0第 1 章 緒 論1.1 行業(yè)概述隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)的舒適性不斷提高以滿足人們的要求。汽車(chē)車(chē)門(mén)是車(chē)上相對(duì)獨(dú)立的總成，車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)不但關(guān)系到汽車(chē)的實(shí)用性，對(duì)汽車(chē)也有很大的裝飾作用。因此車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)也越來(lái)越講究，而且使用越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)和電控技術(shù)。從 1957 年新中國(guó)的第一輛汽車(chē)正式生產(chǎn)下線，中國(guó)汽車(chē)在 20 世紀(jì)中期經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的緩慢發(fā)展階段，在經(jīng)過(guò) 2003 年和 2006 年的兩輪爆發(fā)式增長(zhǎng)后，開(kāi)始步入平穩(wěn)增長(zhǎng)階段。2009年嚴(yán)峻的宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，中國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，同時(shí)也受到來(lái)自各個(gè)方面的沖擊。中國(guó)要想從汽車(chē)制造大國(guó)發(fā)展成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)，就必須在汽車(chē)產(chǎn)品的研發(fā)上取得突破。歐美日的汽車(chē)企業(yè)之所以能夠如此強(qiáng)勢(shì)，與他們幾十年甚至上百年的技術(shù)革新與經(jīng)驗(yàn)積累是分不開(kāi)的，翻開(kāi)他們汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史，我們都能夠清晰的感受到他們相同的企業(yè)發(fā)展脈絡(luò)：明確的市場(chǎng)定位，堅(jiān)定不移的技術(shù)研發(fā)，引領(lǐng)潮流的戰(zhàn)略方向，這一切，做足了他們的原始積累。我們的起步盡管有些晚，但是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來(lái)在技術(shù)研發(fā)上的投入力度明顯增加，從過(guò)去的汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)口到產(chǎn)品引進(jìn)生產(chǎn)再到技術(shù)轉(zhuǎn)化，近幾年來(lái)更是直接的技術(shù)引進(jìn)、并購(gòu)國(guó)外先進(jìn)的汽車(chē)企業(yè)，中國(guó)的汽車(chē)技術(shù)如雨后春筍般迅猛發(fā)展。車(chē)門(mén)是整個(gè)車(chē)身中結(jié)構(gòu)復(fù)雜又相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)總成,它主要由車(chē)門(mén)骨架及蓋板、車(chē)門(mén)護(hù)面、門(mén)窗、車(chē)門(mén)玻璃及玻璃升降器、門(mén)鎖及其手柄、車(chē)門(mén)鉸鏈、車(chē)門(mén)密封條和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車(chē)門(mén)是汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的零部件。在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)中其安全性尤為重要，它必須保證在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)，盡可能地減少對(duì)行人和乘員造成的傷害，因此必須要求車(chē)門(mén)外覆蓋件表面光潔、有韌性；門(mén)鎖、門(mén)鉸鏈以及車(chē)門(mén)門(mén)體必須能夠按照 A 柱一 B 柱一 C 柱的路線傳遞碰撞沖擊力；碰撞后的車(chē)門(mén)必須能夠輕松地不借助于任何輔助工具用手打開(kāi)。鑒于側(cè)面碰撞對(duì)乘員造成的危險(xiǎn)性，在設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)時(shí)注意將車(chē)門(mén)的變形限制在一定范圍內(nèi)，為乘員提供一個(gè)有效的生存空間。這些都要求車(chē)門(mén)必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度。在汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，車(chē)門(mén)總成的布置設(shè)計(jì)除與整體設(shè)計(jì)有著協(xié)調(diào)配合關(guān)系外，可稱(chēng)的上是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的，最具有代表性的車(chē)身總成設(shè)計(jì)。它不僅要與整車(chē)造型協(xié)調(diào)一致，還要保證必要的開(kāi)度，方便上下車(chē)，良好的安全性，穩(wěn)定的操縱性，密封性，工藝性，足夠的強(qiáng)度剛度，以滿足功能上的要求。因此車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)成為車(chē)身設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。1生產(chǎn)廠家為了能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，所有這些迫使設(shè)計(jì)者不斷地尋求智能化的設(shè)計(jì)工具和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。本課題的研究?jī)?nèi)容就是在這樣的情況下產(chǎn)生的。