【正文】 ，是縮短我國與國外汽車設(shè)計水平的差距，早日實現(xiàn)我國轎車自主開發(fā)能力的有效措施之一。 AUTOFOUM 軟件包是 AUTOFORM 工程有限公司包括瑞士研發(fā)與全球市場中心和德國工業(yè)應用與技術(shù)支持中心推出的板料成形模擬軟件包。 2)提供強大的可視化手段，除了虛擬顯示和多種瀏覽功能，還集成了 DMU 漫游和截面透視等先進手段。另外在 CAE 領(lǐng)域也取得了不少成績。美國福特公司從 1967 年就開始開發(fā)車身設(shè)計 CAD 系統(tǒng)， 目前百分之八十以上的設(shè)計由 CAD 完成，大大降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。本課題的研究內(nèi)容就是 在這樣的情況下產(chǎn)生的。中國要想從汽車制造大國發(fā)展成為汽車產(chǎn)業(yè)強國，就必須在汽車產(chǎn)品的研發(fā)上取得突破。汽車車門是車上相對獨立的總成，車門設(shè)計不但關(guān)系到汽車的實用性，對汽車也有很大的裝飾作用。在汽車車身設(shè)計的過程中，車門總成的布置設(shè)計除與整體設(shè)計有著協(xié)調(diào)配合關(guān)系外，可稱的上是一個相對獨立的，最具有代表性的車身總成設(shè)計。車門是汽車車身設(shè)計中的一個相對獨立的零部件。在車門設(shè)計中其安全性尤為重要，它必須保證在車輛發(fā)生碰撞時，盡可能地減少對行人和乘員造成的傷害，因此必須要求車門外覆蓋件表面光潔、有韌性；門鎖、門鉸鏈以及車門門體必須能夠按照 A 柱一 B 柱一 C 柱的路線傳遞碰撞沖擊力；碰撞后的車門必須能夠輕松地不借助于任何輔助工具用手打開。它不僅要與整車造型協(xié)調(diào)一致，還要保證必要的開度，方便上下車，良好的安全性，穩(wěn)定的操縱性，密封性，工藝性，足夠的強度剛度，以滿足功能上的要求。 2 因此車門的設(shè)計也越來越講究，而且使用越來越多的網(wǎng)絡和電控技術(shù)。歐美日的汽車企業(yè)之所以能夠如此強勢，與他們幾十年甚至上百年的技術(shù)革新與經(jīng)驗積累是分不開的，翻開他們汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史，我們都能夠清晰的感受到他們相同的企業(yè)發(fā)展脈絡：明確 的市場定位，堅定不移的技術(shù)研發(fā)，引領(lǐng)潮流的戰(zhàn)略方向，這一切，做足了他們的原始積累。 世界汽車發(fā)展現(xiàn)狀 早于七、八十年代，國外大型汽車公司已建立了相當規(guī)模成套的 CAD、 CAE 和CAM 等計算機輔助系統(tǒng)，使得車身設(shè)計方法發(fā)生了根本性的變革，運用三維“CAD/CAM”技術(shù)替代了以 “主圖板，主模型 ”為主的傳統(tǒng)設(shè)計方式。美國通用汽車公司在 1988 年投資千萬美元完成了以三維 CAD 系統(tǒng) UG 為核心的 CAD/CAM/CAE/CIM 的 4C 集成化工程，達到信息流暢，公司的轎車和概念車的開發(fā)試制時間由五年縮短到兩年，設(shè)計階段從 24 個月縮短到 14 個月，一些零部件的設(shè)計從六個月縮短到一個月。 電子樣機 （ DMU： Digital MockUp） 技術(shù)主要是指在計算機平臺上，通過三維CAD/CAE/CAM 軟件，建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機，組成電子化樣機的每個部件除了 3 準確定義三維幾何圖形外，還賦有相互間的裝配關(guān)系、技術(shù)關(guān)聯(lián)、工藝、公差、材料等信息，電子樣機應具有從產(chǎn)品設(shè)計、制造到產(chǎn)品維護各階段所需的所有功能，為產(chǎn)品和流程開發(fā)提供一個平臺的電子樣機功能由專門的模塊完成，從產(chǎn)品的造型、上下關(guān)聯(lián)的并行設(shè)計環(huán)境、產(chǎn)品的功能分析、產(chǎn)品瀏覽和干涉檢查、信息交流、產(chǎn)品可維護性分析、產(chǎn)品易用性分析、支持虛擬實現(xiàn)技術(shù)的實時仿真、多 CAX 支持、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理等各方面提供了完整的電子樣機功能，能夠完成與物理樣機同樣的分析、模擬功能，從而減少制作物理樣機的費用，并能進行更多的設(shè)計方案驗證。 3)具備各種功能性檢 測手段，如安裝 /拆卸、機構(gòu)運動、干涉檢查、截面掃描等。它將來自世界范圍內(nèi)的許多汽車制造商和供應商的廣泛的訣竅和經(jīng)驗融入其中，并采取用戶需求驅(qū)動的開 發(fā)策略，以保證提供最新的技術(shù)。 國外各大汽車和設(shè)計公司積累了幾十年的轎車車身開發(fā)經(jīng)驗，形成了較完善的數(shù) 4 據(jù)庫和設(shè)計規(guī)范。 隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，消費者的消費觀念更趨理性，對汽車的需求偏好也逐步發(fā)生變化、升級，由于國內(nèi)消費者換車周期的大幅縮短， 使得汽車的更新?lián)Q代也加快了。 