基于CATIA的車門設(shè)計(jì)及仿真分析

徐曉峰,王尚,張自聰,趙洋

(1.江蘇省連云港市交通控股集團(tuán)有限公司，江蘇連云港 222000；2.常熟理工學(xué)院汽車工程學(xué)院，江蘇常熟 215500)

0 引言

近年來(lái)，雖然自主品牌車型的銷量較前幾年相比有了相當(dāng)大的提升，甚至某些車型的銷量已經(jīng)超越合資品牌同類型車型的銷量，但是自主品牌的汽車質(zhì)量以及耐用性等方面與合資品牌相比仍然是有一定差距的，這與我國(guó)汽車工業(yè)起步晚有著一定關(guān)系。因此，提高我國(guó)自主品牌汽車企業(yè)的研發(fā)能力，才能使我國(guó)的汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。而除發(fā)動(dòng)機(jī)外，車身零件已經(jīng)占到整車零部件的60%～70%，因此車身設(shè)計(jì)在整車設(shè)計(jì)中有著重要的作用[1]。

汽車車門是汽車的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，是汽車外形設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)。汽車制造過(guò)程中面臨著極大的技術(shù)挑戰(zhàn)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈化，各大企業(yè)為了新產(chǎn)品能夠第一時(shí)間搶占市場(chǎng)，希望縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期來(lái)降低成本和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。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軟件中的電子樣機(jī)模塊DMU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)、加工制造、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)。而汽車車身設(shè)計(jì)中，確定汽車車門結(jié)構(gòu)的合理性和汽車車門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是一個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)[2]。

1 車門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 車門外板結(jié)構(gòu)

一件優(yōu)質(zhì)的汽車車門產(chǎn)品體現(xiàn)在汽車密封良好，乘客舒適，燈、門鎖安全可靠，噪聲小，車門車窗玻璃升降快速可靠等方面，這些都是汽車車門最基本、最關(guān)鍵的性能，這些因素將會(huì)直接影響到汽車品質(zhì)[3]。因此設(shè)計(jì)合理高效可靠的車門結(jié)構(gòu)可以有效提高汽車車門產(chǎn)品的品質(zhì)。車門外板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2 車門內(nèi)板結(jié)構(gòu)

車門內(nèi)板的結(jié)構(gòu)由車門外板和側(cè)圍的形狀決定。車門內(nèi)板的設(shè)計(jì)順序如圖2所示。在CATIA中建立車門內(nèi)板模型后可得到車門內(nèi)板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖1 車門外板結(jié)構(gòu)

圖2 車門內(nèi)板設(shè)計(jì)順序

圖3 車門內(nèi)板結(jié)構(gòu)

車門內(nèi)板密封面的形狀由側(cè)圍配合面向車門中心的方向偏移6 mm而來(lái)，車門內(nèi)板采用兩層密封的形式，選用金屬和橡膠兩種材料共同起到密封作用。車門密封面的最小寬度11 mm，車門密封面的最小半徑40 mm。車門內(nèi)板和B柱配合面位置的密封面以及和車身門檻位置的密封面如圖4所示[4]。

圖4 車門內(nèi)板和車身門檻位置的密封面

2 車門結(jié)構(gòu)仿真分析

2.1 CATIA中DMU模塊介紹

DMU仿真分析是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中一種較為可靠、高效的方法，DMU仿真分析的關(guān)鍵技術(shù)是在機(jī)構(gòu)自由度分析的基礎(chǔ)上，提出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真的必要條件，并進(jìn)一步給出運(yùn)動(dòng)仿真分析的流程，最后結(jié)合實(shí)際案例分析仿真技術(shù)在汽車零部件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用。DMU運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電子樣機(jī)模塊中最重要的組成部分，運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)為機(jī)構(gòu)的車門仿真分析提供便利和縮短車門的研發(fā)周期和降低成本。對(duì)車門進(jìn)行仿真分析校核，可以確保車門在實(shí)際測(cè)試使用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生干涉以及安全問(wèn)題[5]。

2.2 基于DMU的車門運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析與校核

基于車身主斷面可知前門開(kāi)啟角度最大值設(shè)定為61°，前門鉸鏈的最大開(kāi)啟角度為66°。由車身外觀品質(zhì)基準(zhǔn)得前門外板和側(cè)圍翼子板的分縫間隙為5 mm。根據(jù)運(yùn)動(dòng)校核的要求，需要建立運(yùn)動(dòng)分析模型，其中需要車門外板、翼子板、側(cè)圍外板以及車門鉸鏈的數(shù)模[6]，如圖5所示。

圖5 車門運(yùn)動(dòng)仿真

前門與周邊件的運(yùn)動(dòng)分析是以前門開(kāi)啟角度為69°的前提下進(jìn)行的，前門與周邊件出現(xiàn)最小間隙的位置如圖6所示，得出的最小間隙曲線如圖7所示。由于前門開(kāi)啟時(shí)與周邊件的最小間隙在前門外板和翼子板之間，與周邊件沒(méi)有干涉，因此滿足設(shè)計(jì)要求[7]。

圖6 前門與周邊件出現(xiàn)最小間隙的位置

圖7 前門與周邊件的最小間隙曲線圖

前門與前門鉸鏈的運(yùn)動(dòng)分析是在前門鉸鏈開(kāi)啟角度為69°的前提下進(jìn)行的，其中出現(xiàn)最小間隙的位置如圖8所示，得出的最小間隙曲線如圖9所示。其中曲線1是前門和下鉸鏈的最小間隙，曲線2是前門和上鉸鏈的最小間隙。前門開(kāi)啟時(shí)與前門鉸鏈的最小間隙在前門外板和下鉸鏈之間，因?yàn)榍伴T開(kāi)啟時(shí)與前門上、下鉸鏈均沒(méi)有干涉，滿足設(shè)計(jì)要求[8]。

該車門結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)前門和周邊件及鉸鏈干涉檢查后可以正常工作，不會(huì)發(fā)生干涉問(wèn)題，故滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 前門與前門鉸鏈出現(xiàn)最小間隙的位置

圖9 前門與前門鉸鏈的最小間隙曲線圖

3 結(jié)論

文中對(duì)車門進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)，確定了車門內(nèi)外板的結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)車門設(shè)計(jì)及仿真分析，基本完成車門結(jié)構(gòu)模型建立和干涉分析。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，運(yùn)用仿真分析可以有效縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期來(lái)提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。利用CATIA軟件，進(jìn)行車門仿真分析與校核來(lái)驗(yàn)證該車門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性。通過(guò)對(duì)車門結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，可以有效縮短汽車外形設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)周期和降低研發(fā)成本。在以后的項(xiàng)目中可考慮對(duì)車門成型過(guò)程、密封降噪等問(wèn)題進(jìn)行完善。