基于CATIA的宏程序自动生成车门限位器臂杆轨迹的设计

付凯，班正逸，丁光学，朱伟，刘少峰

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

基于CATIA的宏程序自动生成车门限位器臂杆轨迹的设计

付凯，班正逸，丁光学，朱伟，刘少峰

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

本文通过对车门限位器臂杆轨迹的常规设计方法的探究总结，将其编写成CATIA软件可读的宏程序。程序中只要在CATIA软件中点选设计限位器臂杆时所需要的四个基础元素，并将元素转化为程序可读参数，代入程序进行运算。根据限位器臂杆轨迹的设计方法，将需要进行重复的设计步骤，利用其设计方法中的重复性，使人为可以设定最大开启度和间隙角度等参数，让程序根据所输入的参数进行重复的运算，最后自动绘制生成限位器臂杆轨迹。使车门限位器的开发周期得以缩短；开发方法得以简化；布置调整得以轻松；设计结果得以准确。

限位器；臂杆轨迹；宏程序；自动生成

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

引言

对汽车而言，车门限位器是必不可少的元件。一方面它可以限制车门的最大开度，防止车门开得过大；另一方面，它可在需要时使车门保持开启，车门也不会自动关上。限位臂杆是限位器总成的关键部件，为实现限位器力矩大，角度准确，噪音小等特点，一般对限位臂的轨迹要求非常粗确，以免使限位臂受到开门力矩以外的力矩，造成限位臂撕拉断裂、早期磨损等不良现象。

1、车门限位器的布置及设计

在进行车门限位器设计时，安装支架和限位器盒等零部件通常借用现有车型的成熟，只对臂杆进行重新设计。限位器的设计是在车门钣金、A柱、B柱钣金以及铰链、玻璃升降器等零部件设计完成之后进行的，其涉及的内容主要有：

（1）限位器的布置；

（2）限位器臂杆轨迹设计；

（3）限位器臂杆形状设计及受力计算。

本文只针对限位器臂杆轨迹设计进行论述。

在车门限位器布置完成后，进行限位器臂杆轨迹设计。因为在车门开关过程中，限位器的臂杆绕自身的中心旋转，同时臂杆还随安装在车门上的限位器盒一起运动，所以限位器臂杆的轨迹是一条较复杂的复合曲线。通常利用3D软件（CATIA、UG等）采用有限元近似拟合得到，即将限位器臂杆轨迹按照车门旋转角度平均划分为若干段，然后分段拟合，最后求出完整轨迹曲线，划分的段数越大，最后得到的轨迹曲线越精确，下面按车门开启角度为70度，平均分为10段为例求取臂杆轨迹曲线[1]：

在图1中，A为铰链轴线，B为限位器轴线，C为限位器盒中心点在车门关闭状态时的位置，DE为限位器盒安装平面方向，CF为直线DE的垂线（通常CF与BC重合）。下面将详细描述限位器臂杆轨迹的求作过程。

（1）将DE、CF绕A点旋转10等份（每次旋转角度7度，即限位器盒随车门一起绕铰链轴线旋转），得到D1E1、D2E2…D10E10和C1F1、C2F2…C10F10。

（2）以B点为圆心通过C、C1…C10作辅助圆，分别与C1F1、C2F2…C10F10交于G1、G2…G10，剪除多余部分得到C1G1、C2G2…C10G10。

（3）从C10F10开始，将C10G10绕B点旋转到C9点，依次类推得到折线CC10。

（4）连接BC，将折线BC10光顺，得到限位器臂杆轨迹曲线（通常布置时使BC⊥DE）。

臂杆宽度与所选用限位器盒的限位器臂杆宽度相同，通常为12mm-14mm，得到臂杆轨迹后，进行限位器运动间隙检查（限位器臂杆运动过程中与车门玻璃等运动件间距不小于10mm、与玻璃导槽等固定件间距不小于5mm），如不符合要求，则需重新布置限位器，求取新的臂杆轨迹进行限位器运动间隙检查直至满足要求。