根據(jù)實驗室試驗車對車門進行的布置 豐田汽車 的 現(xiàn)代 背景 如今汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度很快， 尤其是豐田轎車。 伴隨著汽車車身造型的設(shè)計與修改要求日趨增高，參數(shù)化設(shè)計更符合和貼近現(xiàn)代CAD 中的概念設(shè)計和并行設(shè)計思想，并可提高設(shè)計與分析的柔性，因此車身模型的參數(shù)化設(shè)計經(jīng)成為車輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 知識工程 （ KBE， Knowledge Based Engineering） 是人工能領(lǐng)域的一個重要分支，它研究的主要內(nèi)容包括知識的獲取、知識的表達知識庫的構(gòu)造、知識的自動獲取和更新等，其核心是如何運用知識來解問題。 KBE 系統(tǒng)將重復的設(shè)計和工程任務自動化，縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間，將設(shè)計、分析、制造集成起來實現(xiàn)并行工作。 在計算機中不但可以對車身外觀及內(nèi)飾建立數(shù)字模型，而且可以對發(fā)動機、底盤等其它零部件建立模型，并直接進行有限元分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計 /分析、甚至虛擬裝配、虛擬風洞試驗等，使得設(shè)計人員可以在計算機中構(gòu)建虛擬的電子樣車并進行試驗，能在實際生產(chǎn)前預先發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，提高了效率，降低了成本。 汽車 車門 的 設(shè)計流程 車門是汽車車身結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，同時相對獨立，是供乘員或貨物進出的必要通道。很多時候，各個環(huán)節(jié)是一個循環(huán)反復的過程，造成了傳統(tǒng)的車門設(shè)計難度與周期很長。 長期以來，車門設(shè)計一直是一個難點，現(xiàn)代設(shè)計方法的應用，使得車門設(shè)計的后期分析可以提前到設(shè)計過程中進行，使設(shè)計的難度降低。 7 第 2 章 車門的相類型與相關(guān)的組成要求 花冠轎車 車門參數(shù)化設(shè)計 要求 汽車車門的參數(shù)化設(shè)計方法，是通過參數(shù)化設(shè)計采用幾何約束控制產(chǎn)品形狀的幾何特征，改變約束可迅速獲得不同的設(shè)計結(jié) 果，提高設(shè)計效率，有助于減輕設(shè)計人員的工作強度。它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細節(jié)，設(shè)計過程相對寬松。 實際上車門還可以做更細致的區(qū)分，現(xiàn)在按照以下分類對各個類型的優(yōu)缺點略做評述。 2)內(nèi)、外板整體沖壓成型式車門（ Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分側(cè)向暴露（ exposed on side，相對于上面類型）。但凡獨立窗框，裝配時產(chǎn)生的問題是無法避免的，而且因為滾壓的窗框，使得密封形式的選擇有限，會導致潛在的密封性能問題 獨立窗框式車門（ Loose Upper Frame） 優(yōu)點：廢料率同樣能降至最少；左右內(nèi)（外）板可以在一個模具中成型 ；該類型車 9 門具備整形能力；門質(zhì)量好。 缺點：窗玻璃的穩(wěn)定性差（當玻璃在 full up 位置時，至少在門肚子里留有露出部 分的三分之一長度，否則容易失穩(wěn)）；門肚子里需要有額外的支架來保持玻璃的穩(wěn)定性；當然這些都會增加產(chǎn)品成本，而且造成門密封性先天不足，為了改善其密封性，不得不花更多代價；除此之外，車身腰線（ Belt line）也被抬高。 車門鈑金 10 車門鈑金一般分為車門外板、內(nèi)板、外板加強板、防撞梁、內(nèi)板加強板、鉸鏈加強板、鎖加強板、鉸鏈支座、窗框（如果為滾壓窗框）、窗框安裝支架、玻璃前后導槽、導槽安裝支架等，如圖 所示。 由于門外板是一種平坦淺拉延件。 車門外板采用強度適當、沖壓性能好的薄鋼板材料（厚度為 1 mm）經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成。在車門靠近車身 A、 B 柱一側(cè)，由于需要考慮車門的下沉及鉸鏈等結(jié)構(gòu)的安裝此處剛度和強度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為 或 的高強板，其余部分采用了 的鋼板，這樣在保證 車門內(nèi)板必要的剛度和強度性能時又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖 所示 。 