基于逆向的汽车底盘零件设计

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　　汽车良好的操控稳定性取决于优良的底盘结构设计和精确的底盘零部件制造。目前我国的汽车底盘设计行业当中多采用逆向工程设计，以缩短产品的开发周期降低产品的开发风险。但对于汽车底盘开发过程中正向设计和标杆车逆向设计之间往往会有不同的处理方式。而在汽车的底盘零件当中，钢板冲压件以其成型性能好、重量轻、强度刚度好等优点广泛的应用在汽车底盘零部件当中，本文以汽车底盘冲压件逆向设计为例，对汽车底盘零件设计过程中的几点注意事项进行探讨。
　　1底盘设计要求
　　底盘设计考虑的关键在于满足整车性能的各项指标。汽车应当具备的基本性能可概括为动力性、经济性、制动性、操稳性、平顺性、安全性和耐久性。一般所说的底盘工程包括前后悬架、转向系、制动系和车轮的设计配置。与这些系统直接相关的整车性能有制动性、操稳性和平顺性。底盘的悬架部件本身要足够牢固，而其设计是否到位直接影响车架车身的受力大小，同时底盘设计也和耐久性相关。
　　2车底盘零件设计的网络化技术
　　目前汽车上每个总成几乎是机械、电子和信息一体化装置。在系统中电子和信息部分所起的作用也越来越重要，汽车工电子装置的增加使连接的电子线路迅速膨胀，线束越来越复杂。在汽车设计、装配、维护中的负担甚至到了无法承受的程度。而且线路接头的增加引起安全隐患。另外线的重量和占用空间也是值得考虑的问题，重量的增加意味着降低效率。线路体积（直径）太大在相对运动的部分之间过线非常困难，所以在电子装置不断增加的情况下，减少线束成为一个必须解决的问题，而使用传统的点到点平行连接方式显然无法摆脱这种困境，因而基于串行通信传输的网络结构成为一种必然的选择。基于汽车底盘的电子化技术、线控技术的应用、汽车底盘的网络化技术成为必然。如何建立局域网将汽车底盘的各种电子设备的传感器、执行机构、ECU的数据和信息通过一个总的ECU进行集中控制成为急需解决的问题。
　　3汽车底盘零件设计的一般步骤
　　汽车底盘冲压件逆向设计流程通常分为以下几个步骤：标杆产品数据采集→标杆数据分析处理→产品模型重建→制造系统→新产品。
　　3.1标杆产品数据采集
　　即将标杆产品数据化，通过测量装置获取零件的结构、尺寸等信息转化成在三维坐标下的点、线、面。
　　3.2标杆数据分析处理
　　即对采集的标杆见数据进行处理，剔除无用的信息，保留并强化对后期建模有用的信息，它的结果将直接影响后期模型的构建质量。
　　3.3产品模型重建
　　利用建模软件，将采集到的点、线、面等数据构建成完整的产品模型。
　　4零件的优化设计
　　在产品逆向设计的过程中，产品模型重建是决定产品质量的重要环节，此过程不但要将标杆产品的结构特征信息完整的还原到模型当中，还要充分理解标杆产品的设计意图，融入设计者自己的设计思想，同时要判断哪些信息是由于制造过程的不稳定造成的误差，哪些信息是由于零件在使用过程中有变形而造成的误差，并且要根据不同的工艺水平对零件进行工艺适应性的优化设计。
　　完全按照标杆件逆向的底盤零部件中，其线性尺寸、冲压圆角、冲裁圆角和角度等结构尺寸均不是整数，往往带有一位或多位的小数点。在开发周期较短的前提下，设计者往往没有充足的时间和精力对零件的结构尺寸进行元整，更没有时间对零件的结构进行优化设计；同时，“得益于”数控加工中心性能的不断发展，加工结构异形、形状复杂的零件变得比较容易，这就导致一些完全逆向、未经优化设计的底盘零件图纸直接流入开发流程的下一序，最终生产制造的也将是完全逆向的、未经优化设计的零部件。
　　然而，正向设计的零部件为了便于尺寸计算和过程控制，其特征尺寸往往是整数，结构通常也比较规则，不会出现大量的异形结构。完全逆向的零件之所以会结构异形或特征尺寸不完整，通常有两个方面的原因造成，一是标杆件的加工制造过程误差，二是标杆件在使用过程当中发生了一定的变形。
