汽車底盤中參數(shù)化設(shè)計(jì)研究

王郡成張紅

1、北汽福田汽車股份有限公司諸城奧鈴汽車廠 2、山東濰坊工商職業(yè)學(xué)院

汽車底盤是汽車的基礎(chǔ)部件，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車底盤的質(zhì)量和性能要求越來越高?，F(xiàn)如今的汽車底盤設(shè)計(jì)制造技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的汽車底盤設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅設(shè)計(jì)質(zhì)量更高，而且設(shè)計(jì)精度也更好。參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展。參數(shù)化設(shè)計(jì)是智能化和集成化結(jié)合的設(shè)計(jì)過程，在汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)中，不僅需要應(yīng)用到汽車底盤設(shè)計(jì)的基本原理，還需要應(yīng)用CAD、UG等計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)輔助軟件。參數(shù)化設(shè)計(jì)作為現(xiàn)代汽車底盤設(shè)計(jì)的主要方法，是汽車制造工業(yè)步入現(xiàn)代化、信息化的體現(xiàn)，也是促進(jìn)汽車工業(yè)現(xiàn)代化和信息化發(fā)展的重要技術(shù)之一。

1 參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件與基本思想

1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件

目前世界主流的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件有AutoCAD、Pro/Engineer、UGNX、CATIA和Solidworks等。這幾種參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件各有特點(diǎn)，并在不同的參數(shù)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額。我國(guó)汽車底盤中參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用最多的當(dāng)屬AutoCAD和UG。這些參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，有著智能化的特點(diǎn)，其應(yīng)用極大地提升了汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)的效率，為汽車工業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)了巨大的力量。

1.1.1 AutoCAD軟件

AutoCAD是我國(guó)最常用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，該軟件是由美國(guó)的Autodesk公司開發(fā)的。這種軟件應(yīng)用最便捷的視窗系統(tǒng)，即便設(shè)計(jì)人員不懂如何編程序，也能夠自由使用幾乎所有的制圖功能。AutoCAD在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，使其在汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)中也得到了一定的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，AutoCAD將向著智能化、多元化發(fā)展。其良好的開發(fā)性和支持計(jì)算機(jī)開發(fā)等特性，更是受到社會(huì)各界的一致好評(píng)。

1.1.2 UG軟件

UG是SiemensPLMSoftware公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。UG作為一個(gè)交互式CAD系統(tǒng)，在美國(guó)被廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)，經(jīng)過多年的技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展具備世界一流的技術(shù)能力。由于開發(fā)UG的EDS公司與美國(guó)通用汽車有著密切的關(guān)系，因此該系統(tǒng)與汽車工業(yè)結(jié)合緊密。相比于其他軟件，UG更加適合汽車工業(yè)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。在汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)中，UG是比較常用的一款軟件，對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。

1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本思想

傳統(tǒng)的汽車底盤設(shè)計(jì)中，由于零部件較多且汽車底盤對(duì)底盤各零部件的精度和契合度有著較高的要求，因此在設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)不符合設(shè)計(jì)要求而推翻重做的現(xiàn)象。參數(shù)化設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)軟件，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)實(shí)中的設(shè)計(jì)參數(shù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而對(duì)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行模擬。參數(shù)化設(shè)計(jì)思想在汽車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，極大地提升了汽車底盤的設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。在進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，包含原始圖形創(chuàng)造、確定繪圖參數(shù)、由確定原始圖形參數(shù)與具體結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系、產(chǎn)生設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)文檔四個(gè)步驟。利用參數(shù)化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)可以十分容易地修改圖形，并能將以往某些產(chǎn)品設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)繼承下來。設(shè)計(jì)者就可以把時(shí)間、精力集中于更具創(chuàng)造性的概念和整體設(shè)計(jì)上去，因此可以充分發(fā)揮創(chuàng)造力，提高設(shè)計(jì)效率。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)在底盤總布置中的實(shí)現(xiàn)

