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滑移門系統(tǒng)平順性分析

2020-04-29 23:05:30·  來源：上汽安全與CAE技術(shù)  
　
0引言當(dāng)下，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展與市場競爭的日趨激烈，汽車行業(yè)也更加注重細(xì)分市場，為了滿足消費(fèi)者對(duì)于不同功能和外觀的需求,汽車市場出現(xiàn)了大量的MPV（Mul
0 引言
當(dāng)下，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展與市場競爭的日趨激烈，汽車行業(yè)也更加注重細(xì)分市場，為了滿足消費(fèi)者對(duì)于不同功能和外觀的需求,汽車市場出現(xiàn)了大量的MPV（Multi-PurposeVehicle）。MPV后門往往采用滑移門，以達(dá)到增加車門開度，減小車門開啟后占用的外部空間與方便乘載的目的。
為了保證客戶在使用滑移門過程中的順暢性手感，在設(shè)計(jì)滑移門系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的時(shí)候就要考慮其自身運(yùn)動(dòng)的平順性要求。目前，各大主機(jī)廠通?；趧?dòng)力學(xué)仿真技術(shù)來進(jìn)行滑移門平順性設(shè)計(jì)。
1 滑移門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
車載滑移門系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌、走輪臂、緩沖機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)及車門組成，滑移門系統(tǒng)組成分布如下圖所示：
 
圖1 滑移門系統(tǒng)組成圖（圖片源自文獻(xiàn) [2]）
滑移門系統(tǒng)一般布置上、中、下三根導(dǎo)軌。一般而言，上導(dǎo)軌在滑移門運(yùn)動(dòng)過程中起導(dǎo)向作用，因此，上導(dǎo)軌僅設(shè)計(jì)導(dǎo)向面；中下導(dǎo)軌在滑移門運(yùn)動(dòng)過程中起導(dǎo)向和承載作用，因此，導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含導(dǎo)向面與承載面。
 
圖2 導(dǎo)軌空間布置及走勢示意圖
（圖片源自文獻(xiàn)[3]）
走輪臂（滑移門鉸鏈）是車身與車門的連接件，在滑移門開/關(guān)過程中，沿導(dǎo)軌進(jìn)行滑動(dòng)，保證車門按照既定軌跡運(yùn)動(dòng)。
 
 
 
圖3 上中下走輪臂（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）
2 滑移門動(dòng)力學(xué)建模
2.1 滑移門部件建模
對(duì)于需要獲取零件幾何的結(jié)構(gòu)，可以直接從滑移門系統(tǒng)的三維數(shù)模中導(dǎo)出結(jié)構(gòu)的幾何文件。由于Adams的主參考系與三維軟件（Catia、UG等）的主參考系一致，因此，可以將零件的幾何文件直接導(dǎo)入Adams中即可完成剛體建模。
 
圖4 幾何文件導(dǎo)入建模
此外，在動(dòng)力學(xué)建模過程中可視滑移門系統(tǒng)部件受力以及變形情況將部分零部件柔性化，利用模態(tài)中性文件建立剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，以提升仿真精度。
 
圖5 零部件柔性化流程
2.2 滑移門約束建立
根據(jù)滑移門實(shí)際運(yùn)動(dòng)關(guān)系對(duì)各零部件施加約束，對(duì)于滑移門系統(tǒng)而言，滑移門約束類型可大致分為運(yùn)動(dòng)副約束與接觸約束。
  • 運(yùn)動(dòng)副約束
滑移門的三根導(dǎo)軌通過固定副與車身連接，在鉸鏈銷軸處建立旋轉(zhuǎn)副用以模擬各走輪臂陰陽臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；滾輪與滾輪銷處同樣建立相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)副用以模擬滾輪繞滾輪銷的轉(zhuǎn)動(dòng)。
  • 接觸約束
滑移門系統(tǒng)需建立滾輪與導(dǎo)軌之間的接觸，才能保證車門沿著預(yù)定軌跡正常運(yùn)動(dòng)。Adams提供兩種算法用以計(jì)算接觸：罰函數(shù)法（Restitution）與沖擊函數(shù)法（Impact）。罰函數(shù)法對(duì)于接觸過程的持續(xù)時(shí)間較為敏感，對(duì)于包含較多接觸事件的仿真結(jié)果不是很理想，因此選用沖擊函數(shù)法計(jì)算滾輪與導(dǎo)軌間的接觸力。
 
