汽车底盘设计中参数化技术的运用研究

赵东平

（徐工汽车制造有限公司 221000）

0 引言

传统汽车底盘的设计工作需要参考固定的生产模型，在进行零件修改和完善时需再次绘制设计图纸，严重降低了设计工作的效率。而参数化技术通过各种条件与参数建立底盘的3D结构，在3D模型中对底盘进行设计修改，颠覆了由模型制造底盘的传统模式，让技术人员能够摆脱实物参考模型的限制。

1 参数化技术的简介和工作模式

通过参数化设计系统，工作人员通过对工程、几何关系的改变实现设计要求。在设计时，工程师要对尺寸和工程的初始参数值进行充分的考虑，在改变参数时要实时维护参数之间工程、几何的基本关系，因此，需要将参数分为两类，一种是可变参数，其包括各种尺寸；另一种是不变参数，包括各元素之间的几何信息。而参数设计就是指在系统的操作当中，设计人员能够自主改变可变参数的数值，而系统负责保持不变参数的数值和状态。因此，设计人员能够简单快速的对汽车底盘的模型进行设计和修改工作。

其主要建模方法有变量几何与生成历程两种方法，变量几何方法通过建立平面模型进行建模，而基于结构生成历程的方法更偏向于三维和曲面模型的生成。通过构建初始图形到确定绘图参数再到通过专业知识获得初始图形的实际参数与其结构参数之间的关联再到获得图纸与文档，是参数化设计的主要流程，其关键核心在于使用参数顶替初始图形。而且在参数化设计工作中能够保留传统模型当中的优良参数而对不合理的地方进行修改，使最终设计制作的底盘能够传承原有的优良性能，能够极大地提高产品质量[1]。

2 参数化技术以及基本软件

2.1 AutoCAD

AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design） 是 由Autodesk（欧特克）企业在1982年自行研发设计的设计软件。其基于计算机硬软件系统拥有完善的制图功能，同时还具有强大的格式转换以及图片编辑能力，能够支持各种设备和平台的使用，具有极强的通用性，而且其操作过程简单易学，能够使初学者很快的掌握使用能力，并自行使用其进行绘图工作。AutoCAD已经成为建筑、机械设计，以及自动化等相关专业人士必须熟练掌握的绘图软件之一。

2.2 CATIA

CATIA是法国达索公司自主研发设计的产品，自1999年后，我国的各大生产设计行业便使用其数字样机流程。CATIA为我国的汽车行业、航天航空行业、船舶生产制造行业、钢结构厂房设计行业、建筑行业，以及机械制造行业等领域提供了3D设计服务与模拟解决方案。而在我国的汽车底盘设计产业中，汽车底盘设计方可以利用建模的方式设计和修改汽车底盘，成为汽车底盘开发设计人员必须熟练掌握的软件之一[2]。

3 参数化技术在设计中的实践应用

3.1 坐标系

基准坐标系是使用参数化设计中确定各零件尺寸和位置的主要依据，能够将各个零件的位置转换成三维坐标，用以形成数字化数据；以坐标系为参数的核心设计方法是通过调整各参数的三维坐标来改变零件的位置和尺寸；以坐标系为基础的三维化描述，通过各个参数的三维坐标，准确的还原构件的真实面貌。同时利用坐标轴的旋转可以使工作人员更为直观的从各个方向和角度对构件进行研究，甚至可以通过三维坐标的平面化，对构件的各个平面进行剖析，以此从构件内部进行研究与改进，极大的方便了研发人员的工作。

3.2 建立参数化模型

利用坐标系形成的各参数，确定参数的实际意义，清楚的表达各零件的基本结构、位置与尺寸，建立一个可调整的完整三维模型。此过程中需要忽略一部分对建立三维模型有阻碍的细节参数，利用软件将各参数通过线条和图形组合，建立可视化模拟立体模型，使系统保持必要的不变参数。工作人员在三维模拟模型中添加和更改部分参数，对汽车底盘进行二次加工和设计，同时将三维模型中的各零件数据进行统一的三维化，可以设计制造出各自由分割与调整的组合体模型，使工作人员能够随时对各零件进行模拟拆卸与安装，方便其对汽车底盘细节的更改和设计[3]。

3.3 保证底盘参数的装配性

与第二步相似，将底盘中的各个零件单独进行三维模拟，通过软件进行三维组合，形成能够可自主模拟拆卸和安装的拼接模型。明确各构件之间的组合关系，保持几何参数的稳定性，注重分析各零件之间的组合关系和细节处理，保持连接部位的独立和不可变性，保证设计与更改的各种零件具有逻辑可组装性，使设计人员设计的产品能够在实际制造中进行紧密适宜的组装。防止因设计人员在对底盘的内部细节进行设计时导致连接部位的改变，而使实际生产的产品无法进行组装或组装困难。

为保证底盘参数的装配性需要对装配的可实施性进行二次审核，往往在实际设计过程中，需要对零件的大小尺寸和位置关系之间进行改变。除一般的模拟组装和分析外，需要对各零件之间的组合与装配进行二次审核。不仅要将各零件之间的装配在形状上完成逻辑性装配，还要在大小尺寸以及磨合度方面要进行深入彻底的研究与分析，使各零部件之间的数据能够相互照应，保证装配数据验算的可实施性。

3.4 干涉和运动检查与校核

汽车底盘的优化目的是为了提高实际应用中的使用性能，因此在参数化设计中，对于底盘在运动中的检查与校核十分重要。通过检查与校核，使所设计的汽车底盘在实际使用过程中能够拥有更好的性能，防止设计理念与实际应用情况不符的问题产生，从而在根源上真正提高产品的质量，提高设计人员所设计产品的实用性能。在检查与校核中，主要体现在发动机和前面车桥之间的运动间隙与前轮转向运动间的间隙两方面校核。

第一方面，主要针对前置后驱的汽车，其发动机安装在前桥正上方，在此类车辆的日常运转过程中，前车桥产生的跳动使发动机油底壳产生相对应的活动干涉。所以，在实际安放发动机时，要保证两者之间的相对距离，在参数化设计模拟中可以通过相对模拟，对两者之间的位置参数进行相应调整，以使两者相互匹配。

第二方面，主要针对汽车底盘的设计，其主要任务是校核转向轮与纵拉杆等，是底盘设计的基础之一，对于此类运动干涉现象，可以通过减小汽车车架宽度，增大前轮轮距的方法进行解决，以提高汽车的使用舒适性，增加汽车的实际使用寿命[4]。

4 结束语

汽车底盘的性能对汽车的驾驶体验感、实用性，越野性都有巨大的影响，同时良好质量的汽车底盘对汽车的安全系数也有一定的影响。因此，汽车底盘的设计是提高汽车整体性能的主要步骤，但传统的设计步骤难以对当前的汽车底盘做出相应的改进，导致在产品更新换代飞速的时代，汽车底盘的更新速度十分缓慢。参数化设计在汽车底盘设计中的应用颠覆了传统的设计生产方式，极大地降低了汽车底盘设计工作人员的工作量，提高了工作效率，在汽车设计领域具有极大的正向作用。