參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了汽車底盤設(shè)計(jì)的智能化。在進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，我們只要將新的汽車底盤參數(shù)輸入到系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)就能夠通過對(duì)所改變參數(shù)的讀取，對(duì)原始圖紙進(jìn)行自動(dòng)修改，并自動(dòng)生成一張新的設(shè)計(jì)圖紙。這種設(shè)計(jì)方法不僅簡(jiǎn)便、直觀，而且節(jié)約了底盤設(shè)計(jì)人員重復(fù)繪制圖紙的時(shí)間，極大地提升了汽車底盤的設(shè)計(jì)效率。

2.1 底盤坐標(biāo)系的建立

進(jìn)行汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，我們必須建立汽車底盤的坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的建立不僅是參數(shù)化設(shè)計(jì)自動(dòng)設(shè)計(jì)圖紙生成的基準(zhǔn)，還是在進(jìn)行裝配時(shí)對(duì)總成部件位置尺寸計(jì)算的標(biāo)尺。

2.2 零部件參數(shù)化模型的建立

汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)是為了確定汽車底盤中各部件的尺寸和位置，因此我們需要建立零部件參數(shù)化模型。零部件參數(shù)化模型是汽車底盤總成基本結(jié)構(gòu)和空間位置的基礎(chǔ)，當(dāng)我們對(duì)底盤參數(shù)進(jìn)行部件空間位置和結(jié)構(gòu)參數(shù)修改后，系統(tǒng)可以依照修改基于參數(shù)化模型進(jìn)行圖形繪制。汽車底盤零部件參數(shù)化模型的參數(shù)包含形體參數(shù)和位置參數(shù)兩部分，形體參數(shù)描述了部件的形狀，位置參數(shù)則描述部件在原始圖形中的位置。

2.3 參數(shù)化底盤總體裝配的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 參數(shù)化底盤總體裝配關(guān)系的樹狀結(jié)構(gòu)

由于汽車的底盤是由很多零件構(gòu)成的，這些構(gòu)成組成汽車底盤的零件有著像樹狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即小零件組成中型零件，中型零件組成大型零件，最后由大型零件構(gòu)成整個(gè)汽車底盤的結(jié)構(gòu)。因此，在參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件中，利用這種底盤的樹狀結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件對(duì)汽車底盤的智能化設(shè)計(jì)。在參數(shù)化底盤總體裝配關(guān)系的樹狀結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)零件無論級(jí)別，都有明確的位置和形狀參數(shù)信息，通過對(duì)這些參數(shù)的更改，能夠幫助我們實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車底盤的整體參數(shù)化設(shè)計(jì)總裝。

2.3.2 總成及零部件的裝配方式

在進(jìn)行底盤總體裝配時(shí)，我們通常采用兩種裝配方式：通過坐標(biāo)點(diǎn)裝配和通過約束裝配。坐標(biāo)點(diǎn)裝配思路簡(jiǎn)單，操作起來快捷方便，約束裝配在實(shí)現(xiàn)零部件間復(fù)雜的裝配關(guān)系時(shí)有著坐標(biāo)點(diǎn)裝配無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

2.3.3 裝配尺寸鏈

我們?cè)趹?yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行汽車底盤的參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，只要修改一個(gè)零件的形狀或位置參數(shù)，就會(huì)使整體的汽車底盤設(shè)計(jì)出現(xiàn)改變。而裝配尺寸鏈，就是保證這種改變符合汽車底盤設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。通過裝配尺寸鏈，我們?cè)诟膮?shù)時(shí)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更改零件的尺寸和位置調(diào)整，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還會(huì)對(duì)整體的設(shè)計(jì)進(jìn)行合理修改，并自動(dòng)生成合理的新設(shè)計(jì)圖紙。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，裝備春聯(lián)分為上下位置和前后位置兩個(gè)尺寸鏈，分別對(duì)應(yīng)側(cè)視圖和俯視圖的要求。