1.2 基于流程與知識(shí)的轎車(chē)車(chē)門(mén)布置的背景與意義1.2.1 汽車(chē)行業(yè)的背景如今汽車(chē)產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度很快，而每一款汽車(chē)的設(shè)計(jì)作為一個(gè)系統(tǒng)的工程，是相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程，很多跨國(guó)汽車(chē)公司早在幾十年前就已經(jīng)打破了這種相對(duì)的獨(dú)立，將設(shè)計(jì)的每一個(gè)過(guò)程凝練提升，形成一個(gè)個(gè)模塊，按照系統(tǒng)的方法組織起來(lái)，定義為汽車(chē)設(shè)計(jì)流程。在以后的新車(chē)設(shè)計(jì)中，將每一個(gè)過(guò)程融入了這種既定的設(shè)計(jì)模式，按部就班地推進(jìn)，控制著汽車(chē)的每一個(gè)非常詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，從而順利高效地完成設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)，一汽、二汽、上汽等大的汽車(chē)企業(yè)集團(tuán)都已經(jīng)建立起了比較完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，在國(guó)內(nèi)愈演愈烈的汽車(chē)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)中，這些企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有著明顯的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品更新速度快，質(zhì)量可靠，深得用戶的信賴(lài)，可見(jiàn)研發(fā)流程的建立對(duì)企業(yè)的重要意義。伴隨著汽車(chē)車(chē)身造型的設(shè)計(jì)與修改要求日趨增高，參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合和貼近現(xiàn)代CAD 中的概念設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)思想，并可提高設(shè)計(jì)與分析的柔性，因此車(chē)身模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)經(jīng)成為車(chē)輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是以一種全新的思維方式來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)和修改設(shè)計(jì)的方法[1]。目前傳統(tǒng)的手工造型方法已被建立在各種先進(jìn)的造型建模軟件基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)輔助造型方法所取代，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠快速吸收國(guó)外汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)，快速響應(yīng)市場(chǎng)，提高我國(guó)自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)汽車(chē)的能力，提高汽車(chē)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。1.2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在汽車(chē)工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用自從上世紀(jì) 70 年代，隨著計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的迅速發(fā)展，車(chē)身設(shè)計(jì)過(guò)程中部分或全程引入計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)(CAD/CAM 軟件)，在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車(chē)身三維數(shù)字化模型，以“ 所見(jiàn)即所得 ”的交互方式完善設(shè)計(jì)方案，是現(xiàn)代車(chē)身設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。其基本流程：經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，形成車(chē)型的整體要求；制作手繪效果圖，也可利用計(jì)算機(jī)輔助軟件繪制；制作縮比例模型及 1:1 主模型；以三坐標(biāo)掃描或激光掃描的方式在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車(chē)身數(shù)字模型；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建 A 級(jí)模型；生成 NC代碼，生產(chǎn)樣車(chē)。在計(jì)算機(jī)中不但可以對(duì)車(chē)身外觀及內(nèi)飾建立數(shù)字模型，而且可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)等其它零部件建立模型，并直接進(jìn)行有限元分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/分析、甚至虛擬裝配、虛擬風(fēng)洞試驗(yàn)等，使得設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建虛擬的電子樣車(chē)并進(jìn)行試驗(yàn)，能2在實(shí)際生產(chǎn)前預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提高了效率，降低了成本。通常各零件模型分類(lèi)存放在大型數(shù)據(jù)庫(kù)中，以后對(duì)車(chē)型做改進(jìn)時(shí)可直接到數(shù)據(jù)庫(kù)中匹配類(lèi)似的零部件，修改其相關(guān)參數(shù)即可滿足要求，無(wú)需重新設(shè)計(jì)，非常有利于車(chē)型的系列化，生產(chǎn)商應(yīng)對(duì)迅速變化的市場(chǎng)的能力也強(qiáng)得多。