基于CATIA的車門設計及仿真分析

徐曉峰,王尚,張自聰,趙洋

(1.江蘇省連云港市交通控股集團有限公司，江蘇連云港 222000；2.常熟理工學院汽車工程學院，江蘇常熟 215500)

0 引言

近年來，雖然自主品牌車型的銷量較前幾年相比有了相當大的提升，甚至某些車型的銷量已經超越合資品牌同類型車型的銷量，但是自主品牌的汽車質量以及耐用性等方面與合資品牌相比仍然是有一定差距的，這與我國汽車工業起步晚有著一定關系。因此，提高我國自主品牌汽車企業的研發能力，才能使我國的汽車工業可持續發展。而除發動機外，車身零件已經占到整車零部件的60%～70%，因此車身設計在整車設計中有著重要的作用[1]。

汽車車門是汽車的重要組成部分，其結構復雜，制造精度要求高，是汽車外形設計的必要環節。汽車制造過程中面臨著極大的技術挑戰，隨著市場經濟競爭的日益激烈化，各大企業為了新產品能夠第一時間搶占市場，希望縮短新產品研發周期來降低成本和提高市場競爭力。在計算機虛擬技術的發展和企業持續追求利潤最大化的雙重驅動下，CATIA軟件中的電子樣機模塊DMU的作用是對產品的真實運動進行仿真分析，可以提供用于工程設計、加工制造、產品拆裝維護的模擬環境, 是支持產品和流程、信息傳遞、決策制定的公共平臺。而汽車車身設計中，確定汽車車門結構的合理性和汽車車門系統的設計與優化是一個難點和重點[2]。

1 車門的結構設計

1.1 車門外板結構

一件優質的汽車車門產品體現在汽車密封良好，乘客舒適，燈、門鎖安全可靠，噪聲小，車門車窗玻璃升降快速可靠等方面，這些都是汽車車門最基本、最關鍵的性能，這些因素將會直接影響到汽車品質[3]。因此設計合理高效可靠的車門結構可以有效提高汽車車門產品的品質。車門外板結構設計如圖1所示。

1.2 車門內板結構

車門內板的結構由車門外板和側圍的形狀決定。車門內板的設計順序如圖2所示。在CATIA中建立車門內板模型后可得到車門內板結構如圖3所示。

圖1 車門外板結構

圖2 車門內板設計順序

圖3 車門內板結構

車門內板密封面的形狀由側圍配合面向車門中心的方向偏移6 mm而來，車門內板采用兩層密封的形式，選用金屬和橡膠兩種材料共同起到密封作用。車門密封面的最小寬度11 mm，車門密封面的最小半徑40 mm。車門內板和B柱配合面位置的密封面以及和車身門檻位置的密封面如圖4所示[4]。

圖4 車門內板和車身門檻位置的密封面

2 車門結構仿真分析

2.1 CATIA中DMU模塊介紹

DMU仿真分析是現代汽車設計中一種較為可靠、高效的方法，DMU仿真分析的關鍵技術是在機構自由度分析的基礎上，提出系統運動仿真的必要條件，并進一步給出運動仿真分析的流程，最后結合實際案例分析仿真技術在汽車零部件設計開發過程中的應用。DMU運動機構是電子樣機模塊中最重要的組成部分，運動仿真技術為機構的車門仿真分析提供便利和縮短車門的研發周期和降低成本。對車門進行仿真分析校核，可以確保車門在實際測試使用過程中不會發生干涉以及安全問題[5]。

2.2 基于DMU的車門運動機構分析與校核

基于車身主斷面可知前門開啟角度最大值設定為61°，前門鉸鏈的最大開啟角度為66°。由車身外觀品質基準得前門外板和側圍翼子板的分縫間隙為5 mm。根據運動校核的要求，需要建立運動分析模型，其中需要車門外板、翼子板、側圍外板以及車門鉸鏈的數模[6]，如圖5所示。

圖5 車門運動仿真

前門與周邊件的運動分析是以前門開啟角度為69°的前提下進行的，前門與周邊件出現最小間隙的位置如圖6所示，得出的最小間隙曲線如圖7所示。由于前門開啟時與周邊件的最小間隙在前門外板和翼子板之間，與周邊件沒有干涉，因此滿足設計要求[7]。

圖6 前門與周邊件出現最小間隙的位置

圖7 前門與周邊件的最小間隙曲線圖

前門與前門鉸鏈的運動分析是在前門鉸鏈開啟角度為69°的前提下進行的，其中出現最小間隙的位置如圖8所示，得出的最小間隙曲線如圖9所示。其中曲線1是前門和下鉸鏈的最小間隙，曲線2是前門和上鉸鏈的最小間隙。前門開啟時與前門鉸鏈的最小間隙在前門外板和下鉸鏈之間，因為前門開啟時與前門上、下鉸鏈均沒有干涉，滿足設計要求[8]。

該車門結構經過前門和周邊件及鉸鏈干涉檢查后可以正常工作，不會發生干涉問題，故滿足設計要求。

圖8 前門與前門鉸鏈出現最小間隙的位置

圖9 前門與前門鉸鏈的最小間隙曲線圖

3 結論

文中對車門進行了三維設計，確定了車門內外板的結構，通過對車門設計及仿真分析，基本完成車門結構模型建立和干涉分析。在產品開發中，運用仿真分析可以有效縮短產品設計開發周期來提高產品的市場競爭力。利用CATIA軟件，進行車門仿真分析與校核來驗證該車門結構的設計合理性。通過對車門結構進行仿真分析，可以有效縮短汽車外形設計的開發周期和降低研發成本。在以后的項目中可考慮對車門成型過程、密封降噪等問題進行完善。