參數化設計在汽車底盤總布置中的運用

徐鐵 張露

摘 要：汽車底盤設計可影響整車平順性、舒適性、駕駛安全性、操穩性等性能，底盤形狀、結構復雜，各零件總成功能獨立，在底盤布置設計時應考慮車身車架受力情況、底盤本身耐久性，各零件裝配的方便性。在概念設計階段，工程繪圖過程繁雜冗長。對此，可在底盤總布置中運用參數化設計。參數化設計的核心為約束幾何變量與造型，設計柔性高，只需根據尺寸驅動特征修改模型零件參數范圍、主參數，自動重建模型，可保證布置方案的設計過程便捷、快速，能重復使用設計成果與及時響應不同層次的底盤設計需求，并行推進設計、制造、銷售、服務。

關鍵詞：底盤：參數：布置：汽車

1 引言

汽車底盤性能可體現汽車企業整車研發技術實力。底盤性能也體現了汽車動力性能品質，汽車廠商應在底盤制動、傳動、行駛、懸架、轉向系統設計階段使用新工藝、新材料、新技術，使底盤設計更環保、更安全、更舒適。底盤系統的重量在整車總重量中占比約為3 0%，為設計出能夠有效滿足整車產品量產、定型的底盤布置方案，開發設計人員需反復通過CAE仿真、客觀測試、主觀評價等方法最終確定合理的底盤布置方案，同時在專用或通用底盤總布置中應用參數化設計方法，確保在研發整車產品或配件時可有效調校、匹配底盤動力性能，豐富底盤產品種類、輕量化底盤系統，細化底盤功能與提高改裝適應性，改善汽車的舒適感、操縱穩定性與安全性，提高國內自主汽車品牌產品質量與競爭實力。

2 參數化設計

2.1 設計流程

運用參數化方法設計總布置方式時，需保證尺寸參數可以有效控制總成位置，并自動生成多種設計方案，如設計總布置過程中底盤中的某部分或零件發生變化，應確保設計軟件可以及時根據變化對布置方案進行調整，生成新總布置圖，底盤設計流程見圖1。為了順利完成底盤設計工作與提高設計質量，設計底盤前需建立坐標系，坐標系結構參數應包括位置參數、形體參數、總體參數三個部分，以限定底盤部件自身形狀、尺寸、布置方向、空間位置，簡化布置設計模型。建立參數模型時應在總坐標系中明確標示底盤部件裝配位置，同時利用分坐標系定位部件在底盤布置中的基準位置，需要修改部件位置時，可在參數設計軟件的三維模型中直接修改該部件的坐標系，動態修改總布置基本結構與空間位置。此外，應根據總布置關系組建底盤部件裝配樹形關系圖，即裝配樹。裝配樹包含一級節點、二級節點、三級節點等多層節點，可通過設置關系樹中的各層節點、父子節點之間的參數關聯修改底盤部件位置參數與尺寸大小。

2.1.2 圖紙設計與試制驗證

參數設計結果合格及得到認可后可鎖定三維模型，鎖定前需保證工藝人員與產品設計人員實現充分交流，確保部件尺寸公差范圍合理，科學分配原材料與最終產品之間的公差，校核尺寸鏈，同時簽字確認、鎖定總布置圖紙。鎖定三維模型后可繪制圖紙，生成設計圖紙后需將坐標系參數作為總布置尺寸計算基準與標尺，確定部件制造精度，協調統一公差與制造精度。對于需要焊接的區域，需保證公差配合、基準體系合理，對于后沖孔等特殊工藝，需考慮總成狀態、散件狀態之間的關系、差異是否匹配，使總布置圖紙可檢測性、可裝配性、可制造性良好。繪制好設計圖紙后，可開展試制及驗證工作。試制包括批產試制、工裝試制、手工試制，簡易工裝及手工軟模試制可直接驗證設計實物，批產試制可驗證產品是否合格，進行批產試制時需采用正規工裝設備生產產品。驗證工作包括設計驗證與產品驗證兩大類型，通過設計驗證后可鎖定設計或設計變更。通過產品驗證之后可決定是否認可批產，認可批產后方可進行爬坡生產與正常生產。

