（光学工程专业论文）汽车底盘的参数化设计.pdf

汽车底盘的参数化设计 摘要 参数化设计方法作为一种全新的设计方法现在己广泛被工业界所采用。它所 具有的高效性、实用性等特点使其成为设计工作的发展方向。作为制造业的中坚， 汽车工业对参数化设计方法的需求就更加迫切了。参数化设计应用水平的高低直 接决定了企业设计效率与设计质量的高低和企业核心竞争力的强弱。这是关系到 企业长久生存与发展的重大问题。 本文介绍了c a d 和参数化技术的发展与现状，阐述了参数化设计的基本思想 及其应用于汽车底盘总布置设计中的工作原理和程序实现方法。并且严格按照软 件工程所规定的工作流程，应用v i s a ll i s p 语言和d c l 语言在a u t o c a d 2 0 0 0 上开 发出一套具备初步参数化功能的通用汽车底盘参数化设计系统c h a s s i s p a r a m e t r i cd e s i g n e r1 o 。 本文所开发的参数化设计系统可以实现汽车底盘的参数化装配，并可以通过 鼠标拖动或尺寸驱动的方式进行底盘轴距的调整，系统同时将显示底盘尺寸的变 化情况。这个系统为以后进行的系统升级与功能完善工作打下了坚实的基础，其 某些程序开发和参数化实现的思想也可为其他参数化系统的开发者所参考、借鉴。 同时，在此系统的基础上可以进一步开发、升级，使本系统成为高水平的商用汽 车底盘参数化设计系统。 关键词：c a d 底盘总布置参数化设计v is a ll l s p 二次开发 壅兰壁垒堕兰墼些堡盐 a b s t r a c t p a r a m e t r i c d e s i g n ，a s a ne n t i r e l yn e wm e t h o do fd e s i g n ，h a sb e e n i n t r o d u c e da b r o a db yi n d u s t r y i t sa d v a n t a g e sm a k ei tt h ed i r e c t i o no f f u t u r e d e s i g n a st h en u c l e u so fm a n u f a c t u r i n g ， a u t o m o b il e i n d u s t r y r e q u i r e st h ep a r a m e t r i ct e c h n o l o g y m o r e u r g e n t l y t h ea p p l i c a t i o n o f p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yd e c i d e st h ee f f i c i e n c ya n dt h eq u a l i t yo fd e s i g ni n o n ec o r p o r a t i o n b e c a u s et h ee f f i c i e n c ya n dt h eq u a l i t yo fd e s i g nm e a nt h e c o r ec o m p e t i t i o no fo n ec o r p o r a t i o n ，i ti sa ni m p o r t a n tp r o b l e ma b o u tt h e d e v e l o p m e n to fo n ec o r p o r a t i o n t h i s t h e s i si n t r o d u c e st h ee v o l u t i o na n da c t u a l i t v o fc a d a n dt h e p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y ，d i s s e r t a t e st h eb a s i ct h o u g h to fp a r a m e t r i cd e s i g n a n dt h et h e o r ya n di t sp r o g r a mo ft h er e a l i z a t i o n ，a n da p p l i e st h el a n g u a g e o fv i s a ll i s pa n dd c lo b e y e db yt h ew o r k i n gf l o wo fs o f t w a r ep r o j e c t ，w h i c h o p e nu pt h es y s t e m ：c h a s s i sp a r a m e t r i cd e s i g n e r l 0 t h i s s y s t e mc a nr e a l i z et h ep a r a m e t r i ca s s e m b l yo ft h ea u t o m o b i l e c h a s s i sa n da d j u s tt h ew h e e l b a s eb y d r a g g i n gt h em o u s eo rd r i v i n gt h e d i m e n s i o n t h es y s t e mc a na l s