宋　凱　劉九五　成艾國

湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙，410082

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考慮裝配誤差的車門關(guān)閉力計(jì)算

宋凱劉九五成艾國

湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙，410082

摘要：針對由裝配誤差引起的車門關(guān)閉力預(yù)測不準(zhǔn)確問題，提出了一種計(jì)算精確車門關(guān)閉力的方法。該方法首先建立車門關(guān)閉過程中各部件相應(yīng)的力學(xué)模型，在影響關(guān)閉力大小的幾個(gè)因素中以門鎖為例，通過蒙特卡羅模擬得到車門裝配過程中門鎖位置誤差的概率分布統(tǒng)計(jì)，然后在計(jì)算關(guān)閉力的數(shù)學(xué)模型中結(jié)合門鎖位置裝配誤差，得到車門關(guān)閉力的概率分布結(jié)果，最后對樣車進(jìn)行關(guān)閉力測試，試驗(yàn)結(jié)果表明考慮裝配誤差的車門關(guān)閉力的計(jì)算精度明顯提高。

關(guān)鍵詞：關(guān)閉力；裝配誤差；蒙特卡羅模擬；力學(xué)模型

0引言

如今的消費(fèi)者對汽車乘坐的舒適性要求越來越高，所以汽車制造廠也在尋求提高汽車舒適性并且能符合國家標(biāo)準(zhǔn)的方法。根據(jù)JDPOWER的市場調(diào)查，開關(guān)門力大始終是顧客抱怨最多的質(zhì)量問題之一[1]。車門關(guān)閉力也就是關(guān)緊車門需要的最小能量，對于現(xiàn)在的汽車品牌形象是非常重要的，我們常常把車門關(guān)閉的舒適性看作汽車制造廠制造水平的一種表征。而車門關(guān)閉力的預(yù)估一直是國內(nèi)汽車廠商的弱項(xiàng)，如果能在設(shè)計(jì)制造前期估算出有效的關(guān)閉力大小，這對于改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)、提高乘車舒適性有較大的幫助。

近幾年國內(nèi)外學(xué)者在車門關(guān)閉力方面進(jìn)行了許多有效的研究工作。文獻(xiàn)[1-2]通過ADAMS建立車門系統(tǒng)仿真模型來模擬計(jì)算車門關(guān)閉速度以及車門系統(tǒng)與車門關(guān)閉力變化的相互關(guān)系；Qiu等[3]用有限元模型來模擬計(jì)算車門關(guān)閉速度；文獻(xiàn)[4-5]通過建立車門各部件關(guān)門過程中消耗能量的數(shù)學(xué)模型來求得車門的關(guān)閉力大小，其計(jì)算結(jié)果具有一定的精確度。

以往的研究中主要將車門系統(tǒng)(包括車門內(nèi)外板及附件，其中附件有鉸鏈、密封條、門鎖等)視為理想模型，并沒有將車門系統(tǒng)的制造裝配誤差這一影響因素考慮在內(nèi)，所得的車門關(guān)閉力大小與試驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定偏差。蒙特卡羅模擬方法是通過大量的隨機(jī)樣本實(shí)驗(yàn)歸納出統(tǒng)計(jì)結(jié)果的一種概率統(tǒng)計(jì)分析方法，通過抽樣理論近似求解數(shù)學(xué)、物理及工學(xué)問題。本文利用蒙特卡羅模擬得到較精確的車門系統(tǒng)裝配誤差估算值，并將裝配誤差值代入計(jì)算關(guān)閉力的數(shù)學(xué)模型中，得到車門關(guān)閉力大小結(jié)果。將該方法計(jì)算得出的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，證明了該方法的有效性。

