汽車底盤設計中參數(shù)化技術的運用研究

   汽車底盤設計是汽車生產中的重要環(huán)節(jié)，也是一個需要反復商討和整改的過程。在早期設計中，由于設計方法較為傳統(tǒng)，存在許多重復性工作，導致設計人員需要付出大量的精力和時間。參數(shù)化技術出現(xiàn)后，改變了上述狀況。作為新的設計方法，參數(shù)化技術與傳統(tǒng)方法完全不同，尤其是在零部件設計、總布置調整等方面。合理運用該方法可簡化設計過程，提升設計工作的效率，并從根本上避免重復性工作的出現(xiàn)。隨著科技的不斷發(fā)展，參數(shù)化技術在現(xiàn)代汽車設計領域中已成為最實用、有效的方法之一。

1  參數(shù)化技術

    在早期的設計工作中，汽車零部件模型的制造大多參考固定的尺寸，因此，想要修改零部件模型的結構、形狀是十分困難的，即使是微小的修改，都需要重新編繪設計圖。而參數(shù)化技術是根據(jù)具體的參數(shù)、條件確定產品結構的，進而制造出規(guī)格迥異的各類產品。參數(shù)化技術的主要任務為使用滿足設計要求的參數(shù)替代原始圖形，這些參數(shù)與產品本身存在一定的聯(lián)系。運用參數(shù)化技術實施程序設計的流程為：建立原始圖形→選定繪圖參數(shù)→借助專業(yè)理論得出原始圖形的具體參數(shù)及其與結構參數(shù)的聯(lián)系→形成圖紙和文檔。在設計工作中，合理運用參數(shù)化技術可簡化圖形修改流程，還可傳承設計中的經驗和理論。在實際工作中，運用該技術可使設計人員將更多的精力和時間放在創(chuàng)造性設計上，使其充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造力和想象力，從而提升設計品質。

2  應用參數(shù)化技術的軟件基礎

    2.1  AutoCAD

    AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）由美國歐特克公司開發(fā)研制，是一款計算機輔助設計通用軟件包，其在繪圖方面的能力極為出眾。該軟件于20 世紀 80 年代誕生，憑借其極強的繪圖能力和較強的開發(fā)性，在許多領域得到了廣泛應用。統(tǒng)計表明，約有 90% 的計算機制圖工作是基于該軟件進行的。 

    2.2  NX

    NX由 Siemens PLM Software 公司出品，其在實質上屬于產品工程的解決方案。目前，該軟件將航空航天事業(yè)和汽車生產作為后盾，整合了各種專業(yè)的經驗，已逐漸演變?yōu)楦叨说募苫浖?。由于該軟件的開發(fā)商與汽車工業(yè)保持著較為密切的聯(lián)系，所以，NX軟件在汽車設計領域中的應用較為成熟，與其他類型的軟件相比，它更適合于當今的汽車工業(yè)。

3  在汽車底盤設計中的應用

    3.1  建立坐標系

    在設計汽車底盤時，需要通過建立相應坐標系的方式來確定總成部件的裝配位置和尺寸，且需要一個可提供定位功能的基準坐標系，即總成坐標系。因此，當需要修改總成零部件的

    具體位置時，在相應的坐標系上修改參數(shù)即可。如果設計工作在三維環(huán)境中開展，則上述坐標系屬于同種類型，從而為定位等操作提供便利。通常情況下，大多數(shù)設計者使用右手直角坐標系。

    3.2  建立零部件參數(shù)化模型

    汽車底盤設計的首要工作為明確各個總成的結構和位置，并在考慮零部件尺寸的基礎上，修改零部件與總成所處的位置關系和結構狀態(tài)。因此，應先忽略一部分細節(jié)參數(shù)，抽取與設計相關的結構參數(shù)。這種結構參數(shù)可分成兩大類，分別為形體參數(shù)和位置參數(shù)。其中，形體參數(shù)決定了部件的形狀和尺寸，位置參數(shù)決定了部件的具體方位。依靠這些參數(shù)，可簡化和變量化部件的設計模型，從而實現(xiàn)參數(shù)化設計。