od i s p l a yt h ec h a n g ea b o u tt h ew h e e l b a s e i t m a k e saf i r mb a s ef o ru p g r a d eo ft h es y s t e m s o m e i d e a so ft h es y s t e mm a y s u p p l ym a n yr e f e r e n c e sf o ro t h e rd e v e l o p e r s a tt h es a m et i m e ，w it ht h e f u r t h e ru p g r a d ea n dd e v e l o p m e n t ，t h es y s t e mw i l l t u r nt ot h eh i g h l e v e l c o m m e r ci a l s y s t e m k e yw o r d s ：c a dc h a s s isg e n e r a a y o u tp a r a m e t ri c d e s i g n v is a lt l s p s e c o n d a r yd e v ei o p m e n t 第一章绪论 1 1c a d 与参数化技术的发展概况 c a d 技术起步于2 0 世纪5 0 年代后期。当时人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、 费时、绘制精度低的传统手工绘图。此时c a d 技术的出发点是用传统的三视图方 法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术。在c a d 软件发展初期，c a d 的含义仅仅是圈板的替代品，即：意指c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g ( o rd r a f t i n g ) 而非现在我们经常讨论的c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 所包含 的全部内容。c a d 技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到7 0 年代末期t 以 后作为c a d 技术的一个分支而相对单独、平稳地发展。早期应用较为广泛的是c a d & i 软件，近十年来占据绘图市场主导地位的是a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 软件。 第一次c a d 技术革命；曲面造型系统 6 0 年代出现的三维c a d 系统只是极为简单的线框式系统。进入7 0 年代，正值 飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面 问题，当时只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。 由于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计 者所想象的有很大差异甚至出现完全不同的情况。 此时法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时 变得可咀操作，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图 系统c a d a m 的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三 维曲面造型系统c a t i a 。它的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图 纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息。 曲面造型系统c a t i a 带来了第一次c a d 技术革命。 只有少数几家受到国家财政支持的军火商，在2 0 世纪7 0 年代冷战时期才有 条件独立开发或依托某厂商发展c a d 技术。例如： c a d k 由美国洛克希德( l o c h h e e d ) 公司支持 c a l m 由美国通用电气( g e ) 公司开发 c v 由美国波音( b o e i n g ) 公司支持 i - d e a s 由美国国家航空及宇航局( n a s a ) 支持 u g 由美国麦道( 肋) 公司开发 c a t i a 由法国达索( d a s s a u h ) 公司开发 汽车底盘的参数化设计 这时一些汽车业的巨人也开始摸索开发一些曲面系统为自己服务，如： 大众汽车公司s u 蟮 福特汽车公司p d g s 雷诺汽车公司e u c l i d 另外还有丰田、通用汽车公司等都开发了自己的c a d 系统。曲面造型系统带来的 技术革新，使汽车开发手段相对于旧的模式有了质的飞跃，新车型开发速度也大 幅度提高许多车型的开发周期由原来的六年缩短到只需约三年。c a d 技术给使用 者带来了巨大的好处及颇丰的收益，汽车工业开始大量采用c a d 技术。 