　　作为零件的设计者，在逆向设计零件的过程中应该充分考虑以上因素，对零部件进行必要的优化设计，这样设计出的产品才能最大限度的接近标杆件的真实状态，达到最合理的设计。
　　5汽车底盘设计的改制
　　汽车底盘设计的改制主要体现在以下3个方面：①沿用汽车底盘设计平台。在底盘设计过程中，应沿用原底盘设计中的构架等，且汽车底盘中的子系统应保持不变。②取消部分影响汽车底盘子系统的传统发动机。由于一些全新的汽车动力系统将取代原有的发动机，进而取代了原有的汽车的转向系统和传动系统等，所以，需要在原有构架的基础上进行科学调整。比如，汽车底盘中的制动真空助力泵缺少一定的真空源，因此，需要增加相应的真空动力泵，为其提供新的真空源，并科学整改管路零部件。在新的动力系统中，与原车相比发生改变的还有减速器接口，所以，应根据所输入的信息重新设计系统；各个子系统中的零部件设计完成后，还需要根据总体布置、零部件的质量设计悬置支架；进行CAE分析，从而改进悬置系统的强度，并降低该系统运行时的噪声。③由于在设计过程中采用了新的总布置方案，使车体后舱的总布置与以往车型相比发生了巨大的改变。因此，需要重新计算整车质量和荷载匹配，目的是确保悬架系统的可靠性。如果发现悬架系统的可靠性较低，则需要对悬架系统进行调整或重新设计。相关工作人员需要统计同一平台中新能源汽新增部件的质量和质心位置，并根据统计结果确定新能源汽车的总布置方案；分析新能源汽车前、后轴荷的分布情况，并校验原有悬架系统的可靠性，如果发现原有悬架系统无法沿用，则应重新设计悬架系统或更改系统的设计参数；利用Adams分析更改后的悬架四轮定位参数，并依照分析结果科学调整悬架设计。
　　改制过程的主要原则是尽可能地沿用原有的汽车底盘，并根据实际需要调整局部设计。这样更改的优势在于开发难度低、开发成本少和开发周期短，且能使用传统汽车的设计平台和零件。在传统汽车的底盘设计中，承载式汽车与非承载汽车有一定的差别。比如，在总布置方面，这两种车身存在着较大的差异，且其在新能源汽车底盘设计中的应用也有不同之处。
　　5.1 承载式车身
　　在汽车行业中，大部分轿车采用了承载式车身。因此，在新能源汽车底盘设计中保持了这样的构架特点，且在动力总成部件方面，均要在车身上寻找相应的悬置点，这是因为副车架不具备承担车身质量的功能。在此类结构中，车身的悬置设计工作十分复杂，且要进行大量的CAE分析，这不利于车身的量化；布置空间不规范，导致总体布设工作十分困难。目前，此类结构的应用较为普遍，比如通用汽车的氢动3号等。
　　5.2 非承载式车身
　　运用非承载式汽车车身设计平台时，不必投入过多的人力、物力。由于此类汽车底盘具有大梁，可形成较大的框架，具备一定的承重能力，可将动力系统全部置于汽车底盘的框架中。因此，可在设计初期进行部件的整体规划和集中布置，这样不仅可降低总体布置的难度，还能使车身的重心降低、质量减轻。通用汽车早期生产的Chevrolet Volt运用的便是此类底盘结构。E-Flex系统也采用了非承载式车身设计，其精髓在于可通过同一个框架更换不同的动力系统，且在总布置上不必进行过多的变动。
　　6结束语
　　底盘是汽车最重要的部件之一，底盘设计是一个非常复杂漫长的过程，如何在最短的时间里设计出合理的底盘将会是汽车工业的一个重大突破。通过对底盘零件的参数化设计，建立底盘零件库，可以快速提高底盘设计的效率和质量，具有非常大的使用价值和经济效益。该方法可以应用到汽车底盘产品关键零件的参数化设计过程中。
　　（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院）
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