現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，但是相對(duì)越來(lái)越低的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)成本、大大縮短的設(shè)計(jì)周期，要求對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鈑金成型以及 NVH 的研究在設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)該介入，傳統(tǒng)的后期介入會(huì)浪費(fèi)大量的費(fèi)用，設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)，這在愈發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)逐步淘汰。軟件工具的應(yīng)用使設(shè)計(jì)中期的分析工作開(kāi)展成為可能。1.2.3 基于知識(shí)工程的汽車(chē)設(shè)計(jì)的發(fā)展人工智能技術(shù)，特別是專(zhuān)家系統(tǒng)的技術(shù)與現(xiàn)有的、傳統(tǒng)的 CAD 技術(shù)相結(jié)合開(kāi)發(fā)一些專(zhuān)用的 CAD 軟件和程序模塊是今后 CAD 發(fā)展的必然趨勢(shì)。知識(shí)工程（KBE，Knowledge Based Engineering）是人工能領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它研究的主要內(nèi)容包括知識(shí)的獲取、知識(shí)的表達(dá)知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造、知識(shí)的自動(dòng)獲取和更新等，其核心是如何運(yùn)用知識(shí)來(lái)解問(wèn)題。知識(shí)工程實(shí)質(zhì)上是突破了簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，把經(jīng)驗(yàn)和推理合起來(lái)，將邏輯思維和形象思維結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的智能化。KBE系統(tǒng)存儲(chǔ)產(chǎn)品模型包含幾何、非幾何信息以及描述產(chǎn)品如何設(shè)計(jì)、分析和制造的工程準(zhǔn)則。知識(shí)工程是研究知識(shí)信息處理的學(xué)科，提供開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng)的技術(shù)，是人工智能、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)理邏輯、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果。KBE 系統(tǒng)將重復(fù)的設(shè)計(jì)和工程任務(wù)自動(dòng)化，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，將設(shè)計(jì)、分析、制造集成起來(lái)實(shí)現(xiàn)并行工作。使用 KBE 建立模型可以將幾何造型與分析等結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科優(yōu)化，并確切地進(jìn)行可行性評(píng)估，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)踐、過(guò)程經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)信息進(jìn)行數(shù)字化獲取和重用，從而提高自動(dòng)化過(guò)程的效率。1.2.4 車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的流程化道路車(chē)門(mén)是汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，同時(shí)相對(duì)獨(dú)立，是供乘員或貨物進(jìn)出的必要通道。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整車(chē)的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘坐空間等諸方面的優(yōu)劣。車(chē)門(mén)主要由車(chē)門(mén)內(nèi)外板、內(nèi)飾板、加強(qiáng)梁、加強(qiáng)板、車(chē)門(mén)玻璃及升降器、門(mén)鎖、內(nèi)外手柄、車(chē)門(mén)鉸鏈、限位器、車(chē)門(mén)密封條和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車(chē)門(mén)從布置到設(shè)計(jì)再到制造，每一個(gè)環(huán)節(jié)考慮的因素都比較多，既要保證車(chē)門(mén)與整車(chē)的協(xié)調(diào)一致，還要保證車(chē)門(mén)本身的技術(shù)要求。很多時(shí)候，各個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)循環(huán)反復(fù)的過(guò)程，造成了傳統(tǒng)3的車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)難度與周期很長(zhǎng)。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)必須走流程化的道路，并且要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)做早期的判斷分析、循環(huán)優(yōu)化，是目前我們公司正在努力探索的一個(gè)方向。