第二次c a d 技术革命：实体造型技术 有了表面模型，c a m 的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达形体 的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对c a e 十分不利，最大的问题在于分析的前处理特别困难。基于对于c a d c a e 一体化技 术发展的探索，s d r c 公司于1 9 7 9 年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的 大型c a d g a 8 软件i d e a s 。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性， 在理论上有助于统一c a d 、c a e 、c a m 的模型表达，给设计带来了惊人的方便性， 它代表着未来c a d 技术的发展方向。可以说，实体造型技术的普及应用标志了c a d 发展史上的第二次技术革命。 第三次c a d 技术革命：参数化技术 正当实体造型技术逐渐普及的时候，c a d 技术的研究又有了重大突破。如果说 在此之前的造型技术都属于无约束自由造型的话，进入2 0 世纪8 0 年代中期，c v 公司内部提出了一种比无约束自由造型更新颚、更好的算法参数化实体造型 方法。从算法上来说，这是一种很好的设想，它主要具有以下特点：基于特征、 全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。 当时的参数化技术方案还处于一种发展的初级阶段，很多技术难点有待于攻 克。c v 公司内部展开了激烈的争论。由于参数化技术核心算法与以往的系统有本 质差别，若采用参数化技术，必须将全部软件重新改写，投资及开发工作量必然 很大。当时c a d 技术主要应用在航空和汽车工业，这些工业中自由曲面的需求量 非常大，参数化技术还不能提供解决自由曲面的有效工具( 如实体曲面问题等) 。 于是，c v 公司内部否决了参数化技术方案。 策划参数化技术的人员在新思想无法实现时，集体离开了c v 公司，另成立了 个参数技术公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p ) ，开始研制命名为p r o e 的 汽车底盘的参数化设计 参数化软件。早期的p r o e 软件性能很低，只能完成简单的工作， 但由于第一次 实现了尺寸驱动零件设计修改，使人们看到了它今后将给设计者带来的方便性。 2 0 世纪8 0 年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降。一个更加广 阔的c a d 市场完全展开，很多中小型企业也开始有能力使用c a d 技术。迸入2 0 世 纪9 0 年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件 设计上存在的简便易行的优势。可以认为，参数化技术的应用主导了c a d 发展史 上的第三次技术革命。 第四次c a d 技术革命：变量化技术 参数化技术的成功应用，使得它在2 0 世纪9 0 年代几乎成为c a d 业界的标准。 但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。经过数年对参数化技术的研 究以及对工程设计过程理解的积累，s d r c 的开发人员发现了参数化技术尚有许多 不足之处。首先，”全尺寸约束”这一硬性规定就于扰和制约着设计者创造力及想 象力的发挥。全尺寸约束，即设计者在设计初期及全过程中，必须将形状和尺寸 联合起来考虑，并且通过尺寸约束来控制形状，通过尺寸的改变来驱动形状的改 变。一切以尺寸( 即所谓的“参数”) 为出发点。一旦所设计的零件形状过于复杂 时，面对满屏幕的尺寸，如何改变这些尺寸以达到所需要的形状就很不直观；再 者，如在设计中关键形体的拓扑关系发生改变，失去了某些约束的几何特征也会 造成系统数据混乱。实事上，全约束是对设计者的种硬性规定。但欠约束能否 将设计正确进行下去? s d r c 的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数 化技术更为先进的实体造型技术变量化技术，作为今后的开发方向。 众所周知，已知全参数的方程组去顺序求解比较容易。但在欠约束的情况下， 其方程联立求解的数学处理和在软件实现上的难度是可想而知的。s d r c 的开发人 员攻克了这些难题，并就此形成了整套独特的变量化造型理论及软件开发方法。 在卜d e a sm a s t e rs e r i e s ( 以下简称i d e a sm s ) 软件系列中，变量化的理念是 按如下步骤步步实现的： i d e a sm sl ，用主模型技术统一数据表达，变量化构画草图； i - d e a sm s2 ，变量化截面整形； i d e a sm s3 ，变量化方程； i - d e a $ m s4 ，变量化扫掠( 曲面) ； i d e a sm s5 ，变量化三维特征，v g x 等。 变量化技术既保持了参数化技术原有的优点，同时又克服了它的许多不利之 墨兰塞墨塑查墼些堡兰 处。它的成功应用，为c a d 技术的发展提供了更大的空间和机遇。无疑，变量化 技术驱动了c a d 发展的第四次技术革命。 1 2c a d 、c a e 、c a m 技术在世界汽车工业中应用的现状 作为制造业的中坚力量，汽车工业一直是c a d c & m c a e 系统应用的先锋。