汽车车门玻璃导轨运动轨迹分析
王峰史建鹏
（东风汽车公司技术中心）
摘要：本文采用多体动力学软件MSC/ADAMS建立了汽车车门玻璃导轨机构模型。通过控制玻璃运动速度，模拟车窗玻璃打开和关闭的全过程，从而对车门玻璃型面与玻璃导轨轨迹是否吻合以及玻璃升降过程中的稳定性进行了验证，并得出了驱动电机在玻璃整个运动过程中所需要的电机功率，为车门玻璃导轨机构设计和驱动电机的选型提供了依据。
关键词：玻璃导轨多体动力学 MSC/ADAMS
Virtual Analysis Of Guide Track Mechanism
运动汽车On Car doors With MSC/ADAMS
Wang Feng    Shi Jianpeng
(Technical Center Of DongFeng Motor Corporation)
Abstract: This paper created the virtual model of guide track mechanism using multi-body dynamic software MSC/ADAMS. By controlling the velocity of glass on car door, the correctness of guide track mechanism was verified and the stability of glass on car door was proven. According to the analysis, the power needed to drive the glass on car door was also calculated.
Key Words: guide track mechanism, multi-body dynamics, MSC/ADAMS
1引言
汽车车门玻璃导轨机构的设计一直以来是汽车设计的难点。在设计过程中，必须保证车门玻璃型面与玻璃导轨轨迹相互重合，否则会引起车门玻璃在开闭过程中出现脱轨或卡死等问题。但由于轿车设计中双曲率的车门玻璃以及螺旋线型式的玻璃导轨已经非常普遍，通过传统设计方法很难保证车门玻璃与玻璃导轨型线是否完全匹配。本文采用多体动力学软件MSC/ADAMS对玻璃导轨机构工作过程进行了动力学仿真计算，对车门玻璃与玻璃导轨的匹配性以及车门玻璃升降过程中的稳定性，所需驱动电机的功率等进行了分析验证。
2玻璃导轨机构运动分析
2.1仿真模型的建立
如图1所示，本文将玻璃导轨部件的三维数学模型转化为parasolid文件格式，并导入ADAMS/View模块。
根据玻璃导轨机构实际工作情况，车窗玻璃与滑块间采用螺钉固接。滑块与导轨间以及车窗玻璃与橡胶密封条间均定义为实体接触，各部件间摩擦力由ADAMS接触算法计算得出。
滑块通过电机带动钢丝绳沿导轨运动，根据车窗玻璃实际运动情况，滑块沿导轨的上下运动速度可以分解为沿YZ平面内的圆周运动V1和沿X轴向直线运动V2的合成，即螺旋运动V。仿真过程中，按玻璃实测运动情况，控制车门玻璃及滑块沿玻璃导轨运动。
V1=V*COSθ                                          (1)
V2=V*SINθ                                          (2)其中θ为导轨螺旋线轨迹升角。
2.2仿真结果分析
图1 玻璃导轨模型
①车窗玻璃②滑块③导轨
④玻璃外框⑤玻璃橡胶密封条
①
③
②
④⑤
采用上述建模仿真方法在ADAMS中建立玻璃导轨动力学模型并仿真，结果如图2所示。通过仿真发现，玻璃在运动至接近下端位置时出现逐渐偏出车门外框的情况，这说明该设计方案存在玻璃导轨与车门玻璃运动轨迹不匹配的问题。对该设计方案改进后重新进行仿真，结果如图3所示，玻璃沿导轨运动稳定良好。
图2 玻璃导轨机构仿真结果图3 修改后玻璃导轨机构仿真结果
3驱动电机选型
在仿真过程中，电机驱动滑块沿导轨运动所需功率曲线如图4所示。从图中可以看出，滑块在下降过程中，最大所需功率为40w，上升过程中最大所需功率为45w。考虑到电机功率损耗等，实际驱动电机的额定功率应大于60w即可满足设计要求。
图4 玻璃升降过程所需驱动功率
4结论
本文在多体动力学软件ADAMS中对玻璃导轨机构工作过程进行了动力学仿真分析。通过控制玻璃运动速度，模拟车窗玻璃打开和关闭的全过程，从而对车门玻璃型面与玻璃导轨轨迹是否吻合以及玻璃升降过程中的稳定性进行了验证，并得出了驱动电机在玻璃整个运动过程中所需要的电机功率，为驱动电机的选型提供了依据。基于该分析方法，能够在玻璃导轨机构设计阶段出设计缺陷，避免了传统设计中经常需要反复修改车门玻璃型面的麻烦，达到缩短汽车设计周期和节约生产成本的目的。
参考文献：
[1]余志生．汽车理论[M] ．北京：机械工业出版社，2006
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