基于CATIA DMU的玻璃升降系統運動仿真與設計優化 Motion Simulation and Optimization of Glass Lifting System Based on CATIA DMU

郭敏 GUO Min

摘要： 玻璃升降系統行程匹配困難、與周邊零件間隙設計是新車型開發過程中的難點所在，本文通過對玻璃升降系統的運動原理進行詳細分析，采用CATIA DMU運動機構模塊搭建玻璃升降系統的運動機構模型，可輸出各部件的行程對應曲線，簡化了玻璃升降系統各部件行程的匹配過程，降低了后期樣車試制階段產生問題的風險，并通過CATIA DMU運動機構模塊對玻璃升降系統與周邊件的距離進行了模擬分析，可輸出距離曲線與包絡體來詳細分析玻璃升降系統的設計合理性。

Abstract： Glass elevator system matching difficulties， and clearance design with peripheral parts is difficult in the process of the development of new models， this article through to the glass elevator movement principle in detail analysis， using CATIA DMU motion mechanism motion mechanism model of elevator system module structures， glass， of the various components can output the corresponding curve， Simplifies the glass elevator system components of the matching process， reduce the risk of late to produce prototype trial-manufacture phase， and through the CATIA DMU motion mechanism module of glass lifting system and the distance around a simulated analysis， can be output distance curve and envelope to a detailed analysis of glass design rationality of lifting system.

關鍵詞： 玻璃升降系統;CATIA DMU;運動仿真;設計優化

Key words： glass lifter system;CATIA DMU;motion simulation;design optimization

中圖分類號：TH16;U463.9? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ?   ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0218-02

0? 引言

玻璃升降系統是用戶日常頻繁使用的車身附件之一，其設計狀態的好壞不僅非常影響用戶的使用感受，而且關乎著汽車的安全。玻璃升降系統中的行程匹配及運動過程中與周邊零件的距離設計一直是汽車開發過程中的難點，通常采用樣件匹配-樣件更改-樣件匹配的模式來逐漸逼近最合適的狀態，由于制造精度影響較大導致匹配難度大、周期長[1]，難以確定最終的零件狀態。

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DMU運動機構模塊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、加工制作、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[2]。本文以叉臂式玻璃升降系統為例運用CATIA DMU運動機構模塊進行了運動仿真研究，可精確地輸出玻璃升降系統各運動部件的行程，為玻璃升降系統的行程匹配提供了理論依據，形成了一種精確地玻璃升降系統行程匹配方法，有效提高了設計效率與設計精度，避免了新產品開發過程中因行程匹配不準確造成的玻璃升降系統失效問題。同時，運用CATIA DMU運動機構模塊的運動仿真工具，對玻璃升降系統各運動部件與周邊零件如外把手總成的距離進行了模擬分析，可輸出各運動部件與周邊零件的距離隨運動行程變化的關系曲線或包絡體，為玻璃升降系統的設計提供了理論支持[3]。

1? 玻璃升降系統運動機構原理分析

圖1所示為玻璃升降系統的部件示意圖，叉臂式玻璃升降系統按照相對運動狀態可分為玻璃、主動臂、從動臂、長導軌、短導軌以及底座6個部件，叉臂式玻璃升降器的工作原理是通過搖把或者電機驅動，帶動齒扇及主動臂旋轉，從而帶動與長導軌剛性連接的玻璃的升降，同時帶動從動臂的旋轉，保持玻璃升降過程中的平衡。

2? 基于CATIA DMU的玻璃升降系統運動仿真模型

2.1 玻璃升降系統數字模型建立

因叉臂式玻璃升降器運動過程中會產生變形，為方便玻璃與玻璃升降器裝配，布置時應布置在下平衡點位置即玻璃升降器的初始位置。根據各部件之間的相對位置關系，按照DMU運動模擬要求對玻璃升降系統具有相對運動關系的各部件進行拆分;之后，在CATIA DMU運動機構模塊中建立裝配文件，并建立約束確保各部件在實際的正確位置，為后續建立運動模擬模型做準備。裝配體建立完成后結構樹如圖2所示。