c a d 技术的应用，有效地推动了汽车制造业的前进：汽车业的需求也极大地带动了c a d 技术的发展。 随着汽车产量的大幅度提升和保有量的相对固定，导致竞争加剧，使得每辆 汽车的利润大幅度下滑。如何在提高质量的前提下，在产品开发的每一个环节上 降低成本，成为汽车制造商孜孜以求的目标。而竞争的加剧，则更要求汽车制造 商要更快地将高质量的新车型推向市场。 因此，基于以上考虑，易学好用、设计分析制造一体化的软件一直备受企 业的青睐；同时，支撑整个企业产品信息的框架式软件产品数据管理系统 ( p d m ) ，也逐渐为众多的汽车制造商所接受。 近几年来，面对居高不下的生产成本和日渐削减的利润，汽车制造商们发现 盲目地引进种类繁多的、大量的软件未必能解决企业正在面临的问题。彻底改造 研发环境才是真正的出路。于是各大汽车制造商针对整个企业信息系统的改造计 划都在紧锣密鼓地酝酿之中。以下为几个主要的汽车制造商所提出的计划： 汽车制造商国家提出计划 福特美国“福特2 0 0 0 年”，c 3 p 项目 马自达日本“数字改造计划” 日产日本“业务过程革新” 雷诺法国“产品设计及生产环境重组” 日野日本“并行工程计划” 袭卜1 主要汽车制造商提出的信息系统改造计划 t a b l e i 一1p r o j e c t so fr e c o n s t r u c t i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m 1 9 9 3 年，福特汽车公司制定了面向2 1 世纪的“福特2 0 0 0 年”长远发展规划， 决定彻底改造自己的计算机应用状况。福特的目标是：一个新车型的开发周期从 目前的3 6 个月缩短到1 8 个月乃至1 2 个月；新车开发的后期设计修改减少5 0 ； 原型车制造和测试成本减少5 0 ；投资牧益提高3 0 。 福特希望用一个产品数据管理系统( p d m ) 把计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅 助工程分析( c a e ) 、计算机辅助制造( c 枷集成起来，融汇到个遍布全球的公用 汽车底盘的参数化设计 数据系统之中，即c 3 p ( c a d c a m c a e p d m ) 。这是c 3 p 概念在整个汽车工业界第一 次正式提出。 历经各个历史阶段的选型与积累，福特内部使用着多种c a d 系统：大量的 c a d d s 5 与c a t i a ，还有一些p t c 公司和s d r c 公司的产品，主要系统是自己开发的 p d g s 系统。由于庞大的设计工作量，在各个系统之间进行数据交换常常浪费大量 时间，同时还会产生数据丢失的现象；有时为了找到自己所需要的数据往往要化 费很多时间和精力，还经常发生数据混乱现象。福特下决心以c 3 p 为标准，在全 球c a d 行业中选出一个适合自己的、高度集成的核心式主流软件系统，实现一致 性的设计分析$ f j 造数据表达。 福特决定依托一种商用c a d 系统，然后将p d g s 的功能向它移植。整个选型过 程持续了两年时间，几乎世界上所有的大型c a d 软件供应商都加入了竞争的行列。 最后的竞争主要集中在p t c 和s d r c 的软件产品上。 经过反复比较，充分论证，福特汽车公司最终选择了s d r c 作为其长期合作伙 伴：选择i d e a sm a s t e rs e r i e s 作为其主流核心软件，以集成其它c a d 系统上的 开发成果；选择m e t a p h a s es e r i e s 作为其全企业信息系统的集成框架。 经过严格的评审和适量的考题测试，福特汽车公司得出了以下的结论：i d e a s m a s t e rs e r i e s 是很好的机械工程软件体系。s d r c 能给设计者提供更大的方便性 和创造空间，其技术的发展更具潜力；s d r c 提供c 3 p 解决方案的综合实力是目前 世界上最强的，p t c 尚不具备完善的c 3 p 能力；s d r c 由于多年从事技术服务和咨 询工作，对于工程的理解以及解决工程实际问题的能力较强；所以最终选择s d r c 作为长期战略合作伙伴，双方签订了高达2 1 亿美元的合同。福特及其配件厂商 将在2 0 0 0 年底以前从s d r c 公司购买约1 5 ，0 0 0 套i d e a sm a s t e rs e r i e s 软件和 约1 2 ，0 0 0 套的m e a p h a s es e r i e s 软件的使用权，这成为世界c a d 发展史上迄今 为止最大的一次采购合同。这次选型是一次颇具代表性的c a d 选型，对整个业界 产生了深远的影响。 伴随着大型汽车制造厂商开始选择主流软件的浪潮，很多汽车企业开始启动 了自己的选型计划。他们各自的选型方式皆有不同，但福特所列的选型要点却都 考虑在内。相近的选型要点必然得出类似的选型结果。在近几年这些新的大型选 型过程中，s d r c 公司赢得了约8 0 的合同。 1 3 我国的c a d 技术应用现状及本文的研究内容 1 3 1 我国c a d 技术应用的现状 壅兰堕垄塑垄茎些堡生 一 我国c a d c a m 技术的研究起步于2 0 世纪7 0 年代，当时仅有少数大型企业和 科研单位及部分高校参加，进展速度很慢。