基于CATIA的宏程序自動生成車門限位器臂桿軌跡的設(shè)計

付凱，班正逸，丁光學(xué)，朱偉，劉少峰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

基于CATIA的宏程序自動生成車門限位器臂桿軌跡的設(shè)計

付凱，班正逸，丁光學(xué)，朱偉，劉少峰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

本文通過對車門限位器臂桿軌跡的常規(guī)設(shè)計方法的探究總結(jié)，將其編寫成CATIA軟件可讀的宏程序。程序中只要在CATIA軟件中點選設(shè)計限位器臂桿時所需要的四個基礎(chǔ)元素，并將元素轉(zhuǎn)化為程序可讀參數(shù)，代入程序進行運算。根據(jù)限位器臂桿軌跡的設(shè)計方法，將需要進行重復(fù)的設(shè)計步驟，利用其設(shè)計方法中的重復(fù)性，使人為可以設(shè)定最大開啟度和間隙角度等參數(shù)，讓程序根據(jù)所輸入的參數(shù)進行重復(fù)的運算，最后自動繪制生成限位器臂桿軌跡。使車門限位器的開發(fā)周期得以縮短；開發(fā)方法得以簡化；布置調(diào)整得以輕松；設(shè)計結(jié)果得以準(zhǔn)確。

限位器；臂桿軌跡；宏程序；自動生成

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

對汽車而言，車門限位器是必不可少的元件。一方面它可以限制車門的最大開度，防止車門開得過大；另一方面，它可在需要時使車門保持開啟，車門也不會自動關(guān)上。限位臂桿是限位器總成的關(guān)鍵部件，為實現(xiàn)限位器力矩大，角度準(zhǔn)確，噪音小等特點，一般對限位臂的軌跡要求非常粗確，以免使限位臂受到開門力矩以外的力矩，造成限位臂撕拉斷裂、早期磨損等不良現(xiàn)象。

1、車門限位器的布置及設(shè)計

在進行車門限位器設(shè)計時，安裝支架和限位器盒等零部件通常借用現(xiàn)有車型的成熟，只對臂桿進行重新設(shè)計。限位器的設(shè)計是在車門鈑金、A柱、B柱鈑金以及鉸鏈、玻璃升降器等零部件設(shè)計完成之后進行的，其涉及的內(nèi)容主要有：

（1）限位器的布置；

（2）限位器臂桿軌跡設(shè)計；

（3）限位器臂桿形狀設(shè)計及受力計算。

本文只針對限位器臂桿軌跡設(shè)計進行論述。

在車門限位器布置完成后，進行限位器臂桿軌跡設(shè)計。因為在車門開關(guān)過程中，限位器的臂桿繞自身的中心旋轉(zhuǎn)，同時臂桿還隨安裝在車門上的限位器盒一起運動，所以限位器臂桿的軌跡是一條較復(fù)雜的復(fù)合曲線。通常利用3D軟件（CATIA、UG等）采用有限元近似擬合得到，即將限位器臂桿軌跡按照車門旋轉(zhuǎn)角度平均劃分為若干段，然后分段擬合，最后求出完整軌跡曲線，劃分的段數(shù)越大，最后得到的軌跡曲線越精確，下面按車門開啟角度為70度，平均分為10段為例求取臂桿軌跡曲線[1]：

在圖1中，A為鉸鏈軸線，B為限位器軸線，C為限位器盒中心點在車門關(guān)閉狀態(tài)時的位置，DE為限位器盒安裝平面方向，CF為直線DE的垂線（通常CF與BC重合）。下面將詳細描述限位器臂桿軌跡的求作過程。

（1）將DE、CF繞A點旋轉(zhuǎn)10等份（每次旋轉(zhuǎn)角度7度，即限位器盒隨車門一起繞鉸鏈軸線旋轉(zhuǎn)），得到D1E1、D2E2…D10E10和C1F1、C2F2…C10F10。

（2）以B點為圓心通過C、C1…C10作輔助圓，分別與C1F1、C2F2…C10F10交于G1、G2…G10，剪除多余部分得到C1G1、C2G2…C10G10。

（3）從C10F10開始，將C10G10繞B點旋轉(zhuǎn)到C9點，依次類推得到折線CC10。

（4）連接BC，將折線BC10光順，得到限位器臂桿軌跡曲線（通常布置時使BC⊥DE）。

臂桿寬度與所選用限位器盒的限位器臂桿寬度相同，通常為12mm-14mm，得到臂桿軌跡后，進行限位器運動間隙檢查（限位器臂桿運動過程中與車門玻璃等運動件間距不小于10mm、與玻璃導(dǎo)槽等固定件間距不小于5mm），如不符合要求，則需重新布置限位器，求取新的臂桿軌跡進行限位器運動間隙檢查直至滿足要求。

因此，限位器臂桿的軌跡設(shè)計至為重要。要滿足限位器具有良好的功能性和NHV性等性能，不但要求限位器臂桿符合運動學(xué)理論軌跡，還要求考慮限位器臂桿與周圍環(huán)境間隙的要求。

2、宏程序的編寫[2]