    3.3  底盤裝配參數(shù)化設計

    3.3.1  參數(shù)化底盤裝配的關系結構

    在裝配汽車底盤的過程中，底盤是由多種多樣的部件組成的。如果組成底盤的某個部件又由多個子部件組成，則會形成樹狀關系，即底盤裝配的關系樹。在構建裝配模型前，要先掌握與參數(shù)化裝配的樹狀關系。這種關系樹的實際根節(jié)點為裝配文件，各個總成是其中的節(jié)點之一。對于較為復雜的總成而言，其會包含二、三級等多個節(jié)點，且各節(jié)點之間的相互關系與每層的父、子節(jié)點存在一定參數(shù)關聯(lián)。其中，父、子節(jié)點間存在的參數(shù)性關聯(lián)可通過具體的尺寸和位置參數(shù)表達。

    3.3.2  總成與零部件的參數(shù)裝配 

    在裝配過程中，常用的裝配方法主要有坐標點裝配和約束裝配。其中，坐標點裝配操作簡單，但約束裝配在面對復雜的裝配關系時具有優(yōu)勢。

    3.3.3  建立裝配尺寸鏈

    在裝配過程中，由于總成部件之間存在一定的相對位置關系，所以，如果其中一個部件的參數(shù)發(fā)生變化，則可能對其他坐標系中的位置參數(shù)造成影響。如果某個總成部件的參數(shù)發(fā)生改變，則其他部件的參數(shù)會自行調整。此時，應創(chuàng)建一套對應的裝配尺寸鏈。充分利用尺寸鏈可表達各個部件的位置關系，從而從根本上實現(xiàn)裝汽車底盤配、修改的可視化和自動化。汽車底盤設計圖一般只有側視圖和俯視圖兩類。側視圖對應的尺寸鏈包含上、下位置的尺寸鏈與前、后位置的尺寸鏈，俯視圖對應的尺寸鏈包含左、右位置的尺寸鏈和前、后位置的尺寸鏈。由于側視圖和俯視圖的尺寸鏈同為底盤的縱向依存聯(lián)系，因此，可使其完全保持一致。

    在所有的尺寸鏈中，“發(fā)動機—離合器—變速箱—傳動軸—后車橋”尺寸鏈的復雜程度最高。如果其中一個部件的參數(shù)發(fā)生變化，則剩余部件的參數(shù)也會變化，進而產生一種變化量。無論是在哪一種類型的尺寸鏈中，這種變化量都需要根據(jù)傳動軸長度、角度的改變量抵消，從而確保某一部件的參數(shù)發(fā)生變化時，其余部件可進行相應的調整，避免互相干涉等問題的發(fā)生。

    3.4  干涉檢查和運動校核

    3.4.1  發(fā)動機與前車橋間的運動間隙校核

    對于前置后驅設計方案而言，發(fā)動機需布置于前車橋的上端。汽車在正常行駛的過程中，前車橋上發(fā)生的跳動現(xiàn)象會對發(fā)動機底油殼造成一定運動干涉。因此，在布置發(fā)動機的過程中，要在前車橋與油底殼之間留有足夠的間隙。如果二者的相對位置不匹配，則可采取調整車架和前車橋的實際位置參數(shù)的方法修正。

    3.4.2  前輪轉向運動間隙校核

    對于汽車底盤的設計而言，對前輪轉向實施運動間隙校核是一項基礎性工作。該校核的目的在于檢查轉向輪、縱拉桿等，從而判斷其是否合理。如果轉向輪與車架存在一定的運動干涉，則可采取縮小車架的實際寬度或加大前輪輪距等方式調整。

4  結束語

    在汽車底盤設計工作中，合理運用參數(shù)化技術可大幅提升設計工作的效率，并確保設計質量。因此，該技術具有很高的應用和推廣價值。然而，在實際應用中，設計人員必須認識到該技術具有的復雜性。此外，相關設計人員應清晰地認識到自動化將是今后設計領域發(fā)展的主要方向。因此，相關單位及其設計人員應加大對參數(shù)化技術的推廣力度，并加快自動化設計的發(fā)展進程。