汽車底盤設(shè)計中參數(shù)化技術(shù)的運用研究

趙東平

（徐工汽車制造有限公司 221000）

0 引言

傳統(tǒng)汽車底盤的設(shè)計工作需要參考固定的生產(chǎn)模型，在進(jìn)行零件修改和完善時需再次繪制設(shè)計圖紙，嚴(yán)重降低了設(shè)計工作的效率。而參數(shù)化技術(shù)通過各種條件與參數(shù)建立底盤的3D結(jié)構(gòu)，在3D模型中對底盤進(jìn)行設(shè)計修改，顛覆了由模型制造底盤的傳統(tǒng)模式，讓技術(shù)人員能夠擺脫實物參考模型的限制。

1 參數(shù)化技術(shù)的簡介和工作模式

通過參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，工作人員通過對工程、幾何關(guān)系的改變實現(xiàn)設(shè)計要求。在設(shè)計時，工程師要對尺寸和工程的初始參數(shù)值進(jìn)行充分的考慮，在改變參數(shù)時要實時維護(hù)參數(shù)之間工程、幾何的基本關(guān)系，因此，需要將參數(shù)分為兩類，一種是可變參數(shù)，其包括各種尺寸；另一種是不變參數(shù)，包括各元素之間的幾何信息。而參數(shù)設(shè)計就是指在系統(tǒng)的操作當(dāng)中，設(shè)計人員能夠自主改變可變參數(shù)的數(shù)值，而系統(tǒng)負(fù)責(zé)保持不變參數(shù)的數(shù)值和狀態(tài)。因此，設(shè)計人員能夠簡單快速的對汽車底盤的模型進(jìn)行設(shè)計和修改工作。

其主要建模方法有變量幾何與生成歷程兩種方法，變量幾何方法通過建立平面模型進(jìn)行建模，而基于結(jié)構(gòu)生成歷程的方法更偏向于三維和曲面模型的生成。通過構(gòu)建初始圖形到確定繪圖參數(shù)再到通過專業(yè)知識獲得初始圖形的實際參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)再到獲得圖紙與文檔，是參數(shù)化設(shè)計的主要流程，其關(guān)鍵核心在于使用參數(shù)頂替初始圖形。而且在參數(shù)化設(shè)計工作中能夠保留傳統(tǒng)模型當(dāng)中的優(yōu)良參數(shù)而對不合理的地方進(jìn)行修改，使最終設(shè)計制作的底盤能夠傳承原有的優(yōu)良性能，能夠極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量[1]。

2 參數(shù)化技術(shù)以及基本軟件

2.1 AutoCAD

AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design） 是 由Autodesk（歐特克）企業(yè)在1982年自行研發(fā)設(shè)計的設(shè)計軟件。其基于計算機(jī)硬軟件系統(tǒng)擁有完善的制圖功能，同時還具有強(qiáng)大的格式轉(zhuǎn)換以及圖片編輯能力，能夠支持各種設(shè)備和平臺的使用，具有極強(qiáng)的通用性，而且其操作過程簡單易學(xué)，能夠使初學(xué)者很快的掌握使用能力，并自行使用其進(jìn)行繪圖工作。AutoCAD已經(jīng)成為建筑、機(jī)械設(shè)計，以及自動化等相關(guān)專業(yè)人士必須熟練掌握的繪圖軟件之一。

2.2 CATIA

CATIA是法國達(dá)索公司自主研發(fā)設(shè)計的產(chǎn)品，自1999年后，我國的各大生產(chǎn)設(shè)計行業(yè)便使用其數(shù)字樣機(jī)流程。CATIA為我國的汽車行業(yè)、航天航空行業(yè)、船舶生產(chǎn)制造行業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計行業(yè)、建筑行業(yè)，以及機(jī)械制造行業(yè)等領(lǐng)域提供了3D設(shè)計服務(wù)與模擬解決方案。而在我國的汽車底盤設(shè)計產(chǎn)業(yè)中，汽車底盤設(shè)計方可以利用建模的方式設(shè)計和修改汽車底盤，成為汽車底盤開發(fā)設(shè)計人員必須熟練掌握的軟件之一[2]。

3 參數(shù)化技術(shù)在設(shè)計中的實踐應(yīng)用

3.1 坐標(biāo)系

基準(zhǔn)坐標(biāo)系是使用參數(shù)化設(shè)計中確定各零件尺寸和位置的主要依據(jù)，能夠?qū)⒏鱾€零件的位置轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)，用以形成數(shù)字化數(shù)據(jù)；以坐標(biāo)系為參數(shù)的核心設(shè)計方法是通過調(diào)整各參數(shù)的三維坐標(biāo)來改變零件的位置和尺寸；以坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的三維化描述，通過各個參數(shù)的三維坐標(biāo)，準(zhǔn)確的還原構(gòu)件的真實面貌。同時利用坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)可以使工作人員更為直觀的從各個方向和角度對構(gòu)件進(jìn)行研究，甚至可以通過三維坐標(biāo)的平面化，對構(gòu)件的各個平面進(jìn)行剖析，以此從構(gòu)件內(nèi)部進(jìn)行研究與改進(jìn)，極大的方便了研發(fā)人員的工作。