1車門關(guān)閉力的計(jì)算模型

1.1車門關(guān)閉過程耗能情況分析

車門關(guān)閉力定義為使車門從最大開啟位置到達(dá)車門鎖鎖緊位置需要的能量。從車身其他部件都處于靜止?fàn)顟B(tài)開始，將門打開至最大位置，然后給車門一個(gè)推力，使車門能克服限位器的阻力，繞鉸鏈軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，最后車門鎖與車身鎖扣鎖緊，車門貼緊B柱，運(yùn)動(dòng)結(jié)束。車門系統(tǒng)的每個(gè)部件都有能量消耗，我們需要模擬計(jì)算出不同部件所消耗的能量，再將所得到的各個(gè)部件所消耗能量的和作為車門關(guān)閉所需的能量。

在車門關(guān)閉的過程中，靠鉸鏈支持車門關(guān)閉時(shí)車門的重量，鉸鏈?zhǔn)冀K是在克服摩擦力做功，所以可以通過計(jì)算摩擦力得到鉸鏈消耗的能量。當(dāng)車門鎖門閂與鎖扣開始接觸時(shí)，車門鎖就對車門有反作用力，車門鎖所消耗的能量主要包括門閂的扭矩以及鎖扣摩擦耗能與門鎖完全扣上里面的彈簧需要消耗的能量。在門鎖開始做功的同時(shí)，車門四周的密封條開始?jí)嚎s，我們可以根據(jù)密封條的受壓變形特性(CLD)曲線以及它的壓縮量來計(jì)算得到密封條消耗的能量。最后，隨著車門的關(guān)閉，一部分空氣被壓縮進(jìn)車艙，這部分空氣由于迅速壓縮，也會(huì)對車門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻力，我們稱之為空氣阻力。

所以影響車門關(guān)閉好壞的因素有很多，包括密封條和門鎖的阻力、空氣阻力以及車門的慣性等。其中影響最大的是密封條的阻力以及空氣阻力。在關(guān)門過程中，限位器雖然在開始有一定的阻力，但整個(gè)過程中它的正功和負(fù)功可以抵消，基本不做功。

為了預(yù)估車門關(guān)閉所需要的最低能量，車身的幾何以及物理參數(shù)應(yīng)該測量精確，預(yù)估的最低關(guān)門能量也是評(píng)價(jià)車門關(guān)閉好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。

1.2車門關(guān)閉過程的耗能模型構(gòu)建

車門關(guān)閉過程主要有五部分耗能，分別是門重耗能、鉸鏈耗能、密封條耗能、門鎖耗能、空氣阻力耗能。

1.2.1門重耗能模型

能量消耗首先考慮鉸鏈以及車門的重量。門重以及鉸鏈軸會(huì)通過勢能來影響能量的消耗，通常來講鉸鏈軸不是精確垂直的，這樣門重就會(huì)繞鉸鏈軸產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩Tw，使車門能在重力的作用下自動(dòng)關(guān)閉，車門打開時(shí)受力情況如圖1所示。

圖1　車門受重力影響情況

鉸鏈軸與垂直面的角度會(huì)直接影響車門開啟時(shí)重心是會(huì)上升還是下降，角度的變化會(huì)引起車門勢能的變化。我們設(shè)計(jì)的目的就是為了更好地利用勢能，讓車門能利用自己的勢能來幫助使門關(guān)閉。車門重力使車門關(guān)閉的轉(zhuǎn)矩如下:

Tw=[(cm-xL)×(mgk)]h

式中，cm為車門質(zhì)心坐標(biāo)；xL為下鉸鏈質(zhì)心坐標(biāo)；m為門的質(zhì)量；h為鉸鏈軸的單位向量；k為z向單位向量。

通過坐標(biāo)變換，車門的勢能可以用下面方程來表示：

Ew=mg(cmm-cmo)k

(1)

式中，cmm為門最大開啟位置時(shí)重心的坐標(biāo)；cmo為車門關(guān)閉時(shí)重心的坐標(biāo)。

1.2.2鉸鏈耗能模型

其次考慮車門由于鉸鏈系統(tǒng)摩擦所消耗的能量。鉸鏈系統(tǒng)通過一根鉸鏈軸將兩個(gè)鉸鏈連接起來，使車門能夠繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，車門有上下兩組鉸鏈，鉸鏈結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　鉸鏈結(jié)構(gòu)