在底盤的這些尺寸鏈當(dāng)中，“發(fā)動(dòng)機(jī)—離合器—變速箱—傳動(dòng)軸—后車橋”這一局部尺寸鏈?zhǔn)亲顬閺?fù)雜的。當(dāng)其中某一個(gè)部件的形位參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，其余部件的位置也會(huì)隨之發(fā)生變化，這樣其位置參數(shù)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化量，不管是哪個(gè)位置尺寸鏈，這個(gè)變化量都要由傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度與角度的變化量來抵消。從而保證了尺寸鏈上各部件在一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，其它部件的位置會(huì)自動(dòng)做出合適的調(diào)整，不會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

2.4 干涉檢查與運(yùn)動(dòng)校核

汽車底盤是汽車的基礎(chǔ)部件之一，在汽車底盤的參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)新的底盤裝備進(jìn)行干涉檢查和運(yùn)動(dòng)校核。所謂干涉檢查就是對(duì)各部件之間的協(xié)作情況進(jìn)行檢查，而運(yùn)動(dòng)校核則是對(duì)各部件的運(yùn)動(dòng)配合進(jìn)行校核。汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)中，干涉檢查和運(yùn)動(dòng)校核包含發(fā)動(dòng)機(jī)與前車橋的運(yùn)動(dòng)間隙校核以及前輪轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)間隙校核兩方面內(nèi)容。發(fā)動(dòng)機(jī)與前車橋的運(yùn)動(dòng)間隙校核能夠幫助我們發(fā)現(xiàn)前車橋與發(fā)動(dòng)機(jī)油殼之間的運(yùn)動(dòng)干涉，如果存在嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)干涉，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)地修改，保證前車橋與發(fā)動(dòng)機(jī)油殼之間的相對(duì)位置符合實(shí)際要求。前車輪的運(yùn)動(dòng)校核則是檢驗(yàn)轉(zhuǎn)向輪與縱拉桿、車架間的運(yùn)動(dòng)間隙是否合適，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪和車架之間的運(yùn)動(dòng)干涉，則需要繼續(xù)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，將轉(zhuǎn)向輪和車架之間的運(yùn)動(dòng)干涉降到最低。

3 建立支持參數(shù)化設(shè)計(jì)的汽車參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)

進(jìn)行汽車底盤的參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要導(dǎo)入原始圖形。原始圖形的導(dǎo)入有繪圖導(dǎo)入和參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用兩種方式。導(dǎo)入繪制的原始圖形雖然生成快，比較簡(jiǎn)單，但卻無法生成原始圖形的子變形圖，不利于設(shè)計(jì)人員的圖形設(shè)計(jì)。另外一種方法則是利用繪圖平臺(tái)中的圖形參數(shù)直接繪制出原始圖形，這種方法可以生成多個(gè)含不同原始圖形的衍生圖形，但由于設(shè)計(jì)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)資源的限制，生成的原始圖形可能與設(shè)計(jì)人員的原始圖形要求有一定的差距。為了彌補(bǔ)這種差距，我們就要建立支持參數(shù)化設(shè)計(jì)的汽車參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。雖然數(shù)據(jù)庫(kù)建立過程比較繁瑣，并且是一個(gè)積累的過程，可一旦這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)形成規(guī)模，將極大地方便設(shè)計(jì)人員對(duì)圖形的調(diào)用，提升汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)的效率。

綜上所述，汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)作為現(xiàn)代化的智能汽車底盤設(shè)計(jì)方法，受到汽車設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的高度重視。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車底盤中參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為我國(guó)汽車底盤設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用方法。相信隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)必然會(huì)越來越智能化，為我國(guó)汽車工業(yè)的繼續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

[1]王勝,李潤(rùn)娟.參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車底盤總布置中的運(yùn)用[J].裝備制造技術(shù),2014(03).

[2]王偉,路春光,劉偉民.基于 Pro/E二次開發(fā)的電動(dòng)汽車底盤車架的參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].汽車零部件,2013(09).