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滑移门系统平顺性分析

2020-04-29 23:05:30·  来源：上汽安全与CAE技术  
　
0引言当下，随着汽车工业的不断发展与市场竞争的日趋激烈，汽车行业也更加注重细分市场，为了满足消费者对于不同功能和外观的需求,汽车市场出现了大量的MPV（Mul
0 引言
当下，随着汽车工业的不断发展与市场竞争的日趋激烈，汽车行业也更加注重细分市场，为了满足消费者对于不同功能和外观的需求,汽车市场出现了大量的MPV（Multi-PurposeVehicle）。MPV后门往往采用滑移门，以达到增加车门开度，减小车门开启后占用的外部空间与方便乘载的目的。
为了保证客户在使用滑移门过程中的顺畅性手感，在设计滑移门系统运动机构的时候就要考虑其自身运动的平顺性要求。目前，各大主机厂通常基于动力学仿真技术来进行滑移门平顺性设计。
1 滑移门系统结构
车载滑移门系统主要由导轨、走轮臂、缓冲机构、限位机构及车门组成，滑移门系统组成分布如下图所示：
 
图1 滑移门系统组成图（图片源自文献 [2]）
滑移门系统一般布置上、中、下三根导轨。一般而言，上导轨在滑移门运动过程中起导向作用，因此，上导轨仅设计导向面；中下导轨在滑移门运动过程中起导向和承载作用，因此，导轨结构设计包含导向面与承载面。
 
图2 导轨空间布置及走势示意图
（图片源自文献[3]）
走轮臂（滑移门铰链）是车身与车门的连接件，在滑移门开/关过程中，沿导轨进行滑动，保证车门按照既定轨迹运动。
 
 
 
图3 上中下走轮臂（图片源自网络）
2 滑移门动力学建模
2.1 滑移门部件建模
对于需要获取零件几何的结构，可以直接从滑移门系统的三维数模中导出结构的几何文件。由于Adams的主参考系与三维软件（Catia、UG等）的主参考系一致，因此，可以将零件的几何文件直接导入Adams中即可完成刚体建模。
 
图4 几何文件导入建模
此外，在动力学建模过程中可视滑移门系统部件受力以及变形情况将部分零部件柔性化，利用模态中性文件建立刚柔耦合多体系统动力学模型，以提升仿真精度。
 
图5 零部件柔性化流程
2.2 滑移门约束建立
根据滑移门实际运动关系对各零部件施加约束，对于滑移门系统而言，滑移门约束类型可大致分为运动副约束与接触约束。
  • 运动副约束
滑移门的三根导轨通过固定副与车身连接，在铰链销轴处建立旋转副用以模拟各走轮臂阴阳臂的旋转运动；滚轮与滚轮销处同样建立相应的旋转副用以模拟滚轮绕滚轮销的转动。
  • 接触约束
滑移门系统需建立滚轮与导轨之间的接触，才能保证车门沿着预定轨迹正常运动。Adams提供两种算法用以计算接触：罚函数法（Restitution）与冲击函数法（Impact）。罚函数法对于接触过程的持续时间较为敏感，对于包含较多接触事件的仿真结果不是很理想，因此选用冲击函数法计算滚轮与导轨间的接触力。
 
图6 接触碰撞模型示意图
2.3 滑移门驱动加载
开启过程在门把手处除了施加整车X向作用力以外，在开启初段施加整车Y向作用力将滑移门从全关位置拉出。关闭过程仅在门把手处施加整车X向关门力。Adams中通过自定义Step函数控制开/关门力的大小及变化形式。
 
 
图7 Adams中滑移门开/关门力设置
3 滑移门平顺性分析
滑移门多体系统动力学模型搭建完成后，建立与滑移门动力学性能相关的评价指标的测量，并与台架试验结果进行对比，进而修正滑移门动力学模型，进一步提升仿真精度。
 
 
 
图8 开启动图关闭动图全开入锁动图
滑移门系统的平顺性是指在开/关过程中保持运动顺畅性与手感一致性的性能。目前，滑移门系统平顺性分析常用的评价指标主要包含以下几类：
  • 基于滑移门质心速度的评价方法
滑移门开/关过程中质心速度可以直接体现滑移门运动轻便性，相同输入的情况下，滑移门开/关速度越快，平顺性水平越高；
  • 基于滑移门滚轮载荷的评价方法
滑移门运动过程中，滚轮与导轨内壁持续接触摩擦，导向轮承受的接触力过大或频繁突变往往会导致滑移门运动卡滞，加速滚轮、走轮臂磨损，影响平顺性的同时，也会导致零件寿命加速衰减。
  • 基于滑移门系统能量损失的评价方法
滑移门运动过程中，滚轮与导轨接触摩擦，在相同开/关门力作用的情况下，滑移门克服摩擦损耗做功越小，滑行速度越快，平顺性水平更高。
4 总结
滑移门系统复杂，零部件繁多，主要组件结构对于滑移门开/关平顺性影响较大。在早期设计阶段，通过建立较为完备的滑移门多体系统动力学模型，结合市面上消费者日常使用滑移门系统经常出现的问题，针对关键零部件结构尺寸进行优化设计，改善滑移门平顺性水平，提升产品市场竞争力。
参考文献
[1] 刘鹏飞. 汽车滑移门系统的运动学和多刚体动力学建模与参数优化[D]. 上海交通大学, 2013.
[2] 邢瑞. 中铰链结构参数对滑移门平顺性影响研究及优化[D]. 湖南大学, 2018.
[3] 陈峰. 汽车滑移门滑轨设计[C]. 2012年海南机械科技学术报告会交流论文集. 2012.
[4] 蒋东升, 杜国省, 李永生, et al. 基于Adams／View的汽车滑移门动力学仿真分析[J]. 计算机辅助工程, 2013, 22(A01):8-10.
[5] 高云凯, 马干干, 杜倩倩.滑移门系统刚柔耦合多体动力学特性研究[J]. 汽车技术, 2016, 000(009):1-3,8.
 
 
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