在關(guān)門的過程中鉸鏈軸與鉸鏈的摩擦?xí)纬勺璧K關(guān)門的力，從而消耗關(guān)門能量，摩擦力分兩部分，一部分是車門重力使鉸鏈1與鉸鏈2產(chǎn)生摩擦力，還有一部分就是重力矩使鉸鏈與鉸鏈軸產(chǎn)生摩擦力。鉸鏈的受力情況如圖3所示。

圖3　車門鉸鏈?zhǔn)芰η闆r

(2)

式中，μh為摩擦因數(shù)；rh為鉸鏈軸的半徑；h為兩鉸鏈的距離。

鉸鏈耗能中由摩擦力消耗的能量方程如下：

Eh=ThingeΔθ

(3)

式中，Δθ為門關(guān)閉運(yùn)動(dòng)的角度。

1.2.3密封條耗能模型

第三個(gè)能量消耗因素是車門密封條的壓縮變形。密封條由兩部分組成，一部分是泡體，材料為海綿橡膠，主要起到密封作用，在泡體上每隔一段距離會(huì)有一個(gè)排氣孔，防止車門和側(cè)圍間出現(xiàn)氣墊現(xiàn)象；另一部分是U形實(shí)心體，材料為密實(shí)橡膠，具有幾乎不可壓縮的材料特性，橡膠內(nèi)部含有鋼絲織帶的骨架，主要作用是將密封條較好地固定在車門框上。它所消耗的能量與它的材料密度和海綿橡膠的特殊性能有關(guān)。

在車門關(guān)閉將密封條壓縮的過程中，車門是繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)的，靠鉸鏈側(cè)的密封條會(huì)先進(jìn)行壓縮，為方便計(jì)算將密封條分為n段，假定相同段的密封條壓縮量一樣，分別計(jì)算不同段消耗的能量。密封條消耗能量分兩部分計(jì)算，一部分為海綿材料的壓縮變形做功，一部分為排氣孔排氣時(shí)產(chǎn)生的阻尼力做功。為了簡化整個(gè)密封條的模型，將整個(gè)密封條的能量消耗用幾個(gè)彈簧元件來模擬，用密封條的CLD曲線來定義彈簧元件的特性[6]。密封條的CLD曲線與密封條的截面和材料特性有關(guān)，如泊松比、密度等。簡化后的密封條模型如圖4所示。

圖4　簡化的密封條

每個(gè)單元的變形可以用胡克定律來表示：

fi=kiuii=1,2,…,n

式中，fi為胡克力；ki為密封條的彈性因素；ui為每段密封條變形量。

整個(gè)密封條被分為n等份后，消耗力計(jì)算矩陣如下：

不同段的密封條變形量為

ui=2Risin(α/2)

(4)

式中，Ri為車門的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑;α為每段密封條從開始?jí)嚎s到運(yùn)動(dòng)結(jié)束車門所轉(zhuǎn)過的角度。

n段密封條海綿材料壓縮能量消耗如下：

(5)

密封條排氣孔排氣時(shí)根據(jù)質(zhì)量守恒定律和動(dòng)量定理,可以得到：

通過整理計(jì)算可得

式中，ρa(bǔ)為空氣密度；l為排氣孔距離；V為長l段密封條里的空氣體積；ve為密封條內(nèi)空氣流動(dòng)速度；Fl為長l段密封條內(nèi)的排氣孔阻力；ml為長l段密封條里的空氣質(zhì)量；w為密封條截面寬度；hs為密封條截面高度；A為排氣孔面積；D為排氣孔半徑。

排氣孔阻力做功為

(6)

密封條做的總功為

Em=Ek+El

(7)