3 設計案例

3.1 設計軟件

本文以某混合動力汽車的總布置為例，說明參數化設計運用方法。設計底盤時采用的軟件為Pro/Toolkit，操作平臺為Windows，設計底盤時可直接將零件參數輸入到指定程序中，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、可利用尺寸等參數實現驅動，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，參數調試語言為vc++語言及C語言等，程序注冊與運行文件格式包括REVISION、DELAY-START、ALLOW-STOP、STARTUP及NAME等，可采用MFC設計用戶界面，MFC、Pro/Toolkit與Pro/E之間可通過DLL實現通信。可通過變更C程序代碼增加系統功能，也可以利用軟件中的API函數或VB編輯宏開發、編制模型自動生成程序，C函數的數量>2000個，用戶可自主定義變量參數，調用系統中的宏函數，約束部分變量參數及修改標準模型約束條件，還可以修改、查詢、編輯表達式、坐標系、特征等實體對象參數，添加控件等。在參數拓撲關系、幾何特征或幾何元素發生變化時，軟件可通過關系聯動自動修改參數標注，重新生成總布置方案。用戶可安全訪問與控制Pro厄，且Pro厄系統與應用程序之間可以實現無縫集成，基于Pro/T001kit軟件的設計流程見圖2。在編譯與鏈接程序之前，需要完成錄制宏、實體建模、變更宏程序、設置用戶界面等工作，在設計底盤時采用的系統結構為Cilient/SeⅣer結構，見圖3。將設計軟件安裝在客戶端，在服務器中安裝數據庫，設置客戶端權限，授權用戶可調用、修改服務器數據庫中的數據與圖形。設計系統的功能模塊包括系統幫助子模塊、數據庫子模塊、系統輸出子模塊、系統歸檔子模塊、整車分析子模塊、總布置子模塊，整車分析子模塊可分析整車操穩性、動力性、轉向性與制動性，總布置子模塊具有設計信息、圖形數據查詢功能，能輔助設計人員完成組件裝載、組件定位、組件移除、布置修改等設計工作。

3.2 設計實現

坐標系中包括X軸、y軸及z軸，見圖4，設計好坐標系后可設定底盤總體特征參數，包括輪距參數、軸距參數、車高參數、車寬參數及車長參數等，同時設置整車通過半徑參數、離去角參數、接近角參數、離地間隙最小值參數等通過性能參數，以建立整車的坐標系。在三維底盤模型中存儲部件定位點，如轉向器及油箱安裝、懸架、轉向節臂及拉桿、輪胎接地、發動機安裝支點等。在建模時需通過修改三維參數改變部件空間位置與結構尺寸，設計多種布置方案，建模時需在數據庫中統一命名尺寸參數、裝配使用點、配合點等。改變輪距參數后，應注意同時調整驅動軸長度參數、轉向系統橫拉桿長度參數、副車架長度參數等，同時改變車輪、制動器及減震器等的位置參數、尺寸參數，副車架橫梁總成、加強板、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也應進行調整。可在數據庫中選擇公用實體模型修正參數，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軸構成的6個自由度轉動、移動，轉動或移動時需約束部件空間位置關系，包括距離關聯、對心關聯、垂直關聯、平行關聯、角度關聯等關系，以利用參數有效約束幾伍思凱。本研究設計的底盤總布置效果見圖5。

4 結語

綜上，目前國內汽車市場年銷量在不斷突破，用戶對產品認知程度逐漸深入，底盤系統已經步入了電子伺服發展階段，底盤結構復雜，在自主開發與布置汽車底盤時應科學運用參數化設計方法，使汽車設計方案的耐久性、安全性、平順性、白動性及動力性滿足要求。使用參數化方法布置設計底盤工程時，應保證轉向、襯套、擺臂、拉桿、減振器及彈簧等零部件布置、裝配關系協調，嚴格控制軸荷分配、整車質量，使總布置形式與整備質量、前后懸、輪距、軸距、軸數互相配合，有效監控設計過程與衍生多款車型底盤，節省設計成本，縮短底盤研發周期。