基于CATIA的某輕型商用車側滑門三維運動校核

李柱生

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 510640)

基于CATIA的某輕型商用車側滑門三維運動校核

李柱生

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 510640)

分析了某輕型商用車側滑門的機構硬點及其運動軌跡，應用CATIA軟件進行了側滑門的三維運動校核，為商用車側滑門設計和改進提供參考。

輕型商用車；側滑門；機構硬點；三維運動校核

0　引言

側滑門在商用車上的應用非常廣泛。與普通鉸鏈式車門比較，側滑門具有開度大的特點，乘客及貨物通過性好。側滑門開啟時主要沿軌道向車身后方滑動，向外平移距離較少，因此占用車外空間少，使用安全性好。

為實現門體滑移運動，側滑門比普通鉸鏈門增加了滾輪、導軌等運動附件，門體運動軌跡比較復雜，運動過程中很容易與車身側圍發生干涉，因此側滑門的設計布置難度比較大。隨著國內車身技術的發展、CATIA和UG等三維設計軟件的普及應用，運用這些軟件可進行側滑門、滾輪組件及上中下導軌的三維布置設計，并利用軟件的運動機構分析模塊進行側滑門運動仿真校核，可以在設計階段及時發現側滑門與車身的干涉問題并加以解決，從而避免樣車及量產車側滑門發生干涉，有效提高側滑門的設計質量。

文中對某輕型商車側滑門進行了運動機構分析，確定了機構硬點及其運動軌跡，應用CATIA軟件的“DMU運動機構”工作臺建立了側滑門的運動仿真模型，進行了側滑門機構的三維運動校核分析。

1　側滑門運動校核的內容

側滑門運動校核的主要內容包括：

(1)側滑門開關運動的平順性校核。主要檢查側滑門在開啟、關閉過程中有無運動突變現象。

(2)側滑門與側圍外板最小運動間隙校核。在側滑門開啟初段，檢查門內板與側圍外板最小運動間隙是否符合設計目標值要求。

(3)側滑門關門限位器干涉校核：在側滑門開啟初段，檢查門體前部關門限位器是否發生運動干涉。

(4)側滑門上下滾輪臂與側圍外板最小間隙校核。在側滑門最大開度位置，檢查上下滾輪臂與側圍外板最小間隙是否符合設計目標值要求。

2　側滑門機構分析及機構硬點運動軌跡確定

2.1側滑門機構分析及機構硬點確定

某輕型商用車側滑門機構簡化示意圖如圖1所示。

該輕型商用車側滑門布置在車身右側中部，其主要運動附件有：安裝在車身側圍的上、中、下3根導軌，與整車坐標系XY平面平行布置；安裝在側滑門門體的上、中、下滾輪組件，其導向輪轉軸中心線與Z軸平行。側滑門運動機構可簡化如下：(1)上滾輪組件與上導軌配合限制了上滾輪支架轉軸中心點的運動軌跡，此中心點即為側滑門機構硬點A；(2)中滾輪組件與中導軌配合限制了中滾輪支架轉軸中心點的運動軌跡，此中心點即為側滑門機構硬點B；(3)下導向輪與下導軌配合限制了下導向輪轉軸中心點的運動軌跡，此中心點即為側滑門機構硬點C。由以上分析可知：此輕型商用車側滑門是一個空間運動機構，門體為一空間構件，機構硬點A、B、C通過上、中、下滾輪臂與門體作剛性連接。由三點定面原理可知，A、B、C三個機構硬點的運動軌跡確定了門體的運動軌跡，當設定硬點A或B為驅動點，側滑門即可在硬點驅動下進行開啟、關閉的運動仿真。

2.2側滑門機構硬點運動軌跡確定

(1)機構硬點A運動軌跡確定。此車型上滾輪組件由2個導向輪、1個承重輪及上滾輪支架組成，上滾輪組件通過上滾輪支架與上滾輪臂作鉸鏈連接，上滾輪支架鉸鏈軸中心點即為機構硬點A。側滑門運動時，2個導向輪在上導軌側面間滾動，其轉軸中心點分別沿上導軌中心線運動。承重輪在門體自重作用下緊貼在導軌下平面上滾動，通過滾輪支架限制了機構硬點A在Z軸方向的跳動，因此硬點A可簡化為在與Z軸垂直的平面內運動。在機構硬點A的運動平面內，2個導向輪轉軸中心點與硬點A組成1個平面三角形，根據上導軌中心線，由作圖法可得出機構硬點A的運動軌跡,如圖2所示。