1.2.4門鎖耗能模型

第四個(gè)能量消耗為門鎖機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，本文只考慮門鎖機(jī)構(gòu)在車門關(guān)閉時(shí)消耗的能量。門鎖的運(yùn)動(dòng)就是指鎖扣卡進(jìn)鎖閂的過程，在這個(gè)過程中鎖扣會(huì)受到棘爪和彈簧的阻力。由于鎖扣和棘爪在運(yùn)動(dòng)的過程中有面接觸，故會(huì)產(chǎn)生摩擦力消耗能量。鎖扣旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的最后它會(huì)停在緩沖的橡膠塊上，由于橡膠塊有一點(diǎn)變形，故也會(huì)儲(chǔ)存一部分的能量。門鎖機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5　門鎖基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)Udriste[7],門鎖機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)化到一個(gè)平面上，因此可以將門鎖結(jié)構(gòu)近似為一個(gè)平面機(jī)構(gòu)來研究。

門鎖消耗的能量可以分成兩部分，一部分是鎖閂的彈簧變形消耗，另一部分是棘爪彈簧力及棘爪與鎖扣的摩擦力消耗：

Esk=E1+E2

(8)

式中，Es為鎖扣彈簧的彈性模量；Fs為鎖扣彈簧力；rl為鎖扣的旋轉(zhuǎn)半徑；θ為鎖扣的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；k2為棘爪彈簧的彈性系數(shù)；x2為棘爪彈簧變形量；μs為棘爪和鎖扣的摩擦因數(shù)。

1.2.5空氣阻力耗能模型

第五部分能量消耗是空氣阻力消耗，空氣阻力耗能是指在車門關(guān)閉過程中將一部分的空氣壓縮進(jìn)車身的密閉空間內(nèi)，壓縮進(jìn)車廂的空氣比排氣孔排出的空氣多，車內(nèi)的壓力增大，在關(guān)閉瞬間空氣對車門就會(huì)產(chǎn)生壓力，為了預(yù)測這個(gè)關(guān)閉力的大小，我們假定車內(nèi)空間為一個(gè)簡化的理想模型，該模型主要是模擬前車門關(guān)閉時(shí)的情形，如圖6所示。

圖6　空氣阻力理想模型

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得氣體泄漏速度為

式中，p為艙內(nèi)氣體壓力；pa為大氣壓力；vE為氣體泄漏速度。

車門壓入的空氣會(huì)從AE流出一部分，由空氣質(zhì)量守恒可以推出：

式中，V為車內(nèi)空氣體積；AE為泄氣孔面積；ρ為氣體密度。

空氣阻力對車門的力矩可用如下方程表示：

(9)

式中，Am為門洞面積；r為車門上的點(diǎn)到鉸鏈中心軸的距離；Δθm為從車門密封條與側(cè)圍密封條接觸到車門完全關(guān)閉所轉(zhuǎn)過的角度。

綜合上述各部件消耗的能量公式(式(1)、式(3)、式(7)～式(9))，可以得出車門關(guān)閉所需的總能量為

E=Ew+Esk+Eh+Em+Ef

(10)

2基于蒙特卡羅的車門裝配誤差模擬

在車門裝配過程中，由于制造誤差以及裝配誤差會(huì)使裝配后車門的位置與理想狀態(tài)的位置有偏差，按理想狀態(tài)計(jì)算出來的車門關(guān)閉力會(huì)與實(shí)際情況有一定誤差，所以為了更加精確預(yù)估車門關(guān)閉所需要的能量，本文運(yùn)用蒙特卡羅模型模擬車門裝配誤差，結(jié)合車門鉸鏈與鎖的裝配位置誤差以及其他各部件的參數(shù)，來計(jì)算得到有效的車門關(guān)閉力。

