基于CATIA的车门设计及仿真分析
2019-04-10徐晓峰王尚张自聪赵洋
徐晓峰,王尚,张自聪,赵洋
(1.江苏省连云港市交通控股集团有限公司，江苏连云港 222000；2.常熟理工学院汽车工程学院，江苏常熟 215500)
0 引言
近年来，虽然自主品牌车型的销量较前几年相比有了相当大的提升，甚至某些车型的销量已经超越合资品牌同类型车型的销量，但是自主品牌的汽车质量以及耐用性等方面与合资品牌相比仍然是有一定差距的，这与我国汽车工业起步晚有着一定关系。因此，提高我国自主品牌汽车企业的研发能力，才能使我国的汽车工业可持续发展。而除发动机外，车身零件已经占到整车零部件的60%～70%，因此车身设计在整车设计中有着重要的作用[1]。
汽车车门是汽车的重要组成部分，其结构复杂，制造精度要求高，是汽车外形设计的必要环节。汽车制造过程中面临着极大的技术挑战，随着市场经济竞争的日益激烈化，各大企业为了新产品能够第一时间抢占市场，希望缩短新产品研发周期来降低成本和提高市场竞争力。在计算机虚拟技术的发展和企业持续追求利润最大化的双重驱动下，CATIA软件中的电子样机模块DMU的作用是对产品的真实运动进行仿真分析，可以提供用于工程设计、加工制造、产品拆装维护的模拟环境, 是支持产品和流程、信息传递、决策制定的公共平台。而汽车车身设计中，确定汽车车门结构的合理性和汽车车门系统的设计与优化是一个难点和重点[2]。
1 车门的结构设计
1.1 车门外板结构
一件优质的汽车车门产品体现在汽车密封良好，乘客舒适，灯、门锁安全可靠，噪声小，车门车窗玻璃升降快速可靠等方面，这些都是汽车车门最基本、最关键的性能，这些因素将会直接影响到汽车品质[3]。因此设计合理高效可靠的车门结构可以有效提高汽车车门产品的品质。车门外板结构设计如图1所示。
1.2 车门内板结构
车门内板的结构由车门外板和侧围的形状决定。车门内板的设计顺序如图2所示。在CATIA中建立车门内板模型后可得到车门内板结构如图3所示。
图1 车门外板结构
图2 车门内板设计顺序
图3 车门内板结构
车门内板密封面的形状由侧围配合面向车门中心的方向偏移6 mm而来，车门内板采用两层密封的形式，选用金属和橡胶两种材料共同起到密封作用。车门密封面的最小宽度11 mm，车门密封面的最小半径40 mm。车门内板和B柱配合面位置的密封面以及和车身门槛位置的密封面如图4所示[4]。
图4 车门内板和车身门槛位置的密封面
2 车门结构仿真分析
2.1 CATIA中DMU模块介绍
DMU仿真分析是现代汽车设计中一种较为可靠、高效的方法，DMU仿真分析的关键技术是在机构自由度分析的基础上，提出系统运动仿真的必要条件，并进一步给出运动仿真分析的流程，最后结合实际案例分析仿真技术在汽车零部件设计开发过程中的应用。DMU运动机构是电子样机模块中最重要的组成部分，运动仿真技术为机构的车门仿真分析提供便利和缩短车门的研发周期和降低成本。对车门进行仿真分析校核，可以确保车门在实际测试使用过程中不会发生干涉以及安全问题[5]。
2.2 基于DMU的车门运动机构分析与校核
基于车身主断面可知前门开启角度最大值设定为61°，前门铰链的最大开启角度为66°。由车身外观品质基准得前门外板和侧围翼子板的分缝间隙为5 mm。根据运动校核的要求，需要建立运动分析模型，其中需要车门外板、翼子板、侧围外板以及车门铰链的数模[6]，如图5所示。
图5 车门运动仿真
前门与周边件的运动分析是以前门开启角度为69°的前提下进行的，前门与周边件出现最小间隙的位置如图6所示，得出的最小间隙曲线如图7所示。由于前门开启时与周边件的最小间隙在前门外板和翼子板之间，与周边件没有干涉，因此满足设计要求[7]。
图6 前门与周边件出现最小间隙的位置
图7 前门与周边件的最小间隙曲线图
前门与前门铰链的运动分析是在前门铰链开启角度为69°的前提下进行的，其中出现最小间隙的位置如图8所示，得出的最小间隙曲线如图9所示。其中曲线1是前门和下铰链的最小间隙，曲线2是前门和上铰链的最小间隙。前门开启时与前门铰链的最小间隙在前门外板和下铰链之间，因为前门开启时与前门上、下铰链均没有干涉，满足设计要求[8]。
该车门结构经过前门和周边件及铰链干涉检查后可以正常工作，不会发生干涉问题，故满足设计要求。
图8 前门与前门铰链出现最小间隙的位置
图9 前门与前门铰链的最小间隙曲线图
3 结论
文中对车门进行了三维设计，确定了车门内外板的结构，通过对车门设计及仿真分析，基本完成车门结构模型建立和干涉分析。在产品开发中，运用仿真分析可以有效缩短产品设计开发周期来提高产品的市场竞争力。利用CATIA软件，进行车门仿真分析与校核来验证该车门结构的设计合理性。通过对车门结构进行仿真分析，可以有效缩短汽车外形设计的开发周期和降低研发成本。在以后的项目中可考虑对车门成型过程、密封降噪等问题进行完善。
