参数化设计在汽车底盘总布置中的运用

徐铁 张露

摘 要：汽车底盘设计可影响整车平顺性、舒适性、驾驶安全性、操稳性等性能，底盘形状、结构复杂，各零件总成功能独立，在底盘布置设计时应考虑车身车架受力情况、底盘本身耐久性，各零件装配的方便性。在概念设计阶段，工程绘图过程繁杂冗长。对此，可在底盘总布置中运用参数化设计。参数化设计的核心为约束几何变量与造型，设计柔性高，只需根据尺寸驱动特征修改模型零件参数范围、主参数，自动重建模型，可保证布置方案的设计过程便捷、快速，能重复使用设计成果与及时响应不同层次的底盘设计需求，并行推进设计、制造、销售、服务。

关键词：底盘：参数：布置：汽车

1 引言

汽车底盘性能可体现汽车企业整车研发技术实力。底盘性能也体现了汽车动力性能品质，汽车厂商应在底盘制动、传动、行驶、悬架、转向系统设计阶段使用新工艺、新材料、新技术，使底盘设计更环保、更安全、更舒适。底盘系统的重量在整车总重量中占比约为3 0%，为设计出能够有效满足整车产品量产、定型的底盘布置方案，开发设计人员需反复通过CAE仿真、客观测试、主观评价等方法最终确定合理的底盘布置方案，同时在专用或通用底盘总布置中应用参数化设计方法，确保在研发整车产品或配件时可有效调校、匹配底盤动力性能，丰富底盘产品种类、轻量化底盘系统，细化底盘功能与提高改装适应性，改善汽车的舒适感、操纵稳定性与安全性，提高国内自主汽车品牌产品质量与竞争实力。

2 参数化设计

2.1 设计流程

运用参数化方法设计总布置方式时，需保证尺寸参数可以有效控制总成位置，并自动生成多种设计方案，如设计总布置过程中底盘中的某部分或零件发生变化，应确保设计软件可以及时根据变化对布置方案进行调整，生成新总布置图，底盘设计流程见图1。为了顺利完成底盘设计工作与提高设计质量，设计底盘前需建立坐标系，坐标系结构参数应包括位置参数、形体参数、总体参数三个部分，以限定底盘部件自身形状、尺寸、布置方向、空间位置，简化布置设计模型。建立参数模型时应在总坐标系中明确标示底盘部件装配位置，同时利用分坐标系定位部件在底盘布置中的基准位置，需要修改部件位置时，可在参数设计软件的三维模型中直接修改该部件的坐标系，动态修改总布置基本结构与空间位置。此外，应根据总布置关系组建底盘部件装配树形关系图，即装配树。装配树包含一级节点、二级节点、三级节点等多层节点，可通过设置关系树中的各层节点、父子节点之间的参数关联修改底盘部件位置参数与尺寸大小。

2.1.2 图纸设计与试制验证

参数设计结果合格及得到认可后可锁定三维模型，锁定前需保证工艺人员与产品设计人员实现充分交流，确保部件尺寸公差范围合理，科学分配原材料与最终产品之间的公差，校核尺寸链，同时签字确认、锁定总布置图纸。锁定三维模型后可绘制图纸，生成设计图纸后需将坐标系参数作为总布置尺寸计算基准与标尺，确定部件制造精度，协调统一公差与制造精度。对于需要焊接的区域，需保证公差配合、基准体系合理，对于后冲孔等特殊工艺，需考虑总成状态、散件状态之间的关系、差异是否匹配，使总布置图纸可检测性、可装配性、可制造性良好。绘制好设计图纸后，可开展试制及验证工作。试制包括批产试制、工装试制、手工试制，简易工装及手工软模试制可直接验证设计实物，批产试制可验证产品是否合格，进行批产试制时需采用正规工装设备生产产品。验证工作包括设计验证与产品验证两大类型，通过设计验证后可锁定设计或设计变更。通过产品验证之后可决定是否认可批产，认可批产后方可进行爬坡生产与正常生产。