針對限位器臂桿設(shè)計的理論方法，其核心就是有限元理論，對關(guān)鍵步驟進行重復(fù)，分段數(shù)量越多，重復(fù)的次數(shù)也就越多。然而，在實際工作中，因為人的條件和時間等多重條件因素制約，平均分段不可能會很多。因此，會造成限位器臂桿軌跡失真，甚至出現(xiàn)人為錯誤。

利用CATIA軟件內(nèi)置的宏程序，事先將限位器臂桿軌跡的設(shè)計理論方法，編寫成程序，再利用CATIA宏運行該程序，其重復(fù)的次數(shù)可以利用FOR...NEXT語句進行編程，并根據(jù)限位器的開啟角度和軌跡的分段點數(shù)進行人為設(shè)定，這樣就可以控制重復(fù)的次數(shù)，自動完成限位器臂桿軌跡的繪制。。因為是計算機運算繪制，不僅可以極大的縮短設(shè)計周期，還可以提高設(shè)計的準(zhǔn)確性，使限位器臂桿軌跡盡量分成無數(shù)段，這樣就可以看作是無數(shù)個點來組成限位器的軌跡，更趨于限位器臂桿理論軌跡，其程序的核心內(nèi)容有：

（1）相關(guān)元素的選取并轉(zhuǎn)化為程序可讀參數(shù)；

（2）限位器臂桿軌跡擬合的主程序編寫；

（3）主程序的循環(huán)程序編寫。

本文將從上述三個方面進行詳細論述。

2.1 相關(guān)元素的選取并轉(zhuǎn)化為程序可讀參數(shù)

在第二節(jié)的限位器臂桿軌跡設(shè)計論述中，可以看出鉸鏈軸線A、限位器軸線B、限位器盒中心點C和為限位器盒安裝平面DE是臂桿軌跡設(shè)計中必不可少的基礎(chǔ)元素，只要選取上述四個基礎(chǔ)元素，就可以進行臂桿軌跡的設(shè)計。

2.1.1 相關(guān)元素的類型定義

所述的四個基礎(chǔ)元素，有一個點，兩條線和一個面。因此，需要在程序?qū)@四個參數(shù)分別進行定義，使程序來識別他們，代碼如下：

2.1.2 選取相關(guān)元素并轉(zhuǎn)化參數(shù)

定義完所述四個基礎(chǔ)元素之后，程序在CATIA里只能選取相應(yīng)的元素類型，否則將無法選取。然后，再將所選取的元素轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識別的參數(shù)，代碼如下：

2.2 限位器臂桿軌跡擬合的主程序編寫

根據(jù)第二節(jié)的限位器臂桿軌跡設(shè)計論述，首先要做直線CF，使CF垂直于平面DE，并將CF繞A點旋轉(zhuǎn)（即限位器盒隨車門一起繞鉸鏈軸線旋轉(zhuǎn)），得到C1F1。以B點為圓心通過C作輔助圓，與C1F1交于G1，剪除多余部分得到C1G1。將C1G1繞B點旋轉(zhuǎn)到C點，得到CC1。

2.2.1 繪制直線CF，交將CF繞A點旋轉(zhuǎn)，得到C1F1

其代碼如下：

2.2.2 以B點為圓心通過C作圓, 與C1F1交于G1，并剪除多余部分，得到C1G1

其代碼如下：

2.2.3 將C1G1繞B點旋轉(zhuǎn)到C點，得到CC1

其代碼如下：

2.3 主程序的循環(huán)程序編寫

根據(jù)第二節(jié)的限位器臂桿軌跡設(shè)計論述，我們可以看出，限位器的臂桿軌跡就是重復(fù)將CF繞A點旋轉(zhuǎn)，得到C1F1。以B點為圓心通過C作輔助圓，與C1F1交于G1，剪除多余部分得到C1G1。將C1G1繞B點旋轉(zhuǎn)到C點，得到CC1。依次類推，重復(fù)進行擬合，進而得到CC10。

因此，我們可以利用VB語言中的InputBox語句和For...Next語句，進行限位器的最大開度和最小間隔角度的設(shè)定，然后將本次運算得到的結(jié)果點C1和以通過點C1所作的輔助圓替換為下一次循環(huán)運算的初始條件，并將主程序進行循環(huán)，其代碼如下：

3、宏程序的運行

3.1 宏程序的運行過程

利用CATIA軟件，點擊命令欄里的“工具”→“宏”，出現(xiàn)如圖2的對話框。選擇已編程好的限位器臂桿設(shè)計宏程序，并運行。

當(dāng)程序運行后，會出現(xiàn)如圖3的對話框，點擊確定，并點選限位器軸線即可。

當(dāng)點選完限位器軸線后，會出現(xiàn)如圖4的對話框，點擊確定，并點選限位器盒中點即可。

當(dāng)點選完限位器盒中點后，會出現(xiàn)如圖5的對話框，點擊確定，并點選限位器盒安裝面即可。

當(dāng)點選完限位器盒安裝面后，會出現(xiàn)如圖6的對話框，點擊確定，并點選鉸鏈軸線即可。

當(dāng)點選完鉸鏈軸線后，會出現(xiàn)如圖7的對話框，本文將以最大開啟角度70°為例，輸入完成后，點擊確定即可。

當(dāng)點輸入完最大開啟角度后，會出現(xiàn)如圖8的對話框，本文將以限位間隔角度0.2°為例，輸入完成后，點擊確定，即程序開始進行運算并自動繪制生成限位器臂桿軌跡。