近年来，由于改革开放和国内外市场 激烈竞争形势的不断发展，促使我国科技人员采用新技术的积极性不断高涨， c a d c a m 技术的优点逐渐被更多的人所接收。近几年来，c a d 技术在我国的应用有 了较快的发展，主要表现在以下几个方面： 第一：少数大型企业已经建立起较完整的c a n c a m 系统并获得较好的效益 几年来，少数大型企业在某( 和某些) 专业领域大胆应用c a d c 蛳技术后， 真正提高了产品质量，缩短了生产周期，取得了较好的社会经济效益。这些企业 认识到了c a d c a l i l 技术是提高生产效益必不可少的条件之一。 第二：中小企业开始使用c a d c a m 技术 进入2 0 世纪9 0 年代后，国家各工业部门都十分重视推广应用c a d e 舢f 技术， 制定了发展计划，并对所属企业提出了具体要求。另外，少数大型企业采用c a d c a m 技术后产生的明显的经济效益，对中小企业的影响十分巨大。它们首先应用微机 和相应的微机c a d 软件组成c a d 系统，进行机电产品的设计和工程图纸的绘制， 与传统设计方法相比提高了效率。同时，应用范围也不断扩大，而且逐步深化。 有的企业在原有的基础上还计划引进工程工作站和数控机床，实现c a d 和数控加 工相组合。 第- - ：我国己自行开发了大量实用的c a d c 脒软件 从2 0 世纪7 0 年代中后期起，国内些高等院校和科学院的研究所以及一些 大型企业在c a d c a m 技术领域内进行了大量的研究工作，自行开发了一些实用的 c a d c a m 软件。由于这些软件价格比较便宜，维护和培训较方便，所以便于推广应 用。 第四：国内计算机生产厂商已能为c a d c a m 提供微机和工程工作站 现在国内市场上提供的微机价格比较便宜，性能也基本能够满足需要，不仅 可以满足绘, j - - 维工程图纸的要求，而且还可以做三维几何造型和复杂运算的工 作。工程工作站的价格也很便宜，而性能比微机好得多。这为推广应用c a d c a m 技术提供了一个良好的条件。 第五：引进国外成套的c a d c a m 设备 一些经济效益好的企业从国外引进一些成套的功能较强的c a d c a m 系统，这 对提高我国c a d c a m 技术的水平是十分有用的。 我国在c a d c a m 技术的普及方面已经取得了定的成绩，但是这还远远不够。 6 汽车底盘的参数化设计 甚至可以说，目前我国企业对c a d c 脒技术的普及应用程度还很低，在几年前“甩 图板”工程的带动下，计算机出图率有较大的提高，但企业在使用c a d c a m 技术 的水平和效率方面仍然很低，多数没有体现计算机辅助设计这个概念，顶多也就 是把图板上的工作原原本本移到了计算机屏幕上。制造企业竞争力的根本来源是 设计生产水平的提高，而在观念上的转变将是关系我国企业与世界接轨的关键因 素。 我国的c a d 技术的应用也存在很大问题。在我国，c a d c a m 研究普遍存在着科 研水平较高，商品化程度低的特点，很多科研成果不能及时转换为生产力，这样， 长期以来进口软件便成为唯一的选择。许多企业上了c a d c 删项目，有的投资额 高达数百万元，购置了当时较为先进的工作站、小型机系统，但现在绝大多数都 已柬之高阁，造成了大量人力、物力的浪费。 近年来，情况有了转机。国产c a d c m 技术得到了长足的发展，大批优秀国 产c a d c 埘软件推向市场，它们不仅在技术上已经接近或达到世界先进水平，而 且在价格、使用习惯和技术支持上更有进口软件难以比拟的优势。原国家科委提 出“甩图板”号召以来，设计人员使用自主版权的国产c a d c a m 软件己成为大势 所趋。目前，在二维软件方面，国产c a d c a m 软件主要有两个发展方向：一是自 主平台的c a d c 蜘软件，二是基于国外优秀平台软件的二次开发软件( 主要是基 于a u t o c a d ) ，这两方面的应用软件基本上占领了国内绝大部分的二维应用软件市 场；在三维软件方面，国内也推出了一些较为优秀的产品，但是毕竟由于时间的 限制和应用经验的缺少，与国外优秀的三维软件相比，国产三维c a d c a m 软件还 需要在功能和实用性方面做更多的工作才行。 1 3 2 本文的研究内容 本文的主要研究任务是以美国a u t o d e s k 公司开发的h u t o c a d 2 0 0 0 为支撑平 台，利用a u t o c a d 软件内置的第三代二次开发工具v i s a ll i s p 语言为软件编程语 言开发通用的汽车底盘参数化设计系统c h a s s i sp a r a m e t r i cd e s i g n e r1 0 。 本参数化系统可以初步实现以下几方面功能： 第一：在汽车底盘各大总成部件图纸齐全的情况下。利用弹出式对话框或a u t o c a d 命令行提示输入的方式逐步引导设计人员完成将汽车底盘总成部件自动装配成完 整汽车底盘装配图的过程。本系统可以分别装配汽车底盘的主视图和俯视图，在 装配部件的定位方式上可以有在对话框中输入坐标值和直接在屏幕上选点两种方 式可供设计人员选择。 7 汽车底盘的参数化设计 第二：在装配过程中，本系统可以允许设计人员实时地监控系统的装配并能及时 地修正自己输入的装配参数以调整装配过程，使系统按照设计人员的真正意l 虱进 行装配。 