3 设计案例

3.1 设计软件

本文以某混合动力汽车的总布置为例，说明参数化设计运用方法。设计底盘时采用的软件为Pro/Toolkit，操作平台为Windows，设计底盘时可直接将零件参数输入到指定程序中，软件可自动完成绘图工作，无需手动重复绘制同类底盘零件，软件可读性高、程序代码较少、可利用尺寸等参数实现驱动，三维模型获取难度低。该软件可封装多种Pro/E头文件、库函数，参数调试语言为vc++语言及C语言等，程序注册与运行文件格式包括REVISION、DELAY-START、ALLOW-STOP、STARTUP及NAME等，可采用MFC设计用户界面，MFC、Pro/Toolkit与Pro/E之间可通过DLL实现通信。可通过变更C程序代码增加系统功能，也可以利用软件中的API函数或VB编辑宏开发、编制模型自动生成程序，C函数的数量>2000个，用户可自主定义变量参数，调用系统中的宏函数，约束部分变量参数及修改标准模型约束条件，还可以修改、查询、编辑表达式、坐标系、特征等实体对象参数，添加控件等。在参数拓扑关系、几何特征或几何元素发生变化时，软件可通过关系联动自动修改参数标注，重新生成总布置方案。用户可安全访问与控制Pro厄，且Pro厄系统与应用程序之间可以实现无缝集成，基于Pro/T001kit软件的设计流程见图2。在编译与链接程序之前，需要完成录制宏、实体建模、变更宏程序、设置用户界面等工作，在设计底盘时采用的系统结构为Cilient/SeⅣer结构，见图3。将设计软件安装在客户端，在服务器中安装数据库，设置客户端权限，授权用户可调用、修改服务器数据库中的数据与图形。设计系统的功能模块包括系统帮助子模块、数据库子模块、系统输出子模块、系统归档子模块、整车分析子模块、总布置子模块，整车分析子模块可分析整车操稳性、动力性、转向性与制动性，总布置子模块具有设计信息、图形数据查询功能，能辅助设计人员完成组件装载、组件定位、组件移除、布置修改等设计工作。

3.2 设计实现

坐标系中包括X轴、y轴及z轴，见图4，设计好坐标系后可设定底盘总体特征参数，包括轮距参数、轴距参数、车高参数、车宽参数及车长参数等，同时设置整车通过半径参数、离去角参数、接近角参数、离地间隙最小值参数等通过性能参数，以建立整车的坐标系。在三维底盘模型中存储部件定位点，如转向器及油箱安装、悬架、转向节臂及拉杆、轮胎接地、发动机安装支点等。在建模时需通过修改三维参数改变部件空间位置与结构尺寸，设计多种布置方案，建模时需在数据库中统一命名尺寸参数、装配使用点、配合点等。改变轮距参数后，应注意同时调整驱动轴长度参数、转向系统横拉杆长度参数、副车架长度参数等，同时改变车轮、制动器及减震器等的位置参数、尺寸参数，副车架横梁总成、加强板、前梁下片及前梁上片，后桥支撑板、弹簧支架、衬套管及悬架壁参数也应进行调整。可在数据库中选择公用实体模型修正参数，在三维模型中装配部件时可采用Mating方式定位及配合约束，沿X轴、Y轴及Z轴构成的6个自由度转动、移动，转动或移动时需约束部件空间位置关系，包括距离关联、对心关联、垂直关联、平行关联、角度关联等关系，以利用参数有效约束几伍思凯。本研究设计的底盘总布置效果见图5。

4 结语

综上，目前国内汽车市场年销量在不断突破，用户对产品认知程度逐渐深入，底盘系统已经步入了电子伺服发展阶段，底盘结构复杂，在自主开发与布置汽车底盘时应科学运用参数化设计方法，使汽车设计方案的耐久性、安全性、平顺性、白动性及动力性满足要求。使用参数化方法布置设计底盘工程时，应保证转向、衬套、摆臂、拉杆、减振器及弹簧等零部件布置、装配关系协调，严格控制轴荷分配、整车质量，使总布置形式与整备质量、前后悬、轮距、轴距、轴数互相配合，有效监控设计过程与衍生多款车型底盘，节省设计成本，缩短底盘研发周期。