基于逆向的汽車底盤零件設計

楊建南 張昭 祝建崇

汽車良好的操控穩定性取決于優良的底盤結構設計和精確的底盤零部件制造。目前我國的汽車底盤設計行業當中多采用逆向工程設計，以縮短產品的開發周期降低產品的開發風險。但對于汽車底盤開發過程中正向設計和標桿車逆向設計之間往往會有不同的處理方式。而在汽車的底盤零件當中，鋼板沖壓件以其成型性能好、重量輕、強度剛度好等優點廣泛的應用在汽車底盤零部件當中，本文以汽車底盤沖壓件逆向設計為例，對汽車底盤零件設計過程中的幾點注意事項進行探討。

1底盤設計要求

底盤設計考慮的關鍵在于滿足整車性能的各項指標。汽車應當具備的基本性能可概括為動力性、經濟性、制動性、操穩性、平順性、安全性和耐久性。一般所說的底盤工程包括前后懸架、轉向系、制動系和車輪的設計配置。與這些系統直接相關的整車性能有制動性、操穩性和平順性。底盤的懸架部件本身要足夠牢固，而其設計是否到位直接影響車架車身的受力大小，同時底盤設計也和耐久性相關。

2車底盤零件設計的網絡化技術

目前汽車上每個總成幾乎是機械、電子和信息一體化裝置。在系統中電子和信息部分所起的作用也越來越重要，汽車工電子裝置的增加使連接的電子線路迅速膨脹，線束越來越復雜。在汽車設計、裝配、維護中的負擔甚至到了無法承受的程度。而且線路接頭的增加引起安全隱患。另外線的重量和占用空間也是值得考慮的問題，重量的增加意味著降低效率。線路體積（直徑）太大在相對運動的部分之間過線非常困難，所以在電子裝置不斷增加的情況下，減少線束成為一個必須解決的問題，而使用傳統的點到點平行連接方式顯然無法擺脫這種困境，因而基于串行通信傳輸的網絡結構成為一種必然的選擇。基于汽車底盤的電子化技術、線控技術的應用、汽車底盤的網絡化技術成為必然。如何建立局域網將汽車底盤的各種電子設備的傳感器、執行機構、ECU的數據和信息通過一個總的ECU進行集中控制成為急需解決的問題。

3汽車底盤零件設計的一般步驟

汽車底盤沖壓件逆向設計流程通常分為以下幾個步驟：標桿產品數據采集→標桿數據分析處理→產品模型重建→制造系統→新產品。

3.1標桿產品數據采集

即將標桿產品數據化，通過測量裝置獲取零件的結構、尺寸等信息轉化成在三維坐標下的點、線、面。

3.2標桿數據分析處理

即對采集的標桿見數據進行處理，剔除無用的信息，保留并強化對后期建模有用的信息，它的結果將直接影響后期模型的構建質量。

3.3產品模型重建

利用建模軟件，將采集到的點、線、面等數據構建成完整的產品模型。

4零件的優化設計

在產品逆向設計的過程中，產品模型重建是決定產品質量的重要環節，此過程不但要將標桿產品的結構特征信息完整的還原到模型當中，還要充分理解標桿產品的設計意圖，融入設計者自己的設計思想，同時要判斷哪些信息是由于制造過程的不穩定造成的誤差，哪些信息是由于零件在使用過程中有變形而造成的誤差，并且要根據不同的工藝水平對零件進行工藝適應性的優化設計。

完全按照標桿件逆向的底盤零部件中，其線性尺寸、沖壓圓角、沖裁圓角和角度等結構尺寸均不是整數，往往帶有一位或多位的小數點。在開發周期較短的前提下，設計者往往沒有充足的時間和精力對零件的結構尺寸進行元整，更沒有時間對零件的結構進行優化設計；同時，“得益于”數控加工中心性能的不斷發展，加工結構異形、形狀復雜的零件變得比較容易，這就導致一些完全逆向、未經優化設計的底盤零件圖紙直接流入開發流程的下一序，最終生產制造的也將是完全逆向的、未經優化設計的零部件。