第三：本系统可以在对汽车底盘总成部件图进行简单处理的基础上，实现用鼠标 拖动来修改己装配好的汽车底盘的轴距而系统自动绘出新的汽车底盘装配图以供 设计人员进行布置参考，或形成加长轴距或缩短轴距的系列汽车底盘的装配图。 省去设计人员重复画图的大鼍工作极大的提高了设计糟壅。 第四：本系统可以在对汽车底盘总成部件图进行简单处理的基础上，实现设计者 根据a u t o c a d 命令行提示语键入需要汽车底盘轴距变化的变化量，然后根据这个 变化量系统重新绘出轴距变化后的汽车底盘装配图。即实现了以尺寸驱动改变汽 车底盘装配图的轴距以供设计者布置参考，或形成加长或缩短轴距的系列汽车底 盘装配图。 第五：在汽车底盘装配完成后，系统可以显示己装配的汽车底盘的轴距供设计人 员参考。 第七：在汽车底盘装配完成后，系统可以显示已装配的汽车底盘传动轴倾角供设 计人员参考。 第八：在设计人员调整汽车底盘装配图轴距时，系统能同步实时地显示轴距的当 前值，以使设计人员清楚地知道当前底盘的轴距值。 第九：在设计人员调整汽车底盘装配图轴距时，在同一尺寸链上的底盘传动轴倾 角必然发生相应的变化，所以系统需要能够同步实时地显示传动轴倾角的当前值， 以使设计人员清楚地知道当前传动轴的倾角值。 本系统的界面基本上与工程人员所熟悉的a u t o c a d 界面十分相似。系统主要 利用命令行提示输入方式辅以弹出式对话窗口来提示用户如何操作从而完成人机 对话。由于弹出式对话窗口是运用a u t o c a d 内置的d c l 语言编写的所以和a u t o c a d 的标准弹出式对话窗口的风格一致。因为本系统界面遵循了a u t o c a d 的界面原则， 所以设计人员即使初次使用也不会有陌生的感觉，再加上每一步操作之前系统都 会提示用户如何操作或选择，可以说本系统具有很强的交互性和直观性，用户上 手极快，不需要耗费大量时间来熟悉系统。 b 汽车底盘的参数化设计 第二章参数化设计的基本思想与实现工具介绍 2 1 参数化设计的基本思想以及在底盘总布置中的实现 2 1 1 参数化设计的基本思想 在传统的设计过程中，零部件的几何模型是用固定尺寸值得到的，所以零部 件的结构形状的修改比较麻烦，即使一个小的细节的修改都可能需要重新绘图。 所谓参数化设计即是在设计中产品的结构形式是确定的情况下，它需要根据某些 具体的条件和具体的参数来决定产品某一结构形式下的结构参数，从而设计出不 同规格的产品。它的基本任务就是完成将原始图形中的形式参数用符合设计图形 的具体结构参数数值来代替，其具体结构参数的数值又与具体产品有关。参数化 程序设计的基本过程是：创造原始图形；确定绘图参数；由专业知识确定原始图 形参数与具体结构参数之间的关系；产生设计图纸及相关文档。其整个过程需要 数据库及数据库管理系统对各种数据、图形进行存储及管理。利用参数化技术进 行设计可以十分容易的修改图形，并能将以往的某些产品设计的经验和知识继承 下来。设计人员就可以把时间、精力集中于更富创造性的概念和整体设计上去， 因此可以充分发挥创造力，提高设计效率。 2 1 2 参数化设计在底盘总布置设计中的实现 底盘总布置的参数化设计就是用尺寸参数控制底盘各总成的位嚣，实现不同 的布置方案。我们在布置设计中只需改变某总成的位置或更换某一总成或仅加长 轴距时，该技术会在较短时间良完成一幅新的总布置圉，既快速又形象直观。底 盘参数化设计的过程如图2 一l 图2 一l 底盘总布置参数化设计过程 f i g 2 - lp a r a m e t r i cd e s i g nf l o wc h a r to fc h a s s i sg e n e r a ll a y o u t 汽车底盘的参数化设计 2 1 2 1 底盘坐标系及总成坐标系的建立 底盘总布置设计中需要建立底盘坐标系以确定在装配时总成部件的位置尺 寸，而总成的自身坐标系是用于为总成在底盘坐标系定位时提供一个自身的基准。 如此以来，如果要修改总成在底盘的位置时只需修改总成在底盘坐标系下的坐标 参数即可。若在三维环境下进行布置设计，两个坐标系通常应是同一类型的坐标 系以便于定位方便，一般采用右手直角坐标系。 2 i 2 2 零部件参数化模型的建立 底盘总布置设计的首要任务是确定底盘各总成的基本结构形式和空间位置， 在只考虑零部件主要尺寸的前提下，进行总成及零部件的空间位置及基本结构的 动态修改。因此，首先需要忽略一些细节参数抽取各个零部件的总体参数，即与 总布置有关的基本结构参数。这些参数可分为两类：( 1 ) 形体参数：它决定总成部 件的大小与形状；( 2 ) 位置参数：它决定总成部件的布置方位。通过这些总体参数 可以控制零部件的简化模型，进行变量化，参数化设计。同时还应该建立零部件 参数化的模型图库。 2 1 2 3 参数化底盘总体装配的实现 2 1 2 3 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，底盘是由许多零部件装配而成，而这些零部件又是由一 些子零部件装配而成，这样就形成了一个树型关系，即装配关系树。在建立底盘 装配模型之前，首先要弄清和建立好参数化底盘总体装配的树型结构。这个装配 关系树的根节点就是要建立起来的底盘装配文件，各大总成作为这个关系树的一 级节点。些复杂的总成如车架总成等还会包含二级、三级等节点。节点之间的 关系是由一层层的父节点与子节点之间的参数关联相联系。父节点与子节点之间 的参数关联是通过其尺寸参数和位置参数表示出来的。