车门闭合效果分析方法

　　车门闭合效果是各种新车评价标准中的重要指标，现在也越来越被消费者所关注。车门闭合效果考察主要包括两个方面：车门最小闭合力以及车门最小闭合速度。在这套车门闭合效果分析方法提出之前，公司需要在样车制作完成后通过试验方法才能考察出车门闭合效果。这样后期修改的余地就比较小，解决问题的时间比较紧，同时需要投入的人力、物力也是非常巨大的。这套车门闭合效果分析方法可以通过 CAE 模拟仿真的方法将考察车门闭合效果的工作大大的提前，可以在项目开发的早期就对车门闭合效果进行分析预测，以保证项目顺利进行。

　　这套车门闭合效果分析方法的开发主要是以下三部分：

　　1. 从理论上分析了车门闭合过程，找到基于能量守恒的分析方法；

　　2. 提出了一种基于优化工具的拟合橡胶材料参数的方法，并成功应用于橡胶件分析；

　　3. 建立车门及密封条的完整有限元模型进行计算，并和试验结果进行了比较。

　　1. 理论基础

　　通过分析发现在影响车门闭合效果的众多因素中，车门的重心位置、铰链摩擦、限位器、铰链同轴度、门锁、密封条以及空气阻力起到了最重要的作用。

 图 1 带密封条的车门模型

　　根据能量守恒，建立描述车门关闭过程的能量公式

　　通过 CAE 分析以及实验等方法得到公式中各项的值，这样就可以得到车门在关闭过程中的初始能量。并根据

　　可以计算出车门的最小闭合速度。

　　2. 橡胶有限元分析方法

　　橡胶材料较强的非线性以及橡胶本构关系的多样性是橡胶有限元分析的最大难点。在提出上述理论方法的前期，还不具备用有限元模型完整模拟密封条的能力，所以只能对密封条进行截面分析，得到密封条的压缩反力，并采用弹簧单元模拟的方法来计算完整密封条的压缩反力，并以此计算相关能量值。

图 2 密封条截面分析方法

 
图 3 利用弹簧单元模拟密封条

　　为了能更加准确的模拟密封条压缩，需要准确的橡胶材料的参数，但是由于加工过程中的工艺等因素（比如硫化等），导致基于样条的橡胶参数跟实际件的参数之间存在一定的差异，所以，找到一种能够得到橡胶材料参数的方法就显得尤为重要。在对橡胶本构关系以及橡胶材料的试验方法进行了研究和学习之后提出了一种基于优化工具的橡胶材料参数识别方法。其基本原理为利用 CAE 软件模拟橡胶的试验过程（包括样条拉伸、截面压缩等）。选择一种橡胶材料本构方程，以橡胶材料的参数作为设计变量，以软件计算得到的 CLD（compression load deflection）曲线和试验得到的 CLD 曲线的差作为优化目标。

 图 4 优化软件搭建的工作流

　　图 5 试验曲线和仿真曲线对比

　　从图 5 曲线对比结果可以看出，使用这组参数时，CAE 仿真能较好地体现出橡胶本身的特性。将该方法应用到车用橡胶衬套的有限元分析中，发现该方法效率较高，精度方面也完全满足工程应用，特别是衬套的变形量较小或中等的情况。

　　3. 密封条分析

　　建立密封条的有限元模型，建立车门和车身门框部分的有限元模型，将密封条单元和车门及车身单元连接起来，类似于将密封条“安装”到车门和车身上。

图 6 密封条“安装“完成后的截面图

　　分别计算车门的最小闭合力和车门最小关闭速度，如图 7 和 8 所示。

 图 7 闭合力曲线
 
图 8 闭合速度曲线

　　经过和试验的对比，最小闭合力及最小闭合速度都在可接受范围内。也证明了这种方法应用到工程中是可行的。

　　4. 总结及工程应用

　　通过优化密封条截面优化车门闭合效果的过程如下：

　　艾瑞泽 7 开发完成后，对 10 辆试制样车进行的前侧门关

　　闭速度测试数据进行了统计,并将结果进行归一化处理后得到了前侧车门关闭速度误差带。但是由于试制车样件的状态稳定性不足，所以误差带稍大，结果如下：

　　这套方法在另一个在研项目中也发挥了作用。在该项目的开发过程中发现试制车的车门关闭不严的情况，经过对整个车门系统的 CAE 分析发现，车门上半部分的密封条压缩力过大，导致该部分的钣金件也发生了轻微的变形（车门上半部分刚度相对要差一些）。通过优化设计密封条的截面形状，改变密封条刚度解决了这一问题，同时也保证了系统的气密性。

　　新产品的创新点

　　1. 通过能量法将影响车门闭合效果的主要因素进行量化，并证明可以通过调整各个因素来最终优化车门闭合效果；

　　2. 橡胶参数识别方法大大提高了 CAE 分析中对橡胶件的分析精度，也改变了用弹簧单元模拟密封条的局面；

　　3. 利用密封条有限元模型进行最小闭合力及最小闭合速度计算，在得到计算值的同时也可以看到车门的闭合过程，这样就可以完整地考察密封条的压缩情况以及密封条压缩后和钣金的接触情况，这些信息对于后期密封条的优化设计等都有很重要的作用；

　　4. 通过这种方法可以较为完整有效地对车门的闭合效果进行评价，最为重要的就是将这个评价过程提前到了产品设计和样件制作之前，大大节约了成本

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