基于数字化平台的车门开发 - 文章

基于数字化平台的车门开发

作者：天津一汽夏利汽车股份有限公司魏京功

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目前，很多汽车公司将车门设计分为4个阶段：定义、布置、设计和分析。每一个阶段都可以通过大量的知识库与先进的设计手段支持，达到高效高质。

定义阶段

通过庞大的数据库资料，确认车门的结构型式，包括车门、窗框、升降器、铰链、门锁、限位器和内外手柄选型，密封型式定义及钣金材料定义等。在这一阶段，主要是根据从整车分解下来的车门成本以及车门安全等级来定义这些结构型式，一旦确定之后，在布置阶段主要就围绕这些结构型式来做工作。

布置阶段

外表面、铰链中心发布后，就进入详细布置阶段。车门前期布置工作的主要目的是提前定义各个部件之间的关系，并将这些布置数据和资料提供给同步设计人员，以便提高设计的质量与速度。

主断面设计是车门布置的重要组成部分，能够为造型设计提供尽可能多的结构信息，也是指导详细结构设计的依据。主断面要自成一系，实现参数化设计，从外表面发布开始，到主断面设计而止。外表面的变动能够直接引起主断面的快速更新。主断面不能被其他设计直接引用，如图1、图2所示。

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图1 前车门断面分布

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图2 前车门上铰链主断面（section_1）

在经历了详细布置以后，所有的布置信息在CATIA中用最简单的点、线和面构建出来，作为对所有车门部件详细设计的必备输入条件来发布，如图3所示。

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图3 车门布置数据发布

设计阶段

在车门详细设计阶段，需要将布置发布过来的数据做整理，形成详细设计的输入条件，最终完善车门各个部件的详细设计，主要包括车门内外板设计、其他钣金件设计、机能件设计、内饰设计和车门密封设计几大设计工作。

详细设计也是一个相对独立的过程，在这个过程里，需要有很多设计人员的参与。设计过程分为几个部分，如图4所示：

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图4 详细设计流程

1. 原始输入，将来自造型、布置以及玻璃面做整理，明确输入条件，做到按需输入。

2. 连接部分，这一个过程需要将原始的输入在一个文件中汇总，做出小的发布文件，供部件详细设计使用。

3. 造型模型，将来自造型、发布文件（内外板基面等信息）作引用处理，理出适合自己使用的数据。

4. 最终模型，按照以上文件或信息做细节设计：建模、倒角和数据整理等。

车门详细设计要求：设计文件的组织要清晰；规范驱动：执行产品规范来驱动几何元素；相关性设计：多个零件联合使用相同的来自skeleton的规范；多元模型：一个总成由多个CATPart文件进行设计，多个工程人员同时参与设计；充分利用CATIA的关联性；利用CATIA软件的替换功能，通过发布来建立关联可以实现比如造型曲面和玻璃圆柱的替换。

结构数据在设计并整理完成后，按照明细的构成关系存放。在CATIA中建立起装配目录，其关系与明细构成关系一致。

分析阶段

作为车门设计的一个辅助部分，分析在整个车门设计中的作用也是越来越明显。有效地将分析的工作纳入到车门设计中来，可以提高车门设计的效率，降低生产的产品缺陷。分析阶段主要内容包括DMU运动分析、CAE性能与安全分析和成型性工艺分析工作。

1. 车门DMU运动分析

在CATIA软件中，DMU分为以下几个模块：电子样机漫游、电子样机优化、电子样机装配模拟、电子样机运动机构模拟和电子样机空间分析。

车门是车身上最重要的活动件，是使用频率最高的部件之一，所以，在车门设计的过程中和车门设计的后期，一定要进行相应的DMU运动仿真分析。如果检查出设计上存在问题，要及时反馈到设计变更上，如此循环改善，提高设计质量。

以下是对车门限位器的运动分析：设置驱动尺寸，当提示“The mechanism can be simulated”时，表示可以进行仿真分析；设置驱动尺寸的角度为车门开启限位角度0°～63°；在限位器运动仿真的过程中，可以检验限位器与各个部件之间的间隙情况；对限位器在车门从0°开启到63°时，限位器的半开启状态、全开启状态行程与角度关系进行分析，可以检验限位器的半开启状态位置设置是否合理。

2. 钣金成型工艺仿真

钣金成型工艺仿真是车门设计过程中或设计完成后，在对应生产上的最重要的一环。这项技术目前在我国发展迅速，其水平在国际上也逐渐提升，有不少国内的厂家与研究机构的整治回弹水平具有了国际先进水平，有效地指导了模具的设计。钣金成型工艺仿真的结果，将直接反馈到详细结构设计过程中，做出设计更改，如此反复，直至钣金的仿真结果满足既定的安全指标。具体案例如下：

（1）分析条件

分析软件：AutoForm 4
材料：BUSD
料厚：0.8单位
成形类型：单动拉延
毛坯尺寸：1 440mm×990mm
数据格式：Catia V5R14
压料力：110t
成形力：900t

（2）分析评估的结果如图5所示。

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图5 分析评估结果

（3）分析报告结论：经CAE多次分析表明，产品本身结构的工艺性合理(除局部细节外)，拉延工序制件的工艺补充部分成形工艺性合理，能够保证产品质量要求，能够保证拉延及后工序冲压工艺的可行性，因此该制件及工艺补充部分可作为制造依据应用于现生产。

（4）实际生产验证：经过分析之后的模具设计，更加具有可靠性，出件质量提高，如图6所示。

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图6 实际生产验证

3. CAE结构性能分析

车门设计的过程，需要有CAE部门的参与分析，建立车门有限元计算模型，全面分析车门在各种可能工况下的应力、变形和模态特性等各项性能，以确定车门结构设计的合理性、可靠性是否满足各项技术性能要求。为车门结构设计与优化提供思路与依据，并将信息反馈到设计过程，优化产品结构。

车门的结构设计与优化是整车开发设计中的重要环节，对车门的结构性能要求除了要有必要的开度，密封性、工艺性好等要求外，还需要安全可靠，满足刚度、强度与小的振动性能的要求。

针对以上性能要求，CAE主要做如下工作：模态分析（门铰链、门锁三点约束）；车门抗撞性；车门静压强度，车门下沉和铰链加强板强度；车门扭转刚度；车门板抗凹性；窗框刚度；胶条局部压缩量、位移分析；开门力分析；侧碰分析等。

随着CAE技术的发展，CAE分析工作在车门开发中的作用与地位越来越重要，其对车门设计的指导意义日趋明显，很多汽车公司不断投入大量人力物力用在CAE队伍的建设上，其真正意义就在于能够真正在开发阶段把握产品性能，降低产品投放市场的风险，生产出高品质的产品。

结语

本文总结了车门设计的先进的数字化、流程化的设计方法与思路。虽然中国的汽车工业起步较晚，但是随着数字化技术对汽车技术的融入，国内汽车公司对先进汽车技术的掌握程度也是越来越高、越来越快，相信这会为我国的汽车产业立足于世界提供可靠的支持。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/10/2009)


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