參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車底盤總布置中的運(yùn)用

徐鐵 張露

摘 要：汽車底盤設(shè)計(jì)可影響整車平順性、舒適性、駕駛安全性、操穩(wěn)性等性能，底盤形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各零件總成功能獨(dú)立，在底盤布置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(shè)計(jì)階段，工程繪圖過(guò)程繁雜冗長(zhǎng)。對(duì)此，可在底盤總布置中運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心為約束幾何變量與造型，設(shè)計(jì)柔性高，只需根據(jù)尺寸驅(qū)動(dòng)特征修改模型零件參數(shù)范圍、主參數(shù)，自動(dòng)重建模型，可保證布置方案的設(shè)計(jì)過(guò)程便捷、快速，能重復(fù)使用設(shè)計(jì)成果與及時(shí)響應(yīng)不同層次的底盤設(shè)計(jì)需求，并行推進(jìn)設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)。

關(guān)鍵詞：底盤：參數(shù)：布置：汽車

1 引言

汽車底盤性能可體現(xiàn)汽車企業(yè)整車研發(fā)技術(shù)實(shí)力。底盤性能也體現(xiàn)了汽車動(dòng)力性能品質(zhì)，汽車廠商應(yīng)在底盤制動(dòng)、傳動(dòng)、行駛、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段使用新工藝、新材料、新技術(shù)，使底盤設(shè)計(jì)更環(huán)保、更安全、更舒適。底盤系統(tǒng)的重量在整車總重量中占比約為3 0%，為設(shè)計(jì)出能夠有效滿足整車產(chǎn)品量產(chǎn)、定型的底盤布置方案，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員需反復(fù)通過(guò)CAE仿真、客觀測(cè)試、主觀評(píng)價(jià)等方法最終確定合理的底盤布置方案，同時(shí)在專用或通用底盤總布置中應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，確保在研發(fā)整車產(chǎn)品或配件時(shí)可有效調(diào)校、匹配底盤動(dòng)力性能，豐富底盤產(chǎn)品種類、輕量化底盤系統(tǒng)，細(xì)化底盤功能與提高改裝適應(yīng)性，改善汽車的舒適感、操縱穩(wěn)定性與安全性，提高國(guó)內(nèi)自主汽車品牌產(chǎn)品質(zhì)量與競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)流程

運(yùn)用參數(shù)化方法設(shè)計(jì)總布置方式時(shí)，需保證尺寸參數(shù)可以有效控制總成位置，并自動(dòng)生成多種設(shè)計(jì)方案，如設(shè)計(jì)總布置過(guò)程中底盤中的某部分或零件發(fā)生變化，應(yīng)確保設(shè)計(jì)軟件可以及時(shí)根據(jù)變化對(duì)布置方案進(jìn)行調(diào)整，生成新總布置圖，底盤設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖1。為了順利完成底盤設(shè)計(jì)工作與提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)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(gè)部分，以限定底盤部件自身形狀、尺寸、布置方向、空間位置，簡(jiǎn)化布置設(shè)計(jì)模型。建立參數(shù)模型時(shí)應(yīng)在總坐標(biāo)系中明確標(biāo)示底盤部件裝配位置，同時(shí)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(shí)，可在參數(shù)設(shè)計(jì)軟件的三維模型中直接修改該部件的坐標(biāo)系，動(dòng)態(tài)修改總布置基本結(jié)構(gòu)與空間位置。此外，應(yīng)根據(jù)總布置關(guān)系組建底盤部件裝配樹(shù)形關(guān)系圖，即裝配樹(shù)。裝配樹(shù)包含一級(jí)節(jié)點(diǎn)、二級(jí)節(jié)點(diǎn)、三級(jí)節(jié)點(diǎn)等多層節(jié)點(diǎn)，可通過(guò)設(shè)置關(guān)系樹(shù)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。

2.1.2 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與試制驗(yàn)證

參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果合格及得到認(rèn)可后可鎖定三維模型，鎖定前需保證工藝人員與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)充分交流，確保部件尺寸公差范圍合理，科學(xué)分配原材料與最終產(chǎn)品之間的公差，校核尺寸鏈，同時(shí)簽字確認(rèn)、鎖定總布置圖紙。鎖定三維模型后可繪制圖紙，生成設(shè)計(jì)圖紙后需將坐標(biāo)系參數(shù)作為總布置尺寸計(jì)算基準(zhǔn)與標(biāo)尺，確定部件制造精度，協(xié)調(diào)統(tǒng)一公差與制造精度。對(duì)于需要焊接的區(qū)域，需保證公差配合、基準(zhǔn)體系合理，對(duì)于后沖孔等特殊工藝，需考慮總成狀態(tài)、散件狀態(tài)之間的關(guān)系、差異是否匹配，使總布置圖紙可檢測(cè)性、可裝配性、可制造性良好。繪制好設(shè)計(jì)圖紙后，可開(kāi)展試制及驗(yàn)證工作。試制包括批產(chǎn)試制、工裝試制、手工試制，簡(jiǎn)易工裝及手工軟模試制可直接驗(yàn)證設(shè)計(jì)實(shí)物，批產(chǎn)試制可驗(yàn)證產(chǎn)品是否合格，進(jìn)行批產(chǎn)試制時(shí)需采用正規(guī)工裝設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品。驗(yàn)證工作包括設(shè)計(jì)驗(yàn)證與產(chǎn)品驗(yàn)證兩大類型，通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證后可鎖定設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)變更。通過(guò)產(chǎn)品驗(yàn)證之后可決定是否認(rèn)可批產(chǎn)，認(rèn)可批產(chǎn)后方可進(jìn)行爬坡生產(chǎn)與正常生產(chǎn)。