(2)機構硬點B運動軌跡確定。此車型中滾輪組件與上滾輪組件結構類似，也是由2個導向輪、1個承重輪及滾輪支架組成，中滾輪支架鉸鏈軸中心點即為機構硬點B。同上所述，在機構硬點B的運動平面內，兩個導向輪轉軸中心點和硬點B組成平面三角形，根據中導軌中心線，由作圖法可得出機構硬點B的平面運動軌跡，如圖3所示。

(3)機構硬點C運動軌跡確定。此車型下滾輪組件由1個導向輪及其支架組成，下導向輪支架與下滾輪臂作剛性連接，下導向輪轉軸中心點即為機構硬點C。側滑門運動時，下導向輪在下導軌兩側面間滾動，機構硬點C沿下導軌中心線運動。由于下滾輪組件無承重輪，機構硬點C的Z軸平移自由度無約束，因此側滑門機構硬點C實際沿下導軌中心線的Z軸方向作拉伸曲面運動，如圖4所示。

3　側滑門運動機構數模裝配及模擬

3.1側滑門運動機構數模準備

首先運用CATIA軟件在整車坐標系下分別建立側滑門門體、上中下滾輪、上中下導軌、關門限位器、右側圍總成等三維數模。其中門體、上中下滾輪、上下關門限位塊裝配成1個門體總成的Product文件，上中下導軌裝配成1個導軌組件的Product文件。為建立與導軌的運動約束關系，上中下滾輪Part數模需對應側滑門機構硬點A、B、C分別建立空間點。對于上導軌Part數模，需在機構硬點A的運動平面上用草圖命令創建其運動軌跡曲線1。同樣對于中導軌Part數模，需在機構硬點B的運動平面上用草圖命令創建其運動軌跡曲線2。對于下導軌Part數模，對應機構硬點C，先創建下導軌中心線草圖，再拉伸成硬點C的運動軌跡曲面3。

3.2側滑門運動機構數模裝配及約束

3.3側滑門運動機構接頭模擬

建立的側滑門機構運動仿真模型見圖5。

4　側滑門運動校核

4.1側滑門開關運動的平順性校核

4.2側滑門與側圍外板最小運動間隙校核

在側滑門開啟初段，門體后部門鎖附近門內板容易與側圍外板發生干涉，因此需校核兩者之間最小運動間隙是否符合設計目標值要求。在“DMU運動機構”工作臺中，點擊“Distance and Band Analysis”命令，打開“編輯距離和區域分析”對話框，在類型選項分別選擇“最小值”和“在兩選擇之間”。“Group 1”選擇門內板數模；“Group 2”選右側圍外板數模，最后點擊“確定”按鈕，對話框關閉，門內板與右側圍后外板最小間隙尺寸出現在兩數模之間。

4.3側滑門關門限位器干涉校核

4.4側滑門滾輪臂與側圍外板最小間隙校核

5　結論

根據此輕型商用車側滑門運動校核結果，可得出以下結論：

(1)側滑門在開啟關閉過程中運動平順，無運動突變現象。

(2)側滑門開啟初段，側滑門門體與側圍外板最小運動間隙符合設計值目標要求。

(3)側滑門開啟初段，門體前部關門限位器組件無運動干涉現象。

(4)側滑門最大開度位置，滾輪臂與側圍外板最小間隙符合設計目標值要求。

【1】曹德樂.汽車側滑門的相關運動零件設計簡介[C]//第五屆中國汽車車身開發與模具制造論文集，北京，2008.

【2】申永勝.機械原理教程[M].北京：清華大學出版社，2005.

【3】林程，王文偉，陳瀟凱.汽車車身結構與設計[M].北京：機械工業出版社，2013.

【4】成偉業.CATIA V5R20運動仿真快速入門、進階與精通[M].北京：電子工業出版社，2015.

3D Motion Check of a Commercial Vehicle Sliding Door Based on CATIA

LI Zhusheng

(GAC Automobiles Engineering Institute,Guangzhou Guangdong 510640,China)

The mechanical hard points and their trajectories of a light commercial vehicle sliding door were analyzed.CATIA was used to do the 3D motion check of slide door which provided reference for design and improvement of commercial vehicles slide door.

Light commercial vehicle; Sliding door; Mechanical hard point;3D motion check

2015-05-24

李柱生，男，學士，機械工程師，從事商用車白車身及開閉件設計研發工作。E-mail：lizhusheng@gaei.cn。