門的附件包括鉸鏈系統(tǒng)和門鎖系統(tǒng)，鉸鏈系統(tǒng)包括上鉸鏈和下鉸鏈，控制門的3個(gè)方向自由度(x,y,z),門鎖系統(tǒng)通過門閂和鎖扣控制門的y向和z向的自由度，如圖7所示。本文將鉸鏈及其他制造誤差定義為標(biāo)準(zhǔn)值，只考慮門鎖的裝配誤差，通過單獨(dú)研究門鎖裝配誤差對關(guān)閉力的影響，來驗(yàn)證本文方法的可行性。

圖7　車門附件的位置變化方向

通過輸入零件的制造公差數(shù)據(jù)，對車門裝配進(jìn)行蒙特卡羅仿真模型模擬，可以得到門鎖裝配誤差的范圍。鎖和鎖扣位置的變化直接影響車門關(guān)閉力，它們一個(gè)很小的誤差就會(huì)引起關(guān)閉力的變化。

蒙特卡羅仿真(MCS)通過建立與問題相似的概率模型，對模型進(jìn)行大量而簡單的重復(fù)抽樣隨機(jī)模擬，利用所得到的結(jié)果求出特征的統(tǒng)計(jì)估計(jì)值，并對估計(jì)值的精度作出評(píng)估[8]。

蒙特卡羅仿真的過程為：首先確定每個(gè)偏差源的概率分布，再依據(jù)計(jì)算精度要求確定抽樣次數(shù)，采用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器對源偏差隨機(jī)采樣，每采樣一次進(jìn)行一次偏差分析，得到一個(gè)裝配偏差樣本，當(dāng)樣本數(shù)達(dá)到抽樣次數(shù)要求時(shí)，即可確定裝配偏差的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如均值、方差等。

在進(jìn)行蒙特卡羅模擬之前，先從正常生產(chǎn)的車輛中收集100輛車的鎖和鎖扣位置測量數(shù)據(jù)，隨后統(tǒng)計(jì)的位置數(shù)據(jù)被處理輸入到蒙特卡羅模擬中，蒙特卡羅模擬會(huì)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)生成門鎖和鎖扣y、z位置的一系列隨機(jī)值。模擬的次數(shù)由計(jì)算精度要求確定。

蒙特卡羅模擬法的精度與樣本數(shù)n有關(guān)，在隨機(jī)變量一定的情況下，增加樣本數(shù)能夠有效地提高計(jì)算精度，計(jì)算精度與樣本數(shù)的平方根成正比。根據(jù)文獻(xiàn)[9]，若模擬結(jié)果Fi服從正態(tài)分布(μi,σi2)，μi為均值，σi2與si2分別為方差真值與樣本方差，那么方差真值的100%(1-α)=95%(α為置信水平)置信區(qū)間為

(11)

表1　3σi的置信度區(qū)間

根據(jù)表1并結(jié)合此次模擬計(jì)算的精度要求，確定模擬次數(shù)為6000。

蒙特卡羅模擬生成的門鎖和鎖扣的一系列位置數(shù)據(jù)會(huì)被輸入到關(guān)閉力的計(jì)算模型并通過計(jì)算最后得出關(guān)門力的概率分布結(jié)果。最后，將計(jì)算出來的車門關(guān)閉力與在實(shí)驗(yàn)室測量的50輛車的數(shù)據(jù)相比較。

3模擬與試驗(yàn)結(jié)果對比

在計(jì)算前，需要車門系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。表2所示為試驗(yàn)車型密封條的規(guī)格。其中包括了門重和它繞鉸鏈軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

表2　車門及密封條參數(shù)

由于整根密封條的材料特性是一樣的，故可通過對一段密封條進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，得到密封條的CLD曲線。圖8所示為該車型密封條CLD曲線。

圖8　密封條CLD曲線

3.1車門關(guān)閉力模擬計(jì)算結(jié)果

在不考慮車門裝配誤差的情況下，將各個(gè)參數(shù)直接代入關(guān)閉力計(jì)算的模型中，在計(jì)算過程中，將關(guān)閉能量轉(zhuǎn)化為關(guān)閉力矩大小，力矩半徑為車門把手位置到鉸鏈中心軸的距離，力矩的大小能直觀地顯示關(guān)門作用力。

