文章背景

關(guān)閉汽車車門所需的關(guān)門力會(huì)影響客戶對(duì)于汽車質(zhì)量的看法，如果需要太高的關(guān)門速度，客戶可能會(huì)對(duì)汽車產(chǎn)生負(fù)面看法，并且也可能會(huì)產(chǎn)生令人不愉快的關(guān)門噪音。大多數(shù)汽車制造商的對(duì)車門密封件的設(shè)計(jì)目標(biāo)是，在滿足防風(fēng)防雨和隔音的要求同時(shí)，需要以相對(duì)較低的力度就能關(guān)閉車門。

密封件對(duì)關(guān)閉汽車車門所需的力度有重大影響。初始密封件的截面輪廓在于車身板件接觸時(shí)，有一定的變形以避免出現(xiàn)褶皺和破裂等問題。設(shè)計(jì)密封條的截面輪廓是非常昂貴和耗時(shí)的，因此Standard Profil多年來，一直使用海克斯康工業(yè)軟件的Marc非線性有限元軟件來模擬車門關(guān)閉過程中的密封件的受力變形。密封件使用超彈性材料特性建模，以準(zhǔn)靜態(tài)工況模擬關(guān)門時(shí)，每單位長度的密封件會(huì)產(chǎn)生關(guān)門力。該模擬還預(yù)測了密封件填充車門和相鄰的車身鈑金件之間的間隙能力。

面對(duì)挑戰(zhàn)

一位Standard Profil的客戶咨詢是否可以通過模擬完整的關(guān)門過程來預(yù)測關(guān)門所需的初始速度。門的關(guān)閉是門上各部件之間的復(fù)雜相互作用的結(jié)果，例如鎖、密封條、空氣滯留效應(yīng)、鉸鏈軸和止回連桿等?？諝鉁粜?yīng)是指當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，它會(huì)將空氣推入車內(nèi)，如果這時(shí)車窗和其他車門是關(guān)閉狀態(tài)，則會(huì)增加車內(nèi)的壓力，進(jìn)而對(duì)車門的關(guān)閉產(chǎn)生一定的空氣阻力。止回連桿是一種在多個(gè)位置保持車門打開的裝置，目的是防止車輛在坡道上車門自動(dòng)關(guān)閉，止回連桿有幾個(gè)凹槽，這些凹槽會(huì)對(duì)車門關(guān)閉產(chǎn)生阻力扭矩，因此在模擬車門關(guān)閉時(shí)，必須考慮這些凹槽。

解決方案

Standard Profil與Bias Engineering簽訂關(guān)于車門關(guān)閉分析的合同。關(guān)門過程中涉及的大位移需要多體運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。Bias Engineering的仿真工程師Hunkar Yurt說：“我們選擇了?？怂箍倒I(yè)軟件的Adams多體運(yùn)動(dòng)學(xué)軟件，是因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的求解器和前后處理器。此外，Adams允許用戶創(chuàng)建用戶自己定義的子程序來計(jì)算施加到系統(tǒng)的力，當(dāng)計(jì)算空氣阻力時(shí)，這種功能在計(jì)算時(shí)非常有用?！痹陂T鎖的位置將其建模為力單元，該力單元隨著撞針相對(duì)于門鎖的位置而變化。鉸鏈摩擦是通過在門上沿運(yùn)動(dòng)的相反方向施加3.7 Nm的靜扭矩來模擬?？諝庾枇π?yīng)通過文獻(xiàn)中的1D方法進(jìn)行建模。產(chǎn)生的扭矩有用戶定義的子程序計(jì)算，并作用于車門鉸鏈。工程師使用Adams的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行分析，用來確定關(guān)門的速度最小為820 mm/s。 

Marc密封條模型                                   Adams車門模型

Marc密封條的壓縮載荷

Bias工程師隨后做了進(jìn)一步研究，使用Adams-Marc聯(lián)合仿真功能，通過實(shí)時(shí)計(jì)算密封件的載荷和變形來提高仿真精度，而不是依賴于CLD提供的近似值。這個(gè)聯(lián)合仿真被認(rèn)為是第一個(gè)模擬車門動(dòng)態(tài)關(guān)閉的聯(lián)合仿真方案。Adams運(yùn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，然后將仿真結(jié)果傳遞給Marc，繼而Marc進(jìn)行仿真，并最后將結(jié)果再次傳遞給Adams。最后，Bias工程師開發(fā)了一個(gè)Excel界面，使不熟悉Adams和Marc的工程師能夠通過輸入某些參數(shù)即可輕松執(zhí)行聯(lián)合仿真。Yurt說：“在整個(gè)聯(lián)合仿真過程中，門的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)由Adams計(jì)算，密封條的阻力由Marc計(jì)算。通過這種仿真方案，我們相信，在整個(gè)密封條可以精細(xì)的建模。以此來進(jìn)行關(guān)門力的計(jì)算?！?/p>

結(jié)果/收益

Standard Profil的設(shè)計(jì)總監(jiān)H.Tuncay Yukesel博士說：“我們將聯(lián)合仿真的結(jié)果提供給客戶，客戶非常滿意，并因此幫助我們拿下了更多的訂單。現(xiàn)在的仿真方案和物理試驗(yàn)相比，幫助我們在更短的時(shí)間內(nèi)，以更低的成本來評(píng)估新的密封件，并且可以評(píng)估和優(yōu)化更多的設(shè)計(jì)方案，以提高車門關(guān)門性能，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和節(jié)約成本?！?/p>

車門開啟角度（°）

車門動(dòng)能-DOE初始關(guān)門速度