一般的底盘总体装配关系 树的结构如图2 2 所示： i o 壅兰塞垄塑墨墼些堡盐 图2 2 底盘总体装配树型结构示意图 f i g 2 - 2a s s e m b l yt r e eo fc h a s s i s 2 1 2 3 2 总成及零部件的装配方式 在进行底盘总体装配时，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，约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。 2 1 2 3 3 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，因此一个总成部 件的形位参数发生变化基本上都会影响到其它各总成部件在底盘坐标系中的绝对 位置，从而使整个底盘的布置格局发生变化。如果要使一个总成部件的形位参数 发生变化后，其它总成部件的形位参数也能做出相应的调整，就应该建立一系列 装配尺寸链。利用这些装配尺寸链来表示各总成部件间相互位置的动态关系，就 可以实现装配修改的自动化。在底盘总布置图中，通常只有主视图和俯视图。其 中主视图的尺寸链应包括上下位置和前后位置两个尺寸链，俯视图应包括左右位 置和前后位置两个尺寸链。两个视图中的前后位置尺寸链因为都表示同一个底盘 纵向位置的依存关系，所以应该完全一致，如图2 3 所示。 在底盘的这些尺寸链当中，“发动机一离合器一变速箱一传动轴一后车桥”这 一局部尺寸链是最为复杂的。当其中某一个部件的形位参数发生变化时，其余部 件的位置也会随之发生变化，这样其位置参数就会产生一个变化量，不管是哪个 位嚣尺寸链，这个变化量都要由传动轴的长度与角度的变化量来抵消。从而保证 了尺寸链上的各部件在一个发生变化时，其它部件的位置会自动做出合适的调整 不会出现干涉现象。 壅至塞墨竺查壅些堡茎 图2 - 3 前后位置尺寸链 p i g 2 - 3d i m e n s i o nc h a i no fl o c a t i o n 2 1 z 4 干涉检查与运动校核 在进行总布置设计时，一项重要的工作就是对装配件进行干涉检查和对相对 运动的零部件迸行运动校核，其中包括发动机与前车桥之间的运动间隙校核和前 轮转向时运动间隙的校核。 2 i 2 4 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。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 来达到调整它们之间相对位置的目的。 2 1 _ 2 4 2 前轮转向的运动问隙校核 前轮转向的运动校核是总布置设计中的一项基本工作。这是为了检查转向轮 与纵拉杆、车架间的运动间隙是否合适。如果发现转向轮与车架的运动干涉问题， 可以通过减小车架的宽度，增大前轮距等方法加以解决。 2 1 2 5 关于支持参数化设计的数据库 数据库是底盘参数化设计系统中的一个重要组成部分，它的数据结构和存储 特性的好坏对底盘参数化设计工作会产生重大影响。 2 1 2 5 1 底盘零部件参数化模型库 底盘零部件参数化模型库对于提高装配设计效率和己设计零部件使用率具有 汽车底盘的参数化设计 很大作用，它实质上就是一个存储各种零部件参数化图形的图形库，其中的零部 件能够表示底盘零部件的常见结构，模型的总体参数要实现参数化。建立这个数 据库的一项重要工作是创造原始图形。原始图形是参数化设计的母图形。创建它 有两种方法。第一种方法是采用“哑图”，即事先将图形绘制好存入图库以供调用。 此方法图形生成快，无需编制绘图程序但不能生成原始图形的子变形图。第二种 方法是利用“活图”。所谓“活图”就是在绘图平台下利用图形参数作驱动，直接 绘制图形。它的优点是在一个原始图形下可以生成多个含不多于原始图形参数个 数的衍生图形。该模型库应该是个开放的体系以便设计者可不断地添加新的零部 件模型。在模型库建成后设计者就可以直接调用库中模型进行参数修改，极大地 提高了效率。 2 1 2 5 2 底盘设计的标准库 在进行设计时，设计者通常需要查阅大量的相关法规和设计准则。满足技术 法规和遵循设计准则是设计的最基本要求。手工查阅费时费力而且有时因资料有 限无法全面查阅给设计工作造成不便。如果能将底盘设计的相关国家标准、i s o 标 准和设计准则集成到一个数据库中，辅以强大的查询、增删功能将极大地提高设 计效率。 2 2a u t o c a d 的三代二次开发工具 a u t o c a d 是目前微机上应用最为广泛的通用交互式计算机辅助绘图与设计软 件包。a u t o c a d 的强大生命力在于它的通用性和开放的体系结构。不同的行业标准 使得各领域在使用a u t o c a d 的过程中均需根据自身特点进行定制或开发。h u t o d e s k 公司为满足广大用户的需求，自a u t o c a dv 2 1 8 版至a u t o c a d 2 0 0 0 的短短十几年 间，就相继推出了三代二次开发工具，可以说，a u t o c a d 的通用性为其二次开发提 供了必要条件，而a u t o c a d 开放的体系结构则使其二次开发成为可能。 第一代开发工具：a u t o l i s p a u t o l i s p 是1 9 8 6 年随a u t o c a dv 2 1 8 提供的二次开发工具。它是一种人工智 能语言，是嵌入a u t o c a d 内部的c o m m o nl i s p 的一个子集。