基于CATIA的某轻型商用车侧滑门三维运动校核

李柱生

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 510640)

基于CATIA的某轻型商用车侧滑门三维运动校核

李柱生

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 510640)

分析了某轻型商用车侧滑门的机构硬点及其运动轨迹，应用CATIA软件进行了侧滑门的三维运动校核，为商用车侧滑门设计和改进提供参考。

轻型商用车；侧滑门；机构硬点；三维运动校核

0　引言

侧滑门在商用车上的应用非常广泛。与普通铰链式车门比较，侧滑门具有开度大的特点，乘客及货物通过性好。侧滑门开启时主要沿轨道向车身后方滑动，向外平移距离较少，因此占用车外空间少，使用安全性好。

为实现门体滑移运动，侧滑门比普通铰链门增加了滚轮、导轨等运动附件，门体运动轨迹比较复杂，运动过程中很容易与车身侧围发生干涉，因此侧滑门的设计布置难度比较大。随着国内车身技术的发展、CATIA和UG等三维设计软件的普及应用，运用这些软件可进行侧滑门、滚轮组件及上中下导轨的三维布置设计，并利用软件的运动机构分析模块进行侧滑门运动仿真校核，可以在设计阶段及时发现侧滑门与车身的干涉问题并加以解决，从而避免样车及量产车侧滑门发生干涉，有效提高侧滑门的设计质量。

文中对某轻型商车侧滑门进行了运动机构分析，确定了机构硬点及其运动轨迹，应用CATIA软件的“DMU运动机构”工作台建立了侧滑门的运动仿真模型，进行了侧滑门机构的三维运动校核分析。

1　侧滑门运动校核的内容

侧滑门运动校核的主要内容包括：

(1)侧滑门开关运动的平顺性校核。主要检查侧滑门在开启、关闭过程中有无运动突变现象。

(2)侧滑门与侧围外板最小运动间隙校核。在侧滑门开启初段，检查门内板与侧围外板最小运动间隙是否符合设计目标值要求。

(3)侧滑门关门限位器干涉校核：在侧滑门开启初段，检查门体前部关门限位器是否发生运动干涉。

(4)侧滑门上下滚轮臂与侧围外板最小间隙校核。在侧滑门最大开度位置，检查上下滚轮臂与侧围外板最小间隙是否符合设计目标值要求。

2　侧滑门机构分析及机构硬点运动轨迹确定

2.1侧滑门机构分析及机构硬点确定

某轻型商用车侧滑门机构简化示意图如图1所示。

该轻型商用车侧滑门布置在车身右侧中部，其主要运动附件有：安装在车身侧围的上、中、下3根导轨，与整车坐标系XY平面平行布置；安装在侧滑门门体的上、中、下滚轮组件，其导向轮转轴中心线与Z轴平行。侧滑门运动机构可简化如下：(1)上滚轮组件与上导轨配合限制了上滚轮支架转轴中心点的运动轨迹，此中心点即为侧滑门机构硬点A；(2)中滚轮组件与中导轨配合限制了中滚轮支架转轴中心点的运动轨迹，此中心点即为侧滑门机构硬点B；(3)下导向轮与下导轨配合限制了下导向轮转轴中心点的运动轨迹，此中心点即为侧滑门机构硬点C。由以上分析可知：此轻型商用车侧滑门是一个空间运动机构，门体为一空间构件，机构硬点A、B、C通过上、中、下滚轮臂与门体作刚性连接。由三点定面原理可知，A、B、C三个机构硬点的运动轨迹确定了门体的运动轨迹，当设定硬点A或B为驱动点，侧滑门即可在硬点驱动下进行开启、关闭的运动仿真。

2.2侧滑门机构硬点运动轨迹确定

(1)机构硬点A运动轨迹确定。此车型上滚轮组件由2个导向轮、1个承重轮及上滚轮支架组成，上滚轮组件通过上滚轮支架与上滚轮臂作铰链连接，上滚轮支架铰链轴中心点即为机构硬点A。侧滑门运动时，2个导向轮在上导轨侧面间滚动，其转轴中心点分别沿上导轨中心线运动。承重轮在门体自重作用下紧贴在导轨下平面上滚动，通过滚轮支架限制了机构硬点A在Z轴方向的跳动，因此硬点A可简化为在与Z轴垂直的平面内运动。在机构硬点A的运动平面内，2个导向轮转轴中心点与硬点A组成1个平面三角形，根据上导轨中心线，由作图法可得出机构硬点A的运动轨迹,如图2所示。