3 設(shè)計(jì)案例

3.1 設(shè)計(jì)軟件

本文以某混合動(dòng)力汽車的總布置為例，說(shuō)明參數(shù)化設(shè)計(jì)運(yùn)用方法。設(shè)計(jì)底盤時(shí)采用的軟件為Pro/Toolkit，操作平臺(tái)為Windows，設(shè)計(jì)底盤時(shí)可直接將零件參數(shù)輸入到指定程序中，軟件可自動(dòng)完成繪圖工作，無(wú)需手動(dòng)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(dòng)，三維模型獲取難度低。該軟件可封裝多種Pro/E頭文件、庫(kù)函數(shù)，參數(shù)調(diào)試語(yǔ)言為vc++語(yǔ)言及C語(yǔ)言等，程序注冊(cè)與運(yùn)行文件格式包括REVISION、DELAY-START、ALLOW-STOP、STARTUP及NAME等，可采用MFC設(shè)計(jì)用戶界面，MFC、Pro/Toolkit與Pro/E之間可通過(guò)DLL實(shí)現(xiàn)通信。可通過(guò)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(kāi)發(fā)、編制模型自動(dòng)生成程序，C函數(shù)的數(shù)量>2000個(gè)，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，還可以修改、查詢、編輯表達(dá)式、坐標(biāo)系、特征等實(shí)體對(duì)象參數(shù)，添加控件等。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(shí)，軟件可通過(guò)關(guān)系聯(lián)動(dòng)自動(dòng)修改參數(shù)標(biāo)注，重新生成總布置方案。用戶可安全訪問(wèn)與控制Pro厄，且Pro厄系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，基于Pro/T001kit軟件的設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖2。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(jì)底盤時(shí)采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為Cilient/SeⅣer結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。將設(shè)計(jì)軟件安裝在客戶端，在服務(wù)器中安裝數(shù)據(jù)庫(kù)，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(kù)中的數(shù)據(jù)與圖形。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能模塊包括系統(tǒng)幫助子模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)子模塊、系統(tǒng)輸出子模塊、系統(tǒng)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(wěn)性、動(dòng)力性、轉(zhuǎn)向性與制動(dòng)性，總布置子模塊具有設(shè)計(jì)信息、圖形數(shù)據(jù)查詢功能，能輔助設(shè)計(jì)人員完成組件裝載、組件定位、組件移除、布置修改等設(shè)計(jì)工作。

3.2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

坐標(biāo)系中包括X軸、y軸及z軸，見(jiàn)圖4，設(shè)計(jì)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(zhǎng)參數(shù)等，同時(shí)設(shè)置整車通過(guò)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(guò)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(chǔ)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(dòng)機(jī)安裝支點(diǎn)等。在建模時(shí)需通過(guò)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(jì)多種布置方案，建模時(shí)需在數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)軸長(zhǎng)度參數(shù)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)橫拉桿長(zhǎng)度參數(shù)、副車架長(zhǎng)度參數(shù)等，同時(shí)改變車輪、制動(dòng)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(kù)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(shí)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(gè)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)需約束部件空間位置關(guān)系，包括距離關(guān)聯(lián)、對(duì)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)有效約束幾伍思凱。本研究設(shè)計(jì)的底盤總布置效果見(jiàn)圖5。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，目前國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)年銷量在不斷突破，用戶對(duì)產(chǎn)品認(rèn)知程度逐漸深入，底盤系統(tǒng)已經(jīng)步入了電子伺服發(fā)展階段，底盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在自主開(kāi)發(fā)與布置汽車底盤時(shí)應(yīng)科學(xué)運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，使汽車設(shè)計(jì)方案的耐久性、安全性、平順性、白動(dòng)性及動(dòng)力性滿足要求。使用參數(shù)化方法布置設(shè)計(jì)底盤工程時(shí)，應(yīng)保證轉(zhuǎn)向、襯套、擺臂、拉桿、減振器及彈簧等零部件布置、裝配關(guān)系協(xié)調(diào)，嚴(yán)格控制軸荷分配、整車質(zhì)量，使總布置形式與整備質(zhì)量、前后懸、輪距、軸距、軸數(shù)互相配合，有效監(jiān)控設(shè)計(jì)過(guò)程與衍生多款車型底盤，節(jié)省設(shè)計(jì)成本，縮短底盤研發(fā)周期。