在a u t o c a d 的二次开 发工具中，它是唯一的一种解释型语言。使用a u t o l i s p 可直接调用几乎所有的 a u t o c a d 命令。 a u t o l i s f 语言最典型的应用之一是实现参数化绘图程序设计。包括尺寸驱动 程序和鼠标拖动程序等。另一个典型应用就是驱动a u t o c a d 提供p d b 模块构成d c l ( d i a l o gc o n t r o ll a n g u a g e ) 文件，创建自己的对话框。 汽车底盘的参数化设计 第二代开发工具；a d s a d s ( a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ) 是a u t o c a dr il 开始支持的一种基于c 语言的灵活的开发环境。a d s 可直接利用用户熟悉的c 编译器，将应用程序编译成 可执行文件后在a u t o c a d 环境下运行，从而既利用了a u t o c a d 环境的强大功能， 又利用了c 语言的结构化编程、运行效率高的优势。 第三代开发工具：v i s u a ll i s p ，a r x 及基于a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的v b a 等 1 v i s u a ll i s p ( v l i s p ) v l i s p 是a u t o l i s p 的换代产品。它与a u t o l i s p 完全兼容，并提供它所有的功 能，是新一代的a u t o c a dl i s p 语言。v l i s p 对语言进行了扩展，可以通过m i c r o s o f t a c t i v e xa u t o m a t i o n 接口与对象交互。同时，通过实现反应器函数，还扩展了 a u t o l i s p 响应事件的能力。作为开发工具，v l i s p 提供了一个完整的集成开发环 境( i d e ) ，包括编译器、调试器和其他工具，可以提高二次开发的效率。另外， v l i s p 还提供了工具用于发布独立的应用程序。 2 a r x a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ) 是a u t o c a dr 1 3 之后推出的一个以c + + 语言为基础的面向对象的开发环境和应用程序接口。a r x 程序本质上为w i n d o w s 动 态链接库( d l l ) 程序，与a u t o c a d 共享地址空间，直接调用a u t o c a d 的核心函数， 可直接访问a u t o c a d 数据库的核心数据结构和代码，以便能够在运行期间扩展 a u t o c a d 固有的类及其功能，创建能够全面享受a u t o c a d 固有命令特权的新命令。 a r x 程序与a u t o c a d 、w i n d o w s 之间均采用w i n d o w s 消息传递机制直接通讯。在 a u t o c a dr 1 4 的开发环境中a d s r x 是a r x 的一个子集，它等效于a d s 。使用a d s r x ， 能够用c 语言编写基于a u t o c a d 的程序，也能很方便地将a d s 程序移植为a r x 程 序。 可以说，v l i s p 着眼于应用程序的交互性，a d s c c + + 着眼于应用程序的综合性， 而a r x 则着眼于应用程序的智能性。 3 基于a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的v b a 等开发工具 a c t i v e xa u t o m a t i o n 是一套微软标准，以前称为o l ea u t o m a t i o n 技术。该标 准允许通过外显的对象由一个w i n d o w s 应用程序控制另一个w i n d o w s 应用程序， 这也是面向对象编程技术的精髓所在。a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的完全面向对象 化编程的特点，使其开发环境具备了强大的开发能力和简单易用的优良特点，开 发工具的选择也具有很大的灵活性。所以，利用a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术，是极 1 4 汽车底盘的参数化设计 具潜力的一种开发手段。 目前，第一代的a u t o l i s p 己能被第三代的v l i s p 完全替代，第二代的a d s 在 a u t o c a d 2 0 0 0 中已不再支持，所以，第三代开发工具将成为今后a u t o c a d 二次 开发的必然选择。本文所论述的汽车底盘参数化设计系统c h a s s i sp a r a m e t r i c d e s i g n e rl _ 0 因为需要大量的信息交换步骤，所以采用了第三代开发工具中的 v i s u a ll i s p 来进行程序开发。 汽车雇盘的参数化设计 第三章参数化设计的程序实现方法 3 1 实现方法的总体概述 实现参数化程序绘图设计是使用v i s a ll i s p 语言进行a u t o c a d 二次开发的一 个典型的也是最重要的应用。参数化绘图分鼠标拖动和尺寸驱动二种。所谓鼠标