郭敏 GUO Min

摘要： 玻璃升降系統(tǒng)行程匹配困難、與周邊零件間隙設(shè)計(jì)是新車型開發(fā)過(guò)程中的難點(diǎn)所在，本文通過(guò)對(duì)玻璃升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行詳細(xì)分析，采用CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊搭建玻璃升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，可輸出各部件的行程對(duì)應(yīng)曲線，簡(jiǎn)化了玻璃升降系統(tǒng)各部件行程的匹配過(guò)程，降低了后期樣車試制階段產(chǎn)生問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊對(duì)玻璃升降系統(tǒng)與周邊件的距離進(jìn)行了模擬分析，可輸出距離曲線與包絡(luò)體來(lái)詳細(xì)分析玻璃升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性。

Abstract： Glass elevator system matching difficulties， and clearance design with peripheral parts is difficult in the process of the development of new models， this article through to the glass elevator movement principle in detail analysis， using CATIA DMU motion mechanism motion mechanism model of elevator system module structures， glass， of the various components can output the corresponding curve， Simplifies the glass elevator system components of the matching process， reduce the risk of late to produce prototype trial-manufacture phase， and through the CATIA DMU motion mechanism module of glass lifting system and the distance around a simulated analysis， can be output distance curve and envelope to a detailed analysis of glass design rationality of lifting system.

關(guān)鍵詞： 玻璃升降系統(tǒng);CATIA DMU;運(yùn)動(dòng)仿真;設(shè)計(jì)優(yōu)化

Key words： glass lifter system;CATIA DMU;motion simulation;design optimization

中圖分類號(hào)：TH16;U463.9? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?   ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0218-02

0? 引言

玻璃升降系統(tǒng)是用戶日常頻繁使用的車身附件之一，其設(shè)計(jì)狀態(tài)的好壞不僅非常影響用戶的使用感受，而且關(guān)乎著汽車的安全。玻璃升降系統(tǒng)中的行程匹配及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與周邊零件的距離設(shè)計(jì)一直是汽車開發(fā)過(guò)程中的難點(diǎn)，通常采用樣件匹配-樣件更改-樣件匹配的模式來(lái)逐漸逼近最合適的狀態(tài)，由于制造精度影響較大導(dǎo)致匹配難度大、周期長(zhǎng)[1]，難以確定最終的零件狀態(tài)。

在計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)持續(xù)追求利潤(rùn)最大化的雙重驅(qū)動(dòng)下，CATIA軟件中的DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊的作用是對(duì)產(chǎn)品的真實(shí)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真分析，可以提供用于工程設(shè)計(jì)、加工制作、產(chǎn)品拆裝維護(hù)的模擬環(huán)境，是支持產(chǎn)品和流程、信息傳遞、決策制定的公共平臺(tái)[2]。本文以叉臂式玻璃升降系統(tǒng)為例運(yùn)用CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真研究，可精確地輸出玻璃升降系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)部件的行程，為玻璃升降系統(tǒng)的行程匹配提供了理論依據(jù)，形成了一種精確地玻璃升降系統(tǒng)行程匹配方法，有效提高了設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)精度，避免了新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中因行程匹配不準(zhǔn)確造成的玻璃升降系統(tǒng)失效問(wèn)題。同時(shí)，運(yùn)用CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊的運(yùn)動(dòng)仿真工具，對(duì)玻璃升降系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)部件與周邊零件如外把手總成的距離進(jìn)行了模擬分析，可輸出各運(yùn)動(dòng)部件與周邊零件的距離隨運(yùn)動(dòng)行程變化的關(guān)系曲線或包絡(luò)體，為玻璃升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論支持[3]。

1? 玻璃升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理分析

圖1所示為玻璃升降系統(tǒng)的部件示意圖，叉臂式玻璃升降系統(tǒng)按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為玻璃、主動(dòng)臂、從動(dòng)臂、長(zhǎng)導(dǎo)軌、短導(dǎo)軌以及底座6個(gè)部件，叉臂式玻璃升降器的工作原理是通過(guò)搖把或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)齒扇及主動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)與長(zhǎng)導(dǎo)軌剛性連接的玻璃的升降，同時(shí)帶動(dòng)從動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)，保持玻璃升降過(guò)程中的平衡。

2? 基于CATIA DMU的玻璃升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真模型

2.1 玻璃升降系統(tǒng)數(shù)字模型建立

因叉臂式玻璃升降器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生變形，為方便玻璃與玻璃升降器裝配，布置時(shí)應(yīng)布置在下平衡點(diǎn)位置即玻璃升降器的初始位置。根據(jù)各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系，按照DMU運(yùn)動(dòng)模擬要求對(duì)玻璃升降系統(tǒng)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的各部件進(jìn)行拆分;之后，在CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊中建立裝配文件，并建立約束確保各部件在實(shí)際的正確位置，為后續(xù)建立運(yùn)動(dòng)模擬模型做準(zhǔn)備。裝配體建立完成后結(jié)構(gòu)樹如圖2所示。