3.2 建立參數(shù)化模型

利用坐標(biāo)系形成的各參數(shù)，確定參數(shù)的實際意義，清楚的表達(dá)各零件的基本結(jié)構(gòu)、位置與尺寸，建立一個可調(diào)整的完整三維模型。此過程中需要忽略一部分對建立三維模型有阻礙的細(xì)節(jié)參數(shù)，利用軟件將各參數(shù)通過線條和圖形組合，建立可視化模擬立體模型，使系統(tǒng)保持必要的不變參數(shù)。工作人員在三維模擬模型中添加和更改部分參數(shù)，對汽車底盤進(jìn)行二次加工和設(shè)計，同時將三維模型中的各零件數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的三維化，可以設(shè)計制造出各自由分割與調(diào)整的組合體模型，使工作人員能夠隨時對各零件進(jìn)行模擬拆卸與安裝，方便其對汽車底盤細(xì)節(jié)的更改和設(shè)計[3]。

3.3 保證底盤參數(shù)的裝配性

與第二步相似，將底盤中的各個零件單獨進(jìn)行三維模擬，通過軟件進(jìn)行三維組合，形成能夠可自主模擬拆卸和安裝的拼接模型。明確各構(gòu)件之間的組合關(guān)系，保持幾何參數(shù)的穩(wěn)定性，注重分析各零件之間的組合關(guān)系和細(xì)節(jié)處理，保持連接部位的獨立和不可變性，保證設(shè)計與更改的各種零件具有邏輯可組裝性，使設(shè)計人員設(shè)計的產(chǎn)品能夠在實際制造中進(jìn)行緊密適宜的組裝。防止因設(shè)計人員在對底盤的內(nèi)部細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計時導(dǎo)致連接部位的改變，而使實際生產(chǎn)的產(chǎn)品無法進(jìn)行組裝或組裝困難。

為保證底盤參數(shù)的裝配性需要對裝配的可實施性進(jìn)行二次審核，往往在實際設(shè)計過程中，需要對零件的大小尺寸和位置關(guān)系之間進(jìn)行改變。除一般的模擬組裝和分析外，需要對各零件之間的組合與裝配進(jìn)行二次審核。不僅要將各零件之間的裝配在形狀上完成邏輯性裝配，還要在大小尺寸以及磨合度方面要進(jìn)行深入徹底的研究與分析，使各零部件之間的數(shù)據(jù)能夠相互照應(yīng)，保證裝配數(shù)據(jù)驗算的可實施性。

3.4 干涉和運動檢查與校核

汽車底盤的優(yōu)化目的是為了提高實際應(yīng)用中的使用性能，因此在參數(shù)化設(shè)計中，對于底盤在運動中的檢查與校核十分重要。通過檢查與校核，使所設(shè)計的汽車底盤在實際使用過程中能夠擁有更好的性能，防止設(shè)計理念與實際應(yīng)用情況不符的問題產(chǎn)生，從而在根源上真正提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高設(shè)計人員所設(shè)計產(chǎn)品的實用性能。在檢查與校核中，主要體現(xiàn)在發(fā)動機(jī)和前面車橋之間的運動間隙與前輪轉(zhuǎn)向運動間的間隙兩方面校核。

第一方面，主要針對前置后驅(qū)的汽車，其發(fā)動機(jī)安裝在前橋正上方，在此類車輛的日常運轉(zhuǎn)過程中，前車橋產(chǎn)生的跳動使發(fā)動機(jī)油底殼產(chǎn)生相對應(yīng)的活動干涉。所以，在實際安放發(fā)動機(jī)時，要保證兩者之間的相對距離，在參數(shù)化設(shè)計模擬中可以通過相對模擬，對兩者之間的位置參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以使兩者相互匹配。

第二方面，主要針對汽車底盤的設(shè)計，其主要任務(wù)是校核轉(zhuǎn)向輪與縱拉桿等，是底盤設(shè)計的基礎(chǔ)之一，對于此類運動干涉現(xiàn)象，可以通過減小汽車車架寬度，增大前輪輪距的方法進(jìn)行解決，以提高汽車的使用舒適性，增加汽車的實際使用壽命[4]。

4 結(jié)束語

汽車底盤的性能對汽車的駕駛體驗感、實用性，越野性都有巨大的影響，同時良好質(zhì)量的汽車底盤對汽車的安全系數(shù)也有一定的影響。因此，汽車底盤的設(shè)計是提高汽車整體性能的主要步驟，但傳統(tǒng)的設(shè)計步驟難以對當(dāng)前的汽車底盤做出相應(yīng)的改進(jìn)，導(dǎo)致在產(chǎn)品更新?lián)Q代飛速的時代，汽車底盤的更新速度十分緩慢。參數(shù)化設(shè)計在汽車底盤設(shè)計中的應(yīng)用顛覆了傳統(tǒng)的設(shè)計生產(chǎn)方式，極大地降低了汽車底盤設(shè)計工作人員的工作量，提高了工作效率，在汽車設(shè)計領(lǐng)域具有極大的正向作用。