車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)分析的早期介入，可以及早解決因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的機(jī)能件運(yùn)動(dòng)干涉、鈑金成型性差、總成的振動(dòng)特性無(wú)法滿足整車(chē) NVH 的需要，避免后期修改造成的資金與時(shí)間上的大量浪費(fèi)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，結(jié)合知識(shí)工程，各大汽車(chē)公司紛紛建立了自己的研發(fā)流程，確立了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車(chē)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。長(zhǎng)期以來(lái)，車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，使得車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的后期分析可以提前到設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行，使設(shè)計(jì)的難度降低。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)兼顧的方面多、初期布置復(fù)雜、需要有豐富的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，基于流程與知識(shí)的車(chē)門(mén)布置很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。所以本課題以某款新車(chē)的開(kāi)發(fā)為例，在該領(lǐng)域做一些研究是很有意義的。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀早于七、八十年代，國(guó)外大型汽車(chē)公司已建立了相當(dāng)規(guī)模成套的 CAD、CAE 和CAM 等計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，使得車(chē)身設(shè)計(jì)方法發(fā)生了根本性的變革，運(yùn)用三維“CAD/CAM”技術(shù)替代了以“主圖板，主模型” 為主的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。CAD 是一種技術(shù)，其中人與計(jì)算機(jī)結(jié)合為一個(gè)問(wèn)題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所長(zhǎng)，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應(yīng)用多學(xué)科方法的綜合性協(xié)作提供了可能。日本豐田公司很早就引進(jìn)了 CAD 系統(tǒng)，并且在初步升級(jí)改善。美國(guó)福特公司從 1967年就開(kāi)始開(kāi)發(fā)車(chē)身設(shè)計(jì) CAD 系統(tǒng)，目前百分之八十以上的設(shè)計(jì)由 CAD 完成，大大降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。美國(guó)通用汽車(chē)公司在 1988 年投資千萬(wàn)美元完成了以三維 CAD 系統(tǒng) UG 為核心的 CAD/CAM/CAE/CIM 的 4C 集成化工程，達(dá)到信息流暢，公司的轎車(chē)和概念車(chē)的開(kāi)發(fā)試制時(shí)間由五年縮短到兩年，設(shè)計(jì)階段從24 個(gè)月縮短到 14 個(gè)月，一些零部件的設(shè)計(jì)從六個(gè)月縮短到一個(gè)月。我國(guó)各大汽車(chē)公司近幾年來(lái)紛紛引進(jìn)了先進(jìn)的 CAD/CAM/CAE 軟件用于汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，并取得較好的成果。一汽，東風(fēng)汽車(chē)公司在八十年代就開(kāi)始在車(chē)身設(shè)計(jì)方面研究與應(yīng)用CAD/CAM 技術(shù)。另外在 CAE 領(lǐng)域也取得了不少成績(jī)。電子樣機(jī)（DMU：Digital Mock-Up）技術(shù)主要是指在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，通過(guò)三維CAD/CAE/CAM 軟件，建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機(jī)，組成電子化樣機(jī)的每個(gè)部件除了準(zhǔn)確定義三維幾何圖形外，還賦有相互間的裝配關(guān)系、技術(shù)關(guān)聯(lián)、工藝、公差、材料等信息，電子樣機(jī)應(yīng)具有從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到產(chǎn)品維護(hù)各階段所需的所有功能，為產(chǎn)品和流程開(kāi)發(fā)提供一個(gè)平臺(tái)的電子樣機(jī)功能由專(zhuān)門(mén)的模塊完成，從產(chǎn)品的造型、上下關(guān)聯(lián)的并行設(shè)計(jì)環(huán)境、產(chǎn)品的功能分析、產(chǎn)品瀏覽和干涉檢查、信息交流、產(chǎn)品可4維護(hù)性分析、產(chǎn)品易用性分析、支持虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的實(shí)時(shí)仿真、多 CAX 支持、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理等各方面提供了完整的電子樣機(jī)功能，能夠完成與物理樣機(jī)同樣的分析、模擬功能，從而減少制作物理樣機(jī)的費(fèi)用，并能進(jìn)行更多的設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證。電子樣機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代汽車(chē)業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，正在逐步取代物理樣機(jī)用于多方面的研究。