2.2 玻璃升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副建立

依據(jù)玻璃升降系統(tǒng)各部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，對(duì)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的5個(gè)部件建立表1所示的W1～W10共10個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)副。由于玻璃是沿著玻璃導(dǎo)軌的外形運(yùn)動(dòng)，而叉臂式玻璃升降器長(zhǎng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)，因此玻璃升降器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)隨著玻璃的外形產(chǎn)生一定的變形，主動(dòng)臂上滑塊在長(zhǎng)導(dǎo)軌內(nèi)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)簡(jiǎn)化為點(diǎn)曲面，假如采用點(diǎn)曲線或者棱形等約束的話會(huì)導(dǎo)致整個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型無(wú)法模擬。

2.3 玻璃升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真參數(shù)設(shè)定

運(yùn)動(dòng)副建立完成后，定義玻璃升降器底座為固定構(gòu)件，并設(shè)置W1位置旋轉(zhuǎn)副作為驅(qū)動(dòng)命令，如圖3所示，此時(shí)CATIA提示系統(tǒng)的自由度為0，具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的各部件自由度均被完全約束，CATIA界面會(huì)彈出“可以模擬機(jī)械裝置”提示。

3? 基于DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型的周邊件空間分析

玻璃升降系統(tǒng)的布置涉及到多個(gè)運(yùn)動(dòng)部件在車門內(nèi)外板腔體內(nèi)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，由于玻璃升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡不規(guī)則，通過(guò)常規(guī)方法很難測(cè)量其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與周邊零件的空間間隙情況，而CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以很好地解決這一問(wèn)題。下面以校核玻璃升降系統(tǒng)與外把手總成的運(yùn)動(dòng)間隙為例進(jìn)行分析。

在DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊中定義玻璃與外把手總成之間的距離與區(qū)域分析，添加自定義曲線，定義主動(dòng)臂繞底座旋轉(zhuǎn)角度為橫坐標(biāo)，玻璃與外把手總成的距離為縱坐標(biāo)，然后進(jìn)行模擬，模擬完成后可輸出二者的關(guān)系曲線。其余零件與玻璃升降系統(tǒng)距離可參照外把手總成方法分析，周邊零件與玻璃升降系統(tǒng)的間隙參考表2設(shè)計(jì)。

因外把手總成（含外開拉桿）也為運(yùn)動(dòng)件，僅僅分析外把手總成靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)與玻璃升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最小距離是不夠的，使用過(guò)程中會(huì)有干涉風(fēng)險(xiǎn)。建立門鎖系統(tǒng)的CATIA DMU運(yùn)動(dòng)仿真模型后，通過(guò)點(diǎn)擊模擬、拖動(dòng)驅(qū)動(dòng)命令長(zhǎng)度/角度、插入、編譯模擬（結(jié)構(gòu)樹中就會(huì)生成重放）、掃掠包絡(luò)體，可生成外把手總成運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)的包絡(luò)體，采用包絡(luò)體進(jìn)行與玻璃升降系統(tǒng)空間距離分析更直接、更準(zhǔn)確。

4? 基于CATIA DMU運(yùn)動(dòng)仿真模型的行程匹配

叉臂式玻璃升降器長(zhǎng)導(dǎo)軌及短導(dǎo)軌設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成成本增加及布置難度大等問(wèn)題，過(guò)短會(huì)造成玻璃升降困難甚至卡滯無(wú)法升降、異響等等問(wèn)題，前期長(zhǎng)導(dǎo)軌及短導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)尤為重要。采用CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊，定義主動(dòng)臂及長(zhǎng)導(dǎo)軌連接點(diǎn)、從動(dòng)臂及短導(dǎo)軌連接點(diǎn)與初始位置之間的距離與區(qū)域分析，可輸出主動(dòng)臂滑塊在長(zhǎng)導(dǎo)軌內(nèi)的行程及從動(dòng)臂滑塊在短導(dǎo)軌內(nèi)的行程，從而確定長(zhǎng)導(dǎo)軌及短導(dǎo)軌的長(zhǎng)度。以短導(dǎo)軌長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為例，首先創(chuàng)建從動(dòng)臂上滑塊的中點(diǎn)，依次點(diǎn)擊模擬、拖動(dòng)驅(qū)動(dòng)命令角度、插入、編譯模擬、軌跡（選取前面制作的從動(dòng)臂上滑塊的中點(diǎn)），此時(shí)可生成從動(dòng)臂上滑塊的中點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡確定短導(dǎo)軌的長(zhǎng)度以及位置。

5? 結(jié)論

本文介紹了一種采用CATIA DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊分析玻璃升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與周邊零件的間隙設(shè)計(jì)及確定各部件行程的方法，可以有效縮短玻璃升降系統(tǒng)的開發(fā)周期及降低研發(fā)成本，大大降低樣車試制階段產(chǎn)生問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，可很好地提高玻璃升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的效率及準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉海玲.汽車側(cè)門外開啟系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].上海汽車，2010（12）：24-26.

[2]徐曉峰.基于CATIA的車門設(shè)計(jì)及仿真分析[B].汽車零部件，2019（3）：32-34.

[3]李超帥.基于CATIA DMU的門鎖系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真及設(shè)計(jì)優(yōu)化[A].汽車零部件，2016（11）：13-16.