圖6 接觸碰撞模型示意圖
2.3 滑移門驅(qū)動(dòng)加載
開啟過程在門把手處除了施加整車X向作用力以外，在開啟初段施加整車Y向作用力將滑移門從全關(guān)位置拉出。關(guān)閉過程僅在門把手處施加整車X向關(guān)門力。Adams中通過自定義Step函數(shù)控制開/關(guān)門力的大小及變化形式。
 
 
圖7 Adams中滑移門開/關(guān)門力設(shè)置
3 滑移門平順性分析
滑移門多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型搭建完成后，建立與滑移門動(dòng)力學(xué)性能相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的測量，并與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而修正滑移門動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)一步提升仿真精度。
 
 
 
圖8 開啟動(dòng)圖關(guān)閉動(dòng)圖全開入鎖動(dòng)圖
滑移門系統(tǒng)的平順性是指在開/關(guān)過程中保持運(yùn)動(dòng)順暢性與手感一致性的性能。目前，滑移門系統(tǒng)平順性分析常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含以下幾類：
  • 基于滑移門質(zhì)心速度的評(píng)價(jià)方法
滑移門開/關(guān)過程中質(zhì)心速度可以直接體現(xiàn)滑移門運(yùn)動(dòng)輕便性，相同輸入的情況下，滑移門開/關(guān)速度越快，平順性水平越高；
  • 基于滑移門滾輪載荷的評(píng)價(jià)方法
滑移門運(yùn)動(dòng)過程中，滾輪與導(dǎo)軌內(nèi)壁持續(xù)接觸摩擦，導(dǎo)向輪承受的接觸力過大或頻繁突變往往會(huì)導(dǎo)致滑移門運(yùn)動(dòng)卡滯，加速滾輪、走輪臂磨損，影響平順性的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致零件壽命加速衰減。
  • 基于滑移門系統(tǒng)能量損失的評(píng)價(jià)方法
滑移門運(yùn)動(dòng)過程中，滾輪與導(dǎo)軌接觸摩擦，在相同開/關(guān)門力作用的情況下，滑移門克服摩擦損耗做功越小，滑行速度越快，平順性水平更高。
4 總結(jié)
滑移門系統(tǒng)復(fù)雜，零部件繁多，主要組件結(jié)構(gòu)對(duì)于滑移門開/關(guān)平順性影響較大。在早期設(shè)計(jì)階段，通過建立較為完備的滑移門多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合市面上消費(fèi)者日常使用滑移門系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，針對(duì)關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善滑移門平順性水平，提升產(chǎn)品市場競爭力。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉鵬飛. 汽車滑移門系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和多剛體動(dòng)力學(xué)建模與參數(shù)優(yōu)化[D]. 上海交通大學(xué), 2013.
[2] 邢瑞. 中鉸鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)滑移門平順性影響研究及優(yōu)化[D]. 湖南大學(xué), 2018.
[3] 陳峰. 汽車滑移門滑軌設(shè)計(jì)[C]. 2012年海南機(jī)械科技學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)交流論文集. 2012.
[4] 蔣東升, 杜國省, 李永生, et al. 基于Adams／View的汽車滑移門動(dòng)力學(xué)仿真分析[J]. 計(jì)算機(jī)輔助工程, 2013, 22(A01):8-10.
[5] 高云凱, 馬干干, 杜倩倩.滑移門系統(tǒng)剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)特性研究[J]. 汽車技術(shù), 2016, 000(009):1-3,8.
 
 
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