DMU 主要有以下功能和特點(diǎn)：1)與 CAX 系統(tǒng)完全集成，并以“上下關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)” 方式作業(yè)。2)提供強(qiáng)大的可視化手段，除了虛擬顯示和多種瀏覽功能，還集成了 DMU 漫游和截面透視等先進(jìn)手段。3)具備各種功能性檢測(cè)手段，如安裝/拆卸、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、干涉檢查、截面掃描等。4)具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置和信息交流功能。由于電子樣機(jī)（DMU）技術(shù)加強(qiáng)了設(shè)計(jì)過(guò)程中最為關(guān)鍵的空間和尺寸控制之間的集成，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷對(duì)電子樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，大部分的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤都能被發(fā)現(xiàn)或避免，從而大大減少實(shí)物樣機(jī)的制作與驗(yàn)證。AutoForm 軟件包是 AUTOFORM 工程有限公司包括瑞士研發(fā)與全球市場(chǎng)中心和德國(guó)工業(yè)應(yīng)用與技術(shù)支持中心推出的板料成形模擬軟件包。它將來(lái)自世界范圍內(nèi)的許多汽車(chē)制造商和供應(yīng)商的廣泛的訣竅和經(jīng)驗(yàn)融入其中，并采取用戶需求驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)策略，以保證提供最新的技術(shù)?？梢詭椭Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員方便地求解各類(lèi)板料成形問(wèn)題，同時(shí)，AutoForm 也最大限度地發(fā)揮了傳統(tǒng) CAE 技術(shù)的作用，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本和周期，目前世界上大多數(shù)大汽車(chē)公司都已經(jīng)將鈑金成形模擬作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必有過(guò)程，避免了鈑金模具的后期修改問(wèn)題。我國(guó)汽車(chē)行業(yè)經(jīng)過(guò)十多年努力和發(fā)展，CAD 技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)技術(shù)等新興技術(shù)在我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用已取得很大的進(jìn)步，但由于起步較晚，車(chē)身技術(shù)與國(guó)外汽車(chē)公司相比還有很大的差距，國(guó)內(nèi)各汽車(chē)公司普遍存在設(shè)計(jì)效率低下、后期問(wèn)題難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題。加大 CAD/CAM/CAM 軟件在汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用力度，并且結(jié)合汽車(chē)設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一些面向汽車(chē)設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)流程以幫助設(shè)計(jì)人員提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量，是縮短我國(guó)與國(guó)外汽車(chē)設(shè)計(jì)水平的差距，早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)轎車(chē)自主開(kāi)發(fā)能力的有效措施之一。國(guó)外各大汽車(chē)和設(shè)計(jì)公司積累了幾十年的轎車(chē)車(chē)身開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，形成了較完善的數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)計(jì)規(guī)范。筆者曾親身體驗(yàn)過(guò)豐田公司的設(shè)計(jì)檢查卡（CHECKLIST）與德國(guó)大眾公司的對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，在每一個(gè)細(xì)節(jié)，總括了在該領(lǐng)域的各種車(chē)型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)值，詳盡嚴(yán)密地表述出設(shè)計(jì)流程。經(jīng)過(guò)整理的知識(shí)庫(kù)就像一個(gè)專(zhuān)家委員會(huì)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師的工作，引導(dǎo)設(shè)計(jì)師進(jìn)行每一步設(shè)計(jì)，指出所選擇的尺寸和參數(shù)的界限，并驗(yàn)證5所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是否合理，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，使設(shè)計(jì)師避免誤入歧途和返工，絕對(duì)不會(huì)因經(jīng)驗(yàn)不足和考慮不周而造成嚴(yán)重疏忽。有了這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)時(shí)就能對(duì)自己不熟識(shí)的內(nèi)容信心百倍，并可迅速獲得設(shè)計(jì)結(jié)果而且確信它是正確的，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)是由綜合的知識(shí)庫(kù)創(chuàng)造出來(lái)的，其中包含了寶貴的專(zhuān)家知識(shí)和設(shè)計(jì)知識(shí)的法規(guī)、規(guī)則。