然而，正向設計的零部件為了便于尺寸計算和過程控制，其特征尺寸往往是整數，結構通常也比較規則，不會出現大量的異形結構。完全逆向的零件之所以會結構異形或特征尺寸不完整，通常有兩個方面的原因造成，一是標桿件的加工制造過程誤差，二是標桿件在使用過程當中發生了一定的變形。

作為零件的設計者，在逆向設計零件的過程中應該充分考慮以上因素，對零部件進行必要的優化設計，這樣設計出的產品才能最大限度的接近標桿件的真實狀態，達到最合理的設計。

5汽車底盤設計的改制

汽車底盤設計的改制主要體現在以下3個方面：①沿用汽車底盤設計平臺。在底盤設計過程中，應沿用原底盤設計中的構架等，且汽車底盤中的子系統應保持不變。②取消部分影響汽車底盤子系統的傳統發動機。由于一些全新的汽車動力系統將取代原有的發動機，進而取代了原有的汽車的轉向系統和傳動系統等，所以，需要在原有構架的基礎上進行科學調整。比如，汽車底盤中的制動真空助力泵缺少一定的真空源，因此，需要增加相應的真空動力泵，為其提供新的真空源，并科學整改管路零部件。在新的動力系統中，與原車相比發生改變的還有減速器接口，所以，應根據所輸入的信息重新設計系統；各個子系統中的零部件設計完成后，還需要根據總體布置、零部件的質量設計懸置支架；進行CAE分析，從而改進懸置系統的強度，并降低該系統運行時的噪聲。③由于在設計過程中采用了新的總布置方案，使車體后艙的總布置與以往車型相比發生了巨大的改變。因此，需要重新計算整車質量和荷載匹配，目的是確保懸架系統的可靠性。如果發現懸架系統的可靠性較低，則需要對懸架系統進行調整或重新設計。相關工作人員需要統計同一平臺中新能源汽新增部件的質量和質心位置，并根據統計結果確定新能源汽車的總布置方案；分析新能源汽車前、后軸荷的分布情況，并校驗原有懸架系統的可靠性，如果發現原有懸架系統無法沿用，則應重新設計懸架系統或更改系統的設計參數；利用Adams分析更改后的懸架四輪定位參數，并依照分析結果科學調整懸架設計。

改制過程的主要原則是盡可能地沿用原有的汽車底盤，并根據實際需要調整局部設計。這樣更改的優勢在于開發難度低、開發成本少和開發周期短，且能使用傳統汽車的設計平臺和零件。在傳統汽車的底盤設計中，承載式汽車與非承載汽車有一定的差別。比如，在總布置方面，這兩種車身存在著較大的差異，且其在新能源汽車底盤設計中的應用也有不同之處。

5.1 承載式車身

在汽車行業中，大部分轎車采用了承載式車身。因此，在新能源汽車底盤設計中保持了這樣的構架特點，且在動力總成部件方面，均要在車身上尋找相應的懸置點，這是因為副車架不具備承擔車身質量的功能。在此類結構中，車身的懸置設計工作十分復雜，且要進行大量的CAE分析，這不利于車身的量化；布置空間不規范，導致總體布設工作十分困難。目前，此類結構的應用較為普遍，比如通用汽車的氫動3號等。

5.2 非承載式車身

運用非承載式汽車車身設計平臺時，不必投入過多的人力、物力。由于此類汽車底盤具有大梁，可形成較大的框架，具備一定的承重能力，可將動力系統全部置于汽車底盤的框架中。因此，可在設計初期進行部件的整體規劃和集中布置，這樣不僅可降低總體布置的難度，還能使車身的重心降低、質量減輕。通用汽車早期生產的Chevrolet Volt運用的便是此類底盤結構。E-Flex系統也采用了非承載式車身設計，其精髓在于可通過同一個框架更換不同的動力系統，且在總布置上不必進行過多的變動。

6結束語

底盤是汽車最重要的部件之一，底盤設計是一個非常復雜漫長的過程，如何在最短的時間里設計出合理的底盤將會是汽車工業的一個重大突破。通過對底盤零件的參數化設計，建立底盤零件庫，可以快速提高底盤設計的效率和質量，具有非常大的使用價值和經濟效益。該方法可以應用到汽車底盤產品關鍵零件的參數化設計過程中。

（作者單位：精誠工科汽車系統有限公司底盤研究院）