因此，限位器臂杆的轨迹设计至为重要。要满足限位器具有良好的功能性和NHV性等性能，不但要求限位器臂杆符合运动学理论轨迹，还要求考虑限位器臂杆与周围环境间隙的要求。

2、宏程序的编写[2]

针对限位器臂杆设计的理论方法，其核心就是有限元理论，对关键步骤进行重复，分段数量越多，重复的次数也就越多。然而，在实际工作中，因为人的条件和时间等多重条件因素制约，平均分段不可能会很多。因此，会造成限位器臂杆轨迹失真，甚至出现人为错误。

利用CATIA软件内置的宏程序，事先将限位器臂杆轨迹的设计理论方法，编写成程序，再利用CATIA宏运行该程序，其重复的次数可以利用FOR...NEXT语句进行编程，并根据限位器的开启角度和轨迹的分段点数进行人为设定，这样就可以控制重复的次数，自动完成限位器臂杆轨迹的绘制。。因为是计算机运算绘制，不仅可以极大的缩短设计周期，还可以提高设计的准确性，使限位器臂杆轨迹尽量分成无数段，这样就可以看作是无数个点来组成限位器的轨迹，更趋于限位器臂杆理论轨迹，其程序的核心内容有：

（1）相关元素的选取并转化为程序可读参数；

（2）限位器臂杆轨迹拟合的主程序编写；

（3）主程序的循环程序编写。

本文将从上述三个方面进行详细论述。

2.1 相关元素的选取并转化为程序可读参数

在第二节的限位器臂杆轨迹设计论述中，可以看出铰链轴线A、限位器轴线B、限位器盒中心点C和为限位器盒安装平面DE是臂杆轨迹设计中必不可少的基础元素，只要选取上述四个基础元素，就可以进行臂杆轨迹的设计。

2.1.1 相关元素的类型定义

所述的四个基础元素，有一个点，两条线和一个面。因此，需要在程序对这四个参数分别进行定义，使程序来识别他们，代码如下：

2.1.2 选取相关元素并转化参数

定义完所述四个基础元素之后，程序在CATIA里只能选取相应的元素类型，否则将无法选取。然后，再将所选取的元素转化为系统可识别的参数，代码如下：

2.2 限位器臂杆轨迹拟合的主程序编写

根据第二节的限位器臂杆轨迹设计论述，首先要做直线CF，使CF垂直于平面DE，并将CF绕A点旋转（即限位器盒随车门一起绕铰链轴线旋转），得到C1F1。以B点为圆心通过C作辅助圆，与C1F1交于G1，剪除多余部分得到C1G1。将C1G1绕B点旋转到C点，得到CC1。

2.2.1 绘制直线CF，交将CF绕A点旋转，得到C1F1

其代码如下：

2.2.2 以B点为圆心通过C作圆, 与C1F1交于G1，并剪除多余部分，得到C1G1

其代码如下：

2.2.3 将C1G1绕B点旋转到C点，得到CC1

其代码如下：

2.3 主程序的循环程序编写

根据第二节的限位器臂杆轨迹设计论述，我们可以看出，限位器的臂杆轨迹就是重复将CF绕A点旋转，得到C1F1。以B点为圆心通过C作辅助圆，与C1F1交于G1，剪除多余部分得到C1G1。将C1G1绕B点旋转到C点，得到CC1。依次类推，重复进行拟合，进而得到CC10。

因此，我们可以利用VB语言中的InputBox语句和For...Next语句，进行限位器的最大开度和最小间隔角度的设定，然后将本次运算得到的结果点C1和以通过点C1所作的辅助圆替换为下一次循环运算的初始条件，并将主程序进行循环，其代码如下：

