參數化設計在汽車底盤總布置中的運用

李秋實

摘要：在汽車設計環節中，底盤設計是至關重要的。因此，各汽車廠家均把底盤設計放在首要位置，并給予足夠的重視。但傳統的底盤設計方法比較復雜，需要耗費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，故已無法再適應汽車行業的發展要求，而參數化設計正好能消除這些不利因素。特別是伴隨信息技術的飛速發展，參數化設計已和底盤設計技術緊密結合在一起，且取得較為顯著的成效。

關鍵詞：汽車底盤；參數化設計；分析；成效

底盤總布置設計是汽車產品設計中的一個重要部分，是一個反復協商、調整的過程。傳統的設計方法在底盤總布置的過程中耗費了設計者大量的時間與精力，使設計工作中存在大量的重復性勞動。本文針對如何將參數化設計的基本思想應用到汽車底盤總布置設計的工作當中，以及對其工作原理和實現方法進行了研究，以期對目前參數化設計過程中存在設計管理和數據交流方面的諸多問題進行探討，將很多成熟的設計經驗與三維建模軟件粘合在一起，總結出汽車底盤系統開發的設計流程，提升設計水平與質量。

一、參數化設計

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，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[1]。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。

2.參數化底盤總體裝配的實現

（1）參數化底盤總體裝配關系的樹型結構。在底盤總體裝配中，我們通常采用兩種裝配方式：通過坐標點裝配和通過約束裝配。坐標點裝配思路簡單，操作起來快捷方便，約束裝配在實現零部件間復雜的裝配關系時有著坐標點裝配無法比擬的優勢。在建立底盤裝配模型之前，首先要建立好參數化底盤總體裝配的樹型結構。

（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系。為了使一個總成部件的形位尺寸發生變化之后，其它的總成部件的位置也能相應地做出合理的調整，我們建立了一系列尺寸鏈，根據這些尺寸鏈來調整各總成部件的相互位置，從而實現裝配修改的自動化。

3.干涉檢查與運動校核

（1）發動機與前車橋的運動間隙校核。對前置后驅的布置方案來說，發動機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動機油底殼發生運動干涉，所以在布置發動機時要求前車橋與油底殼之間應有足夠的運動間隙。經過運動校核，如果發現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或發動機與車架的位置參數來調整它們之間的相對位置。

（2）前輪轉向的運動間隙校核。前輪轉向時的運動校核通常是汽車總布置設計必須進行的工作，其目的是為了檢查轉向輪與縱拉桿、車架之間的運動間隙是否合適。利用汽車參數化繪圖模塊進行前輪轉向的運動校核時，用戶只要選取任一個前輪，輸入一定的轉向角度，然后點取“圖形顯示”按鈕，計算機便會根據汽車左右轉向輪與轉彎半徑的關系計算出另一個轉向輪的轉向角度，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向時的運動間隙，可以任意改變轉向輪角度多次進行運動校核。

二、設計案例

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、ALLOWSTOP、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。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/Server結構。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、數據庫、系統輸出、系統歸檔、整車分析、總布置，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。

2.設計實現

坐標系中包括X軸、y軸及z軸，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何元素

結束語

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

參考文獻：

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

[2]張健.基于UG的客車底盤三維參數化總布置設計系統[J].汽車技術，2011（9）：22-25.

[3]王望予.汽車設計[M].機械工業出版社，2014.