参数化设计在汽车底盘总布置中的运用

李秋实

摘要：在汽车设计环节中，底盘设计是至关重要的。因此，各汽车厂家均把底盘设计放在首要位置，并给予足够的重视。但传统的底盘设计方法比较复杂，需要耗费工作人员大量的时间和精力，更重要的是还需要汽车公司投入较多的资金，故已无法再适应汽车行业的发展要求，而参数化设计正好能消除这些不利因素。特别是伴随信息技术的飞速发展，参数化设计已和底盘设计技术紧密结合在一起，且取得较为显著的成效。

关键词：汽车底盘；参数化设计；分析；成效

底盘总布置设计是汽车产品设计中的一个重要部分，是一个反复协商、调整的过程。传统的设计方法在底盘总布置的过程中耗费了设计者大量的时间与精力，使设计工作中存在大量的重复性劳动。本文针对如何将参数化设计的基本思想应用到汽车底盘总布置设计的工作当中，以及对其工作原理和实现方法进行了研究，以期对目前参数化设计过程中存在设计管理和数据交流方面的诸多问题进行探讨，将很多成熟的设计经验与三维建模软件粘合在一起，总结出汽车底盘系统开发的设计流程，提升设计水平与质量。

一、参数化设计

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，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[1]。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。

2.参数化底盘总体装配的实现

（1）参数化底盘总体装配关系的树型结构。在底盘总体装配中，我们通常采用两种装配方式：通过坐标点装配和通过约束装配。坐标点装配思路简单，操作起来快捷方便，約束装配在实现零部件间复杂的装配关系时有着坐标点装配无法比拟的优势。在建立底盘装配模型之前，首先要建立好参数化底盘总体装配的树型结构。

（2）装配尺寸链的建立。在装配时由于各总成部件间都有互相依附的相对位置关系。为了使一个总成部件的形位尺寸发生变化之后，其它的总成部件的位置也能相应地做出合理的调整，我们建立了一系列尺寸链，根据这些尺寸链来调整各总成部件的相互位置，从而实现装配修改的自动化。

3.干涉检查与运动校核

（1）发动机与前车桥的运动间隙校核。对前置后驱的布置方案来说，发动机总是要布置在前车桥上方。而汽车在行驶中前车桥的上下跳动有可能使它与发动机油底壳发生运动干涉，所以在布置发动机时要求前车桥与油底壳之间应有足够的运动间隙。经过运动校核，如果发现它们之间的相对位置不合适，可以通过修改车架与前车桥的位置参数或发动机与车架的位置参数来调整它们之间的相对位置。

（2）前轮转向的运动间隙校核。前轮转向时的运动校核通常是汽车总布置设计必须进行的工作，其目的是为了检查转向轮与纵拉杆、车架之间的运动间隙是否合适。利用汽车参数化绘图模块进行前轮转向的运动校核时，用户只要选取任一个前轮，输入一定的转向角度，然后点取“图形显示”按钮，计算机便会根据汽车左右转向轮与转弯半径的关系计算出另一个转向轮的转向角度，并自动生成修改之后的底盘布置图。这样，用户能够很轻松地检查前轮转向时的运动间隙，可以任意改变转向轮角度多次进行运动校核。

二、设计案例

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、ALLOWSTOP、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。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/Server结构。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、数据库、系统输出、系统归档、整车分析、总布置，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。

2.设计实现

坐标系中包括X轴、y轴及z轴，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何元素

结束语

综上所述，参数化设计与汽车底盘设计间的紧密结合，不仅能在一定程度上提高设计工作效率，还能有效缩短设计时间，具有极为重要的现实意义。更重要的是，它还是自动化设计一个新的发展方向，具有较为广阔的市场发展前景。

参考文献：

[1]王熙宁，宋宝玉，郭新华.汽车底盘总布置的参数化设计[J].机械工程师，2014（4）：41-43.

[2]张健.基于UG的客车底盘三维参数化总布置设计系统[J].汽车技术，2011（9）：22-25.

[3]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社，2014.