3.2 宏程序的運算結(jié)果

用宏程序所運算出的結(jié)果，可以盡可能多的分段，本文以最大開啟角度為70°， 間隙角度為0.2°為例進行運算，理論上可擬合出350個軌跡點，其結(jié)果如星云般壯闊，如圖9所示。

提取臂桿軌跡線，并將其結(jié)果放大，測得其兩點間的最小間隔為0.25mm，如圖10所示。

3.3 宏程序的運算結(jié)果與實物對比

將已開發(fā)的車型限位器的臂桿，與同條件下，運用宏程序所運算出的軌跡結(jié)果，進行對比，其效果如圖11所示。

從圖11可以看出，宏程序自動生成的限位器臂桿軌跡基本貼合實物的中心線軌跡，驗證此程序能基本滿足設(shè)計需要。

4、分段點數(shù)對臂桿軌跡影響的分析

以最大開啟角度為70°為例，分別以間隔角度為0.2°、5°、10°做出三個限位器臂桿軌跡，如圖12所示。

由圖12可以看出，從上到下分別為以間隔角度0.2°、5°、10°做出三個限位器臂桿軌跡。間隔角度為10°的限位器臂桿軌跡趨于靠近以間隔角度為5°所做出的限位器臂桿軌跡，而間隔角度為5°的限位器臂桿軌跡趨于靠近以間隔角度為0.2°所做出的限位器臂桿軌跡。同理可證，間隔角度越小，擬合點的數(shù)量越多，則限位器臂桿軌跡越趨于接近理論軌跡，更有利于整體車門的設(shè)計性能和NVH性能等相關(guān)性能。由于限位器臂桿軌跡越趨于接近理論軌跡，其受力情況始終沿臂桿軌跡的切線方向，沒有其他方向的分力，避免了因車門開關(guān)所產(chǎn)生的分力導(dǎo)致限位器臂桿撕拉斷裂、早期磨損等不良現(xiàn)象發(fā)生。同時也避免了因擬合點數(shù)量選取較小時，使臂桿軌跡失真，造成在真實情況下，限位器臂桿實際軌跡與理論軌跡相關(guān)過大，使限位器臂桿與車門周邊環(huán)境產(chǎn)生干涉的情況，如圖13所示。

由圖13可以看出，其間距最大可達到2mm?？梢姡捎跀M合點的數(shù)量越少，其臂桿軌跡越失真。因此，即使是靠人為所選取14個擬合點，也至少和理論的限位器臂桿軌跡相差0.7mm。

5、結(jié)論

車門限位器不僅需要有良好的開啟定位功能，還需要有精確的限位器臂桿軌跡，以保證限位器具有良好的功能性和NHV性等性能。本文詳細介紹分析了在CATIA軟件里，利用宏程序來自動生成限位器臂桿軌跡方法，并且可以人為設(shè)定限位器的最大開啟角和間隔角度，以滿足車門開啟角度的需求和限位器臂桿軌跡的精確度。此方法不僅可以極大的縮短了限位器的開發(fā)周期，并且使限位器臂桿軌跡趨于接近其理論軌跡，精確性得以提升。程序中只需點選取四個基礎(chǔ)元素和輸入兩個設(shè)定角度，即使是毫無軟件操作能力的設(shè)計人員，也可以輕松、快速、準(zhǔn)確地獲得限位器臂桿軌跡。而即便是有10年工作經(jīng)驗，并且軟件操作非常熟練的設(shè)計人員，使其只做10個擬合點的限位器臂桿軌跡，不論在時間上，還是在精度上，都不能望其項背。

[1] 雷學(xué)明，汽車車門限位器設(shè)計[J]. 汽車實用技術(shù)，2014，1.

[2] 鄭阿奇. Visual Basic實用教程（第2版）[M]. 電子工業(yè)出版社，2004.

Design of Automatic Drawing Door Check Arm's Track Based on macro of CATIA

Fu Kai, Ban Zhengyi, Ding Guangxue, Zhu Wei, Liu Shaofeng
（Center of Technology, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Based on the door check arm's track conventional design methods of inquiry concluded, and it developed into CATIA software readable macros. When the chosen of the four basic elements of the check arm design required in CATIA software, and read elements into the program parameters into the program operation is performed. According to the check arm's track design method, the design steps need to be repeated, using the design method of the reproducibility, can be set to make the maximum opening angle and a gap angle parameter to the program based on the input parameters repeat the operation, the last automatic drawing generation check arm's track. The development cycle of the door check is shorten than before; development methodology has been streamlined; arranged to be easily adjusted; design results to be accurate.

Check; Arm Track; Macro; Automatic Drawing

U463.8

A

1671-7988(2015)03--

付凱，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。