3、宏程序的运行

3.1 宏程序的运行过程

利用CATIA软件，点击命令栏里的“工具”→“宏”，出现如图2的对话框。选择已编程好的限位器臂杆设计宏程序，并运行。

当程序运行后，会出现如图3的对话框，点击确定，并点选限位器轴线即可。

当点选完限位器轴线后，会出现如图4的对话框，点击确定，并点选限位器盒中点即可。

当点选完限位器盒中点后，会出现如图5的对话框，点击确定，并点选限位器盒安装面即可。

当点选完限位器盒安装面后，会出现如图6的对话框，点击确定，并点选铰链轴线即可。

当点选完铰链轴线后，会出现如图7的对话框，本文将以最大开启角度70°为例，输入完成后，点击确定即可。

当点输入完最大开启角度后，会出现如图8的对话框，本文将以限位间隔角度0.2°为例，输入完成后，点击确定，即程序开始进行运算并自动绘制生成限位器臂杆轨迹。

3.2 宏程序的运算结果

用宏程序所运算出的结果，可以尽可能多的分段，本文以最大开启角度为70°， 间隙角度为0.2°为例进行运算，理论上可拟合出350个轨迹点，其结果如星云般壮阔，如图9所示。

提取臂杆轨迹线，并将其结果放大，测得其两点间的最小间隔为0.25mm，如图10所示。

3.3 宏程序的运算结果与实物对比

将已开发的车型限位器的臂杆，与同条件下，运用宏程序所运算出的轨迹结果，进行对比，其效果如图11所示。

从图11可以看出，宏程序自动生成的限位器臂杆轨迹基本贴合实物的中心线轨迹，验证此程序能基本满足设计需要。

4、分段点数对臂杆轨迹影响的分析

以最大开启角度为70°为例，分别以间隔角度为0.2°、5°、10°做出三个限位器臂杆轨迹，如图12所示。

由图12可以看出，从上到下分别为以间隔角度0.2°、5°、10°做出三个限位器臂杆轨迹。间隔角度为10°的限位器臂杆轨迹趋于靠近以间隔角度为5°所做出的限位器臂杆轨迹，而间隔角度为5°的限位器臂杆轨迹趋于靠近以间隔角度为0.2°所做出的限位器臂杆轨迹。同理可证，间隔角度越小，拟合点的数量越多，则限位器臂杆轨迹越趋于接近理论轨迹，更有利于整体车门的设计性能和NVH性能等相关性能。由于限位器臂杆轨迹越趋于接近理论轨迹，其受力情况始终沿臂杆轨迹的切线方向，没有其他方向的分力，避免了因车门开关所产生的分力导致限位器臂杆撕拉断裂、早期磨损等不良现象发生。同时也避免了因拟合点数量选取较小时，使臂杆轨迹失真，造成在真实情况下，限位器臂杆实际轨迹与理论轨迹相关过大，使限位器臂杆与车门周边环境产生干涉的情况，如图13所示。

由图13可以看出，其间距最大可达到2mm。可见，由于拟合点的数量越少，其臂杆轨迹越失真。因此，即使是靠人为所选取14个拟合点，也至少和理论的限位器臂杆轨迹相差0.7mm。

5、结论

车门限位器不仅需要有良好的开启定位功能，还需要有精确的限位器臂杆轨迹，以保证限位器具有良好的功能性和NHV性等性能。本文详细介绍分析了在CATIA软件里，利用宏程序来自动生成限位器臂杆轨迹方法，并且可以人为设定限位器的最大开启角和间隔角度，以满足车门开启角度的需求和限位器臂杆轨迹的精确度。此方法不仅可以极大的缩短了限位器的开发周期，并且使限位器臂杆轨迹趋于接近其理论轨迹，精确性得以提升。程序中只需点选取四个基础元素和输入两个设定角度，即使是毫无软件操作能力的设计人员，也可以轻松、快速、准确地获得限位器臂杆轨迹。而即便是有10年工作经验，并且软件操作非常熟练的设计人员，使其只做10个拟合点的限位器臂杆轨迹，不论在时间上，还是在精度上，都不能望其项背。

[1] 雷学明，汽车车门限位器设计[J]. 汽车实用技术，2014，1.

[2] 郑阿奇. Visual Basic实用教程（第2版）[M]. 电子工业出版社，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--

付凯，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。