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某SUV车型蝴蝶门铰链系统的设计分析

作者:未知

  摘 要:文中基于某SUV展车的蝴蝶门系统的开启效果及要求,阐述了蝴蝶门铰链系统(铰链轴线及开闭系统)的布置方案,以及铰链系统的结构设计及参数计算/选型,并进行了CAE分析验证和实车验证。
  关键词:蝴蝶门;铰链;CAE
  中图分类号:U463 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2019)06-38-02
  Design analysis of butterfly door hinge system of an SUV
  Gu Hexiong, Xue Dongliang, Zhang Xiaocheng
  (Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of HeBei, Hebei Baoding 071000)
  Abstract: In this paper, based on a certain SUV below butterfly door open effect and requirements of system, this paper expounds the butterfly door hinge system ( hinge axis and the distribution of the open closed system ),as well as the hinge system structure design and parameter calculation/selection, CAE analysis and real vehicle validation.
  Keywords: butterfly door; hinge; CAE
  CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)06-38-02
  前言
  隨着消费观念及技术的发展,消费者已不满足于汽车基本代步的功能,更加注重汽车的消费品特质,蝴蝶门就是汽车的特质之一。
  我公司某SUV展车为了提升科技感、豪华感,增强展示效果,计划搭载蝴蝶门系统。本文针对蝴蝶门铰链系统设计及校核分析方法进行介绍。
  1 蝴蝶门分型
  1.1 蝴蝶门的发展史
  蝴蝶门铰链一般布置在A柱或靠近A柱的翼子板上,通过铰链向前上方开启的车门如同蝴蝶展开的翅膀,因此得名“蝴蝶门”。
  1.2 蝴蝶门的布置类型
  常见的蝴蝶门布置分两大类,见表1:
  2 铰链系统的布置设计
  2.1 轴线布置及开闭效果验证
  以造型效果图为蓝本,以CAS数据中布置铰链轴线[1],建立车门开启的运动仿真分析模型,模拟开启效果与效果图一致,确定铰链轴线及最大开启角度为90°。
  2.2 设计要求及基础参数
  为减小开启力/力矩,对车门总成减重设计,如门板采用碳纤维材质等;
  基础参数:
  a.车门总重35kg,含门板、玻璃等;
  b.车门重心(1574.6,-929.8,477.7);
  c.开启时间10s、门转速1.5rpm。
  2.3 铰链系统设计及布置
  本车型为无框车门,采用单铰链+单撑杆系统布置方案。
  通常的蝴蝶门系统的撑杆外露布置于翼子板下侧,美观性差;为提升展示效果,将电撑杆布置于机舱内部,外观简洁、优美。布置方案见图1。
  铰链系统工作原理:
  本系统主要由9部分组成。
  通过电气系统向电动推杆3提供动力,以驱动控制摆臂5实现旋转运动,摆臂5与铰链7通过铰链轴6进行联接,铰链7与车门端的车门安装结构9刚性联接,铰链7旋转带动车门安装结构9同步旋转,从而实现蝴蝶门开启/关闭。
  通过电控系统,实现蝴蝶门开闭控制及开闭逻辑/角度调整等个性化设置。
  2.4 铰链系统计算及选型
  首先结合轴线及开启效果,做出重心轨迹线[2];
  驱动力F:重力G门分解为有效力F1与无效力F2,无效力F2通过旋转轴轴向抵消,驱动力F克服有效力F1从而驱动蝴蝶门开闭,即F=F1;
  力臂L:蝴蝶门在打开旋转过程中,重心绕轴线形成圆弧,驱动力与轴线间的距离;
  驱动力矩:T1=F×L=F1×L
  计算蝴蝶门开启力矩表:
  以蝴蝶门关闭状态为起点,完全打开(90°)状态为终点,间隔10°计算开启力矩,见表2。
  由表2可知,蝴蝶门开启50°时所需瞬时驱动力矩最大,即T1=216.3Nm,故以此来计算选型[3];
  通过开启力矩计算所需电撑杆的推力:
  摆臂5的摆臂力矩T0=F0×L0
  驱动力矩T1=F1×L
  摆臂力矩T0=驱动力矩T1,即F0=T1/L0=2163N
  综合考虑摩擦力等损耗,取安全系数a=1.8,故电撑杆推力取T=4000N,故推杆参数选型为24V DC、15mm/s、推力4000N、行程140mm;
  依据上述设计参数及周边结构数据,制作铰链系统的CATIA数据。
  3 铰链系统的验证
  3.1 铰链CAE分析验证
  模拟使用工况,针对最大扭矩工况(50°)及最终扭矩工况(90°)状态的铰链进行CAE分析(选用常见材质45钢),分析结果见表3及图2:
  3.2 实车验证
  蝴蝶门系统经实车试验,各工况均平稳执行,试验效果与设计相符。
  4 结束语
  与标杆车相比,本车开创性的将蝴蝶门铰链系统内置于机舱内,使得外观最大程度的简洁、优美,提升了展车的展示效果。并通过数据设计、计算校核及模拟分析、实车验证,实现了此方案的实际应用。
  参考文献
  [1] 沈茂涛.车门铰链及行李箱盖扭杆弹簧的布置计算[J].汽车技术, 2012(8):29-36.
  [2] 谷正气.汽车车身现代技术[M].北京:机械工业出版社,2009.
  [3] 黄金陵.汽车车身设计[M].北京:机械工业出版社,2007.
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