhì)量。

一、參數(shù)化設(shè)計

1.設(shè)計流程

運(yùn)用參數(shù)化方法設(shè)計總布置方式時，需保證尺寸參數(shù)可以有效控制總成位置，并自動生成多種設(shè)計方案，如設(shè)計總布置過程中底盤中的某部分或零件發(fā)生變化，應(yīng)確保設(shè)計軟件可以及時根據(jù)變化對布置方案進(jìn)行調(diào)整，生成新總布置圖，為了順利完成底盤設(shè)計工作與提高設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計底盤前需建立坐標(biāo)系，坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)包括位置參數(shù)、形體參數(shù)、總體參數(shù)三個部分，以限定底盤部件自身形狀、尺寸、布置方向、空間位置，簡化布置設(shè)計模型。建立參數(shù)模型時應(yīng)在總坐標(biāo)系中明確標(biāo)示底盤部件裝配位置，同時利用分坐標(biāo)系定位部件在底盤布置中的基準(zhǔn)位置，需要修改部件位置時，可在參數(shù)設(shè)計軟件的三維模型中直接修改該部件的坐標(biāo)系，動態(tài)修改總布置基本結(jié)構(gòu)與空間位置[1]。此外，應(yīng)根據(jù)總布置關(guān)系組建底盤部件裝配樹形關(guān)系圖，即裝配樹。裝配樹包含一級節(jié)點(diǎn)、二級節(jié)點(diǎn)、三級節(jié)點(diǎn)等多層節(jié)點(diǎn)，可通過設(shè)置關(guān)系樹中的各層節(jié)點(diǎn)、父子節(jié)點(diǎn)之間的參數(shù)關(guān)聯(lián)修改底盤部件位置參數(shù)與尺寸大小。

2.參數(shù)化底盤總體裝配的實(shí)現(xiàn)

（1）參數(shù)化底盤總體裝配關(guān)系的樹型結(jié)構(gòu)。在底盤總體裝配中，我們通常采用兩種裝配方式：通過坐標(biāo)點(diǎn)裝配和通過約束裝配。坐標(biāo)點(diǎn)裝配思路簡單，操作起來快捷方便，約束裝配在實(shí)現(xiàn)零部件間復(fù)雜的裝配關(guān)系時有著坐標(biāo)點(diǎn)裝配無法比擬的優(yōu)勢。在建立底盤裝配模型之前，首先要建立好參數(shù)化底盤總體裝配的樹型結(jié)構(gòu)。

（2）裝配尺寸鏈的建立。在裝配時由于各總成部件間都有互相依附的相對位置關(guān)系。為了使一個總成部件的形位尺寸發(fā)生變化之后，其它的總成部件的位置也能相應(yīng)地做出合理的調(diào)整，我們建立了一系列尺寸鏈，根據(jù)這些尺寸鏈來調(diào)整各總成部件的相互位置，從而實(shí)現(xiàn)裝配修改的自動化。

3.干涉檢查與運(yùn)動校核

（1）發(fā)動機(jī)與前車橋的運(yùn)動間隙校核。對前置后驅(qū)的布置方案來說，發(fā)動機(jī)總是要布置在前車橋上方。而汽車在行駛中前車橋的上下跳動有可能使它與發(fā)動機(jī)油底殼發(fā)生運(yùn)動干涉，所以在布置發(fā)動機(jī)時要求前車橋與油底殼之間應(yīng)有足夠的運(yùn)動間隙。經(jīng)過運(yùn)動校核，如果發(fā)現(xiàn)它們之間的相對位置不合適，可以通過修改車架與前車橋的位置參數(shù)或發(fā)動機(jī)與車架的位置參數(shù)來調(diào)整它們之間的相對位置。

（2）前輪轉(zhuǎn)向的運(yùn)動間隙校核。前輪轉(zhuǎn)向時的運(yùn)動校核通常是汽車總布置設(shè)計必須進(jìn)行的工作，其目的是為了檢查轉(zhuǎn)向輪與縱拉桿、車架之間的運(yùn)動間隙是否合適。利用汽車參數(shù)化繪圖模塊進(jìn)行前輪轉(zhuǎn)向的運(yùn)動校核時，用戶只要選取任一個前輪，輸入一定的轉(zhuǎn)向角度，然后點(diǎn)取“圖形顯示”按鈕，計算機(jī)便會根據(jù)汽車左右轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)彎半徑的關(guān)系計算出另一個轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度，并自動生成修改之后的底盤布置圖。這樣，用戶能夠很輕松地檢查前輪轉(zhuǎn)向時的運(yùn)動間隙，可以任意改變轉(zhuǎn)向輪角度多次進(jìn)行運(yùn)動校核。