圖 車門外板加強板 13 圖 車門內(nèi)板加強板 4)車門 內(nèi)的 防撞 鋼 梁 車門防撞梁（桿）（ Side Impact Beam,Door Beam），也叫側(cè)門防撞梁（桿），是指在車門內(nèi)部結(jié)構(gòu)中加上橫梁（從外面看不到），用以加強車輛側(cè)面的結(jié)構(gòu)，進而提高側(cè)面撞擊時的防撞抵抗力，以提升側(cè)面的安全。依據(jù)美國國家公路交通安 全管理局（ NHTSA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，車門防撞梁在 2020 年拯救了994 名事故受害者。 5)鉸鏈支座 車門鉸鏈支座是安裝在車門內(nèi)板上的鉸鏈座凸焊螺母的安裝載體，通常形狀簡單，板材比較厚，如圖 所示。 滾壓窗框一般要經(jīng)過滾 壓、拉彎或扭彎、沖切、點焊或氬弧焊（焊接總成）。門鎖看成是由多個構(gòu)件組成的運動鏈系統(tǒng)，應用機構(gòu)運動簡圖測繪法畫出在鎖緊狀態(tài)的機構(gòu)運動簡圖，如圖所示，從而為機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運動分析及力分析提供依據(jù)。門鎖作為汽車車身上使用最頻繁的部件之一，具有功能性和裝飾性的雙重作用。其二是防止外人侵入的鎖緊作用。舌式鎖結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，易于制造，對車門 的安裝精度要求低，常見于載荷汽車和大客車，如 CA1 EQ1 NJ130 等。在選擇門鎖時，應 19 考慮新車型及使用條件，對于輕型客車，一般在較好的路面上行駛，并且制造條件也較好，故可選用操縱輕便的轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。旋轉(zhuǎn)式外手柄結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)量少，但手柄易歪斜，脫落，影響汽車外形美觀。門鎖的內(nèi)手柄有旋轉(zhuǎn)式、掀拉式、按鈕式和手摳式。曲面玻璃在轎車上得到了廣泛的應 20 用，曲面玻璃可以有效的利用車內(nèi)空間，減少車門厚度，并且外形美觀，使車身更趨于流線型，車室內(nèi)的寬度也有所增大。玻璃形狀和窗口處造型形狀及窗框結(jié)構(gòu)密切相關(guān)確定時應本著盡量逼近外形的原則，并保證玻璃沿導軌順利升降。 圖 車門玻璃 21 4)車門玻 璃升降器 在車門及其附件設(shè)計中，車門玻璃及玻璃升降器是占有空間最大的部件，也是最重要的一個子系統(tǒng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，升降器可以分為繩輪式 ， 軟軸式 ， 叉臂式（如圖 所示）。 特點；適用于負載較大的車門玻璃，相對來說成本較低，豐田汽車多種車型應用此設(shè)計。大致有以下幾種類型：繩輪式、齒輪叉臂式、齒輪式和軟軸式等。設(shè)計風格的不一致，限位器的結(jié)構(gòu)型式也分為兩類，一類拉桿式限位器（傳統(tǒng)形式）是一個獨立的限位系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)簡單，成本低得到廣泛應用，一般轎車上都使用此類，如圖 所示；另一類是凸輪機構(gòu)式限位器，限位器是與鉸鏈合在一起的，凸輪機構(gòu)式限位器可以更好的解決檔位不清，較易滿足力矩要求和開啟角度要求，以及實現(xiàn)關(guān)門力 的要求，而這種限位器的成本也自然高出很多。目前應用的限位器類型有兩種：拉 桿式限位器（傳統(tǒng)形式）和凸輪機構(gòu)式限位器（與鉸鏈一體）。為此，先將拉桿端部截開，在截開的截面上有拉應力 σ，假定它是均勻分布的，其合力為 N1，由平衡條件可知： N1 = P 根據(jù)軸向拉伸強度校核公式： ][1 ?? ?? AN （ 38） 式中 A 是被切開桿的橫截面積的凈面積，為 )( dbA ??? （ 39） 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得： MPdb PAN 3 3 0][2 5 010)812(10 1 0 0)( 61 ?????????? ? ??? （ 310） 故所設(shè)計的限位桿滿足拉伸強度要求。 優(yōu)點：為結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；體積小、重量輕；調(diào)整車門和鉸鏈拆裝容易。 優(yōu)點：是結(jié)構(gòu)堅固，連接可靠，車門不易下沉；鉸鏈不外露，不破壞車身側(cè)面造型。臂式鉸鏈的鉸鏈軸安裝在門柱上，要求門柱粗大，優(yōu)點是開門時車門外移，發(fā)生干涉的可能性小。 圖 鍛壓式車門鉸鏈 25 鉸鏈是車門與車身連接的關(guān)鍵部件，同時也是車門上一個重要的活動部件。 圖 為鉸鏈的受力分析圖，其中 R 為手柄上的力沿豎直方向的分力， P 為車門重力， S、 Q 為鉸鏈處的受力沿豎直和水平兩個方向的分力。 M 8 2 由車門受力關(guān)系可得： S= 2RP? Q= bRdP ?a 見斷面 B—B, th? ，由材料力學理論可知，本結(jié)構(gòu)中的剪應力可以忽略（即忽