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念更趨理性，對(duì)汽車(chē)的需求偏好也逐步發(fā)生變化、升級(jí)，由于國(guó)內(nèi)消費(fèi)者換車(chē)周期的大幅縮短，使得汽車(chē)的更新?lián)Q代也加快了。汽車(chē)設(shè)計(jì)技術(shù)及手段的不斷發(fā)展，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代工程技術(shù)方法的飛速進(jìn)步，日益成熟的 CAD/CAE/CAM 一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)在轎車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。汽車(chē)設(shè)計(jì)方法正逐步由傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，向著以大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。國(guó)內(nèi)外成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合汽車(chē)行業(yè)日漸成形的汽車(chē)模塊化思想，為我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中縮短開(kāi)發(fā)周期與提高工作效率奠定了基礎(chǔ)，縱覽以上，我們有必要建立一套全面的設(shè)計(jì)流程。1.4 本課題的研究?jī)?nèi)容本課題研究是以威馳汽車(chē)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為依托、以 CAD 為軟件平臺(tái)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中從造型數(shù)據(jù)模型確立，到前車(chē)門(mén)各個(gè)機(jī)能件選型，結(jié)構(gòu)布置，直到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，并結(jié)合工藝、工裝的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，建立起一套完善的車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)解決方案。6第 2 章 車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)2.1 車(chē)門(mén)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)汽車(chē)車(chē)門(mén)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)采用幾何約束控制產(chǎn)品形狀的幾何特征，改變約束可迅速獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，提高設(shè)計(jì)效率，有助于減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，主要是通過(guò)改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)，只需要根據(jù)某些具體的條件和參數(shù)來(lái)決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計(jì)的柔性，并在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達(dá)、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)寬松。在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的布置設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品的內(nèi)部機(jī)能件主要位置、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)難以具體化，設(shè)計(jì)師關(guān)心的是產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系，因此無(wú)法采用具體尺寸繪圖設(shè)計(jì)。參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)可以在布置設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)捕捉模型中存在的關(guān)系及其定義的參數(shù)化的位置點(diǎn)來(lái)捕捉機(jī)能件的位置，同時(shí)也允許對(duì)零件進(jìn)行反復(fù)地編輯，允許用戶試探不同的設(shè)計(jì)方案或生成不同的位置版本和零件版本，對(duì)位置的編輯可以簡(jiǎn)單地通過(guò)改變草圖的關(guān)系來(lái)完成，如在鉸鏈布置時(shí)，通過(guò)改變幾個(gè)不同方向上的草圖上的幾個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行重新計(jì)算，就可以完成新的設(shè)計(jì)，非常簡(jiǎn)便。2.2 車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型一般來(lái)講，乘用車(chē)車(chē)門(mén)分為帶窗框車(chē)門(mén)和無(wú)窗框車(chē)門(mén)（Frameless GlassConstruction，多見(jiàn)于高檔跑車(chē)，俗稱(chēng)硬頂車(chē)）兩大類(lèi)，其中帶窗框車(chē)門(mén)又可以分為整體式（Full Stamped Inner and Outer Panel Construction，即內(nèi)外門(mén)板帶著窗框部分一起沖壓成型）和獨(dú)立窗框（Loose Upper Frame Construction，即窗框部分與窗口線以下的內(nèi)外板分別成型）兩大類(lèi)，如圖 2.1 所示。實(shí)際上車(chē)門(mén)還可以做更細(xì)致的區(qū)分，現(xiàn)在按照以下分類(lèi)對(duì)各個(gè)類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)略做7評(píng)述。