車門在關(guān)閉過程中門重一直做功，計(jì)算結(jié)果為-2.27 N·m。鉸鏈系統(tǒng)整個(gè)過程都有耗能，計(jì)算結(jié)果為0.86 N·m。將該車型的密封條分為24段，在開始關(guān)閉過程中密封條沒有接觸，到最后車門關(guān)閉至21°時(shí)才開始接觸做功，密封條和密封條排氣孔共同做功，計(jì)算結(jié)果為1.93 N·m。門鎖在接觸后做功，結(jié)果為0.45 N·m。在密封條接觸后空氣阻力做功結(jié)果為2.2 N·m，最后計(jì)算得整個(gè)過程耗能為3.15 N·m。

本文用蒙特卡羅方法模擬門鎖的y和z坐標(biāo)的變化，因?yàn)樵陂T鎖鎖緊的過程中，鎖扣沿x軸方向是不受力的，所以門鎖x方向的變化對關(guān)閉力幾乎沒有影響。

圖9所示是門鎖在y軸方向上的裝配誤差的分布范圍， y軸方向很小的位置誤差就會(huì)影響車門最后關(guān)緊的位置，關(guān)緊位置沿y軸方向的變化會(huì)使車門與側(cè)圍的間隙有誤差，這樣會(huì)使密封條最后的受壓變形量變大或變小，使得車門關(guān)閉力的大小發(fā)生變化。在6000次的模擬中，y軸方向的位置誤差平均值為-0.6151 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.343。

圖9　門鎖裝配y向誤差蒙特卡羅模擬概率分布

圖10所示是門鎖在z軸方向上的裝配誤差的分布范圍，門鎖在z軸方向的誤差會(huì)使車門關(guān)緊時(shí)的質(zhì)心位置與定義值發(fā)生變化，這就會(huì)使由門重消耗的能量發(fā)生變化，并且z軸方向的誤差會(huì)使門鎖在扣合過程中摩擦力變化，導(dǎo)致最后的關(guān)閉力大小變化。在6000次的模擬中，z軸方向的位置誤差平均值為0.165 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.475。

圖10　門鎖裝配z向誤差蒙特卡羅模擬概率分布

將以上兩個(gè)直方圖的數(shù)據(jù)輸入到車門關(guān)閉力的計(jì)算模型中，計(jì)算出6000次不同誤差下車門關(guān)閉力矩的大小，結(jié)果如圖11所示，關(guān)閉力矩的大小范圍在2.5 N·m和4.3 N·m之間，平均值是3.361 N·m，標(biāo)準(zhǔn)差是0.268。

圖11　考慮裝配誤差的關(guān)閉力矩計(jì)算結(jié)果概率分布

3.2車門關(guān)閉力試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果來自實(shí)驗(yàn)室的50輛汽車在相同環(huán)境下的測試。門關(guān)閉力的試驗(yàn)是在車門開啟的最大位置，通過加能裝置在車門把手位置施加一個(gè)力，能夠讓車門剛好鎖住，通過力和位移傳感器讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖12為關(guān)閉力試驗(yàn)圖。

圖12　關(guān)門能量測試圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)是通過測試50輛車的左右車門關(guān)閉統(tǒng)計(jì)的，圖13是測量的左前車門關(guān)閉力矩的分布圖，大小在3.2 N·m到3.9 N·m之間，平均值為3.518 N·m，標(biāo)準(zhǔn)差是0.167。

圖13　左車門關(guān)閉力矩試驗(yàn)結(jié)果概率分布

圖14所示為右前車門關(guān)閉力矩大小的分布圖，范圍在3.1 N·m到3.9 N·m之間，平均值為3.508 N·m，標(biāo)準(zhǔn)差是0.183。表3所示為計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比。