2.2 玻璃升降系統運動副建立

依據玻璃升降系統各部件之間的相對運動關系，對具有相對運動關系的5個部件建立表1所示的W1～W10共10個位置的運動副。由于玻璃是沿著玻璃導軌的外形運動，而叉臂式玻璃升降器長導軌的運動是直線運動，因此玻璃升降器在運動過程中會隨著玻璃的外形產生一定的變形，主動臂上滑塊在長導軌內的運動應簡化為點曲面，假如采用點曲線或者棱形等約束的話會導致整個運動仿真模型無法模擬。

2.3 玻璃升降系統運動仿真參數設定

運動副建立完成后，定義玻璃升降器底座為固定構件，并設置W1位置旋轉副作為驅動命令，如圖3所示，此時CATIA提示系統的自由度為0，具有相對運動關系的各部件自由度均被完全約束，CATIA界面會彈出“可以模擬機械裝置”提示。

3? 基于DMU運動機構模型的周邊件空間分析

玻璃升降系統的布置涉及到多個運動部件在車門內外板腔體內的復雜運動，由于玻璃升降系統的運動軌跡不規則，通過常規方法很難測量其運動過程中與周邊零件的空間間隙情況，而CATIA DMU運動機構可以很好地解決這一問題。下面以校核玻璃升降系統與外把手總成的運動間隙為例進行分析。

在DMU運動機構模塊中定義玻璃與外把手總成之間的距離與區域分析，添加自定義曲線，定義主動臂繞底座旋轉角度為橫坐標，玻璃與外把手總成的距離為縱坐標，然后進行模擬，模擬完成后可輸出二者的關系曲線。其余零件與玻璃升降系統距離可參照外把手總成方法分析，周邊零件與玻璃升降系統的間隙參考表2設計。

因外把手總成（含外開拉桿）也為運動件，僅僅分析外把手總成靜止狀態時與玻璃升降系統運動過程中的最小距離是不夠的，使用過程中會有干涉風險。建立門鎖系統的CATIA DMU運動仿真模型后，通過點擊模擬、拖動驅動命令長度/角度、插入、編譯模擬（結構樹中就會生成重放）、掃掠包絡體，可生成外把手總成運動行程內的包絡體，采用包絡體進行與玻璃升降系統空間距離分析更直接、更準確。

4? 基于CATIA DMU運動仿真模型的行程匹配

叉臂式玻璃升降器長導軌及短導軌設計過長會造成成本增加及布置難度大等問題，過短會造成玻璃升降困難甚至卡滯無法升降、異響等等問題，前期長導軌及短導軌的設計尤為重要。采用CATIA DMU運動機構模塊，定義主動臂及長導軌連接點、從動臂及短導軌連接點與初始位置之間的距離與區域分析，可輸出主動臂滑塊在長導軌內的行程及從動臂滑塊在短導軌內的行程，從而確定長導軌及短導軌的長度。以短導軌長度設計為例，首先創建從動臂上滑塊的中點，依次點擊模擬、拖動驅動命令角度、插入、編譯模擬、軌跡（選取前面制作的從動臂上滑塊的中點），此時可生成從動臂上滑塊的中點的運動軌跡，根據運動軌跡確定短導軌的長度以及位置。

5? 結論

本文介紹了一種采用CATIA DMU運動機構模塊分析玻璃升降系統運動過程中與周邊零件的間隙設計及確定各部件行程的方法，可以有效縮短玻璃升降系統的開發周期及降低研發成本，大大降低樣車試制階段產生問題的風險，可很好地提高玻璃升降系統設計過程中的效率及準確度。

參考文獻：

[1]劉海玲.汽車側門外開啟系統設計[J].上海汽車，2010（12）：24-26.

[2]徐曉峰.基于CATIA的車門設計及仿真分析[B].汽車零部件，2019（3）：32-34.

[3]李超帥.基于CATIA DMU的門鎖系統運動仿真及設計優化[A].汽車零部件，2016（11）：13-16.