2.2.1 無(wú)窗框車(chē)門(mén)（Frameless Glass）優(yōu)點(diǎn)：造型前衛(wèi)時(shí)尚，且外觀上各處配合對(duì)消費(fèi)者很是養(yǎng)眼；因?yàn)闆](méi)有窗框部分的金屬板材，內(nèi)外板沖壓成型不必考慮此處廢料損失，可將廢料率降至最低；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型；該類(lèi)型車(chē)門(mén)具備整形能力。缺點(diǎn)：窗玻璃的穩(wěn)定性差（當(dāng)玻璃在 full up 位置時(shí)，至少在門(mén)肚子里留有露出部分的三分之一長(zhǎng)度，否則容易失穩(wěn)） ；門(mén)肚子里需要有額外的支架來(lái)保持玻璃的穩(wěn)定性；當(dāng)然這些都會(huì)增加產(chǎn)品成本，而且造成門(mén)密封性先天不足，為了改善其密封性，不得不花更多代價(jià)；除此之外，車(chē)身腰線（Belt line）也被抬高。2.2.2 獨(dú)立窗框式車(chē)門(mén)（Loose Upper Frame）優(yōu)點(diǎn)：廢料率同樣能降至最少；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型；該類(lèi)型車(chē)門(mén)具備整形能力；門(mén)質(zhì)量好。缺點(diǎn)：可裝配性差，會(huì)產(chǎn)生匹配上的這樣那樣的問(wèn)題（諸如 gap、flush 等等） ；限制了主密封樣式的選擇范圍，而且也存在密封性差的潛在問(wèn)題。2.2.3 內(nèi)、外板整體沖壓成型式車(chē)門(mén)1)外板整體沖壓成型式車(chē)門(mén)（Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分進(jìn)入到車(chē)頂區(qū)域（into roof，從外觀看，就是車(chē)門(mén)上部有面共享了車(chē)頂面） 。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛性好，密封性好，在整條 J－Line（就是指車(chē)門(mén)在關(guān)閉時(shí)，車(chē)門(mén)上與車(chē)身接觸的密封條區(qū)域，總裝車(chē)間一般稱(chēng)為“頭道” ，或者“頭條”）上可以作出對(duì)結(jié)構(gòu)有利的拔模斜角。缺點(diǎn)：廢料多；增加了密封成本：如沿著車(chē)頂與車(chē)門(mén)邊的密封，沿著風(fēng)窗與車(chē)門(mén)邊的密封；不具備整形能力。2)內(nèi)、外板整體沖壓成型式車(chē)門(mén)（Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分側(cè)向暴露（exposed on side，相對(duì)于上面類(lèi)型） 。2.2.4 窗框內(nèi)藏式車(chē)門(mén)（Frame Under Glass）該類(lèi)型又可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是門(mén)內(nèi)板整體沖壓（Full Stamped Inner） ，質(zhì)量與密封性都好，而且 J-line 的工藝性拔模也可以做，外觀當(dāng)然極像無(wú)窗框式車(chē)門(mén)的新穎前衛(wèi)；但是內(nèi)板仍然要產(chǎn)生8許多廢料，密封性有待改善。整體沖壓的內(nèi)板剛度大，免去焊接的麻煩，尺寸精度高。另一類(lèi)是獨(dú)立窗框（Loose UPR Frame）廢料率低，質(zhì)量也好，左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型，外觀優(yōu)勢(shì)同上。但凡獨(dú)立窗框，裝配時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題是無(wú)法避免的，而且因?yàn)闈L壓的窗框，使得密封形式的選擇有限，會(huì)導(dǎo)致潛在的密封性能問(wèn)題。圖 2.1 車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)型式所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)總裝圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 車(chē)門(mén)總裝圖2.3 車(chē)門(mén)的基本構(gòu)成車(chē)門(mén)基本構(gòu)成分為鈑金件、機(jī)能件、密封件、裝飾件與電器線束件五大類(lèi)，下面9分別說(shuō)明。本設(shè)計(jì)采用分體式車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)，外板上集成窗框，內(nèi)板與車(chē)門(mén)框架集成一體，外、內(nèi)板之間焊接連接。車(chē)門(mén)附件均參照現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的具體部件包括：鉸鏈、限位器、后視鏡、外板、內(nèi)板、門(mén)鎖、門(mén)玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。2.3.1 車(chē)門(mén)鈑金車(chē)門(mén)鈑金一般分為車(chē)門(mén)外板、內(nèi)板、外板加強(qiáng)板、防撞梁、內(nèi)板加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板、鎖加強(qiáng)板、鉸鏈支座、窗框（如果為滾壓窗框） 、窗框安裝支架、玻璃前后導(dǎo)槽、導(dǎo)槽安裝支架等，如圖 2.3 所示。圖 2.3 車(chē)門(mén)鈑金總成1)車(chē)門(mén)外板車(chē)門(mén)外板是汽車(chē)覆蓋件中極為重要的部件之一,是車(chē)身上的活動(dòng)部件,對(duì)其剛性及表面質(zhì)量要求很高;它是典型的具有復(fù)雜型面的大型板料沖壓件。一般對(duì)車(chē)門(mén)外板的質(zhì)量要求高：外觀表面光順平滑,棱線清晰,周邊尺寸精度 0.7mm,剛性好。由于門(mén)外板是一種平坦淺拉延件。成形時(shí)凸模表面與毛