圖14　右前車門關(guān)閉力矩試驗(yàn)結(jié)果概率分布

試驗(yàn)結(jié)果仿真結(jié)果左前車門右前車門考慮誤差直接計(jì)算平均值(N·m)3.5183.5083.3613.15標(biāo)準(zhǔn)差0.1670.1830.268次數(shù)50506000

從上述結(jié)果可以看出，考慮了裝配誤差模擬的關(guān)閉力矩計(jì)算的平均值跟試驗(yàn)結(jié)果相差不到5%，結(jié)果比較接近。標(biāo)準(zhǔn)差與試驗(yàn)結(jié)果相差較大，這主要是由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)量與模擬數(shù)據(jù)數(shù)量差距較大的緣故。而不考慮誤差直接計(jì)算出的關(guān)閉力結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相差超過10%。

4結(jié)論

(1)蒙特卡羅模擬的運(yùn)用，成功地將車門裝配誤差結(jié)合到關(guān)閉力的計(jì)算模型中，得到車門關(guān)閉力的概率統(tǒng)計(jì)分布，并使得關(guān)閉力的模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)較接近。

(2)對比考慮裝配誤差的計(jì)算模型結(jié)果和直接計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了考慮裝配誤差的車門關(guān)閉力預(yù)測結(jié)果更加接近試驗(yàn)結(jié)果，這樣的關(guān)閉力預(yù)測模型能提高預(yù)測精度，使設(shè)計(jì)者能通過該模型很好地預(yù)測車門關(guān)閉力的大小。

(3)在這個(gè)關(guān)閉力計(jì)算過程中也有很多的部件誤差沒有考慮，如門內(nèi)板與側(cè)圍匹配面的誤差、密封條的時(shí)效、門鎖彈簧的偏差等。但就結(jié)合門鎖的裝配誤差來預(yù)測車門關(guān)閉力可以看出，部件的誤差會(huì)對關(guān)閉力的計(jì)算有一定影響，并且通過本文的方法能夠有效地模擬部件誤差對關(guān)閉力的影響。

綜上所述，利用本文提出的分析方法可以研究在車門裝配誤差影響下的關(guān)閉力計(jì)算，在設(shè)計(jì)初期估算出有效的關(guān)閉力大小。

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(編輯袁興玲)

Door Closing Force Calculation Considering Door Assembly Deviations

Song KaiLiu JiuwuCheng Aiguo

State Key Laboratory of Advanced Desingand Manufacture for Vehicle Body,Hunan University,Changsha,410082

Abstract:For the inaccurate analyses of automotive door closing force simulation caused by assembling deviations,a approach to accurately calculate the door closing force was proposed.Firstly, by establishing appropriately mechanics model of the components in the process of closing the door, the door lock that impacted the closing force out of several other factors was taken for example, and the probability statistics distribution of door lock’s positional errors in the process of assembling was gained by Monte Carlo simulation.Combined with the door lock’s positional assembling errors in the calculation of the closing force of the mathematical model, the probability distributionof the door closing force was obtained. Then the closing force tests on the prototype were done.The test results show that the calculation accuracy of the door closing force that combined with the door assembling deviations is improved.

Key words:closing force;assembly deviation;Monte Carlo simulation;mechanics model

作者簡介：宋凱，男，1981年生。湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員。主要研究方向?yàn)槠囓嚿砜焖賰?yōu)化設(shè)計(jì)及疲勞耐久預(yù)測。發(fā)表論文10余篇。劉九五，男，1990年生。湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生。成艾國，男，1972年生。湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士研究生導(dǎo)師。

中圖分類號(hào)：U463.8

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2016.05.006

基金項(xiàng)目：湖南省科技開發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013TT1006)；廣西科技計(jì)劃重大專項(xiàng)(桂科重1348003-5)；中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014M552132)；柳州市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013D020201)；湖南大學(xué)“青年教師成長計(jì)劃”資助項(xiàng)目

收稿日期：2015-03-11