(2)机构硬点B运动轨迹确定。此车型中滚轮组件与上滚轮组件结构类似，也是由2个导向轮、1个承重轮及滚轮支架组成，中滚轮支架铰链轴中心点即为机构硬点B。同上所述，在机构硬点B的运动平面内，两个导向轮转轴中心点和硬点B组成平面三角形，根据中导轨中心线，由作图法可得出机构硬点B的平面运动轨迹，如图3所示。

(3)机构硬点C运动轨迹确定。此车型下滚轮组件由1个导向轮及其支架组成，下导向轮支架与下滚轮臂作刚性连接，下导向轮转轴中心点即为机构硬点C。侧滑门运动时，下导向轮在下导轨两侧面间滚动，机构硬点C沿下导轨中心线运动。由于下滚轮组件无承重轮，机构硬点C的Z轴平移自由度无约束，因此侧滑门机构硬点C实际沿下导轨中心线的Z轴方向作拉伸曲面运动，如图4所示。

3　侧滑门运动机构数模装配及模拟

3.1侧滑门运动机构数模准备

首先运用CATIA软件在整车坐标系下分别建立侧滑门门体、上中下滚轮、上中下导轨、关门限位器、右侧围总成等三维数模。其中门体、上中下滚轮、上下关门限位块装配成1个门体总成的Product文件，上中下导轨装配成1个导轨组件的Product文件。为建立与导轨的运动约束关系，上中下滚轮Part数模需对应侧滑门机构硬点A、B、C分别建立空间点。对于上导轨Part数模，需在机构硬点A的运动平面上用草图命令创建其运动轨迹曲线1。同样对于中导轨Part数模，需在机构硬点B的运动平面上用草图命令创建其运动轨迹曲线2。对于下导轨Part数模，对应机构硬点C，先创建下导轨中心线草图，再拉伸成硬点C的运动轨迹曲面3。

3.2侧滑门运动机构数模装配及约束

3.3侧滑门运动机构接头模拟

建立的侧滑门机构运动仿真模型见图5。

4　侧滑门运动校核

4.1侧滑门开关运动的平顺性校核

4.2侧滑门与侧围外板最小运动间隙校核

在侧滑门开启初段，门体后部门锁附近门内板容易与侧围外板发生干涉，因此需校核两者之间最小运动间隙是否符合设计目标值要求。在“DMU运动机构”工作台中，点击“Distance and Band Analysis”命令，打开“编辑距离和区域分析”对话框，在类型选项分别选择“最小值”和“在两选择之间”。“Group 1”选择门内板数模；“Group 2”选右侧围外板数模，最后点击“确定”按钮，对话框关闭，门内板与右侧围后外板最小间隙尺寸出现在两数模之间。

4.3侧滑门关门限位器干涉校核

4.4侧滑门滚轮臂与侧围外板最小间隙校核

5　结论

根据此轻型商用车侧滑门运动校核结果，可得出以下结论：

(1)侧滑门在开启关闭过程中运动平顺，无运动突变现象。

(2)侧滑门开启初段，侧滑门门体与侧围外板最小运动间隙符合设计值目标要求。

(3)侧滑门开启初段，门体前部关门限位器组件无运动干涉现象。

(4)侧滑门最大开度位置，滚轮臂与侧围外板最小间隙符合设计目标值要求。

【1】曹德乐.汽车侧滑门的相关运动零件设计简介[C]//第五届中国汽车车身开发与模具制造论文集，北京，2008.

【2】申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

【3】林程，王文伟，陈潇凯.汽车车身结构与设计[M].北京：机械工业出版社，2013.

【4】成伟业.CATIA V5R20运动仿真快速入门、进阶与精通[M].北京：电子工业出版社，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，学士，机械工程师，从事商用车白车身及开闭件设计研发工作。E-mail：lizhusheng@gaei.cn。