二、設(shè)計案例

1.設(shè)計軟件

本文以某混合動力汽車的總布置為例，說明參數(shù)化設(shè)計運(yùn)用方法。設(shè)計底盤時采用的軟件為Pro/Toolkit，操作平臺為Windows，設(shè)計底盤時可直接將零件參數(shù)輸入到指定程序中，軟件可自動完成繪圖工作，無需手動重復(fù)繪制同類底盤零件，軟件可讀性高、程序代碼較少、可利用尺寸等參數(shù)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，三維模型獲取難度低。該軟件可封裝多種Pro/E頭文件、庫函數(shù)，參數(shù)調(diào)試語言為VC++語言及C語言等，程序注冊與運(yùn)行文件格式包括REVISION、DELAY-START、ALLOWSTOP、STARTUP及NAME等，可采用MFC設(shè)計用戶界面，MFC、Pro/Toolkit與Pro/E之

間可通過DLL實(shí)現(xiàn)通信。可通過變更C程序代碼增加系統(tǒng)功能，也可以利用軟件中的API函數(shù)或VB編輯宏開發(fā)、編制模型自動生成程序，C函數(shù)的數(shù)量>2000個，用戶可自主定義變量參數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)中的宏函數(shù)，約束部分變量參數(shù)及修改標(biāo)準(zhǔn)模型約束條件。在參數(shù)拓?fù)潢P(guān)系、幾何特征或幾何元素發(fā)生變化時，軟件可通過關(guān)系聯(lián)動自動修改參數(shù)標(biāo)注，重新生成總布置方案。用在編譯與鏈接程序之前，需要完成錄制宏、實(shí)體建模、變更宏程序、設(shè)置用戶界面等工作，在設(shè)計底盤時采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為Cilient/Server結(jié)構(gòu)。將設(shè)計軟件安裝在客戶端，在服務(wù)器中安裝數(shù)據(jù)庫，設(shè)置客戶端權(quán)限，授權(quán)用戶可調(diào)用、修改服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與圖形。設(shè)計系統(tǒng)的功能模塊包括系統(tǒng)幫助、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)輸出、系統(tǒng)歸檔、整車分析、總布置，整車分析子模塊可分析整車操穩(wěn)性、動力性、轉(zhuǎn)向性與制動性，總布置子模塊具有查詢功能，能輔助設(shè)計人員完成組件裝載、組件定位、組件移除、布置修改等設(shè)計工作。

2.設(shè)計實(shí)現(xiàn)

坐標(biāo)系中包括X軸、y軸及z軸，設(shè)計好坐標(biāo)系后可設(shè)定底盤總體特征參數(shù)，包括輪距參數(shù)、軸距參數(shù)、車高參數(shù)、車寬參數(shù)及車長參數(shù)等，同時設(shè)置整車通過半徑參數(shù)、離去角參數(shù)、接近角參數(shù)、離地間隙最小值參數(shù)等通過性能參數(shù)，以建立整車的坐標(biāo)系。在三維底盤模型中存儲部件定位點(diǎn)，如轉(zhuǎn)向器及油箱安裝、懸架、轉(zhuǎn)向節(jié)臂及拉桿、輪胎接地、發(fā)動機(jī)安裝支點(diǎn)等。在建模時需通過修改三維參數(shù)改變部件空間位置與結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計多種布置方案，建模時需在數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一命名尺寸參數(shù)、裝配使用點(diǎn)、配合點(diǎn)等。改變輪距參數(shù)后，應(yīng)注意同時調(diào)整驅(qū)動軸長度參數(shù)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)橫拉桿長度參數(shù)、副車架長度參數(shù)等，同時改變車輪、制動器及減震器等的位置參數(shù)、尺寸參數(shù)，副車架橫梁總成、加強(qiáng)板、前梁下片及前梁上片，后橋支撐板、彈簧支架、襯套管及懸架壁參數(shù)也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。可在數(shù)據(jù)庫中選擇公用實(shí)體模型修正參數(shù)，在三維模型中裝配部件時可采用Mating方式定位及配合約束，沿X軸、Y軸及Z軸構(gòu)成的6個自由度轉(zhuǎn)動、移動，轉(zhuǎn)動或移動時需約束部件空間位置關(guān)系，包括距離關(guān)聯(lián)、對心關(guān)聯(lián)、垂直關(guān)聯(lián)、平行關(guān)聯(lián)、角度關(guān)聯(lián)等關(guān)系，以利用參數(shù)有效約束幾何元素

結(jié)束語

綜上所述，參數(shù)化設(shè)計與汽車底盤設(shè)計間的緊密結(jié)合，不僅能在一定程度上提高設(shè)計工作效率，還能有效縮短設(shè)計時間，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。更重要的是，它還是自動化設(shè)計一個新的發(fā)展方向，具有較為廣闊的市場發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王熙寧，宋寶玉，郭新華.汽車底盤總布置的參數(shù)化設(shè)計[J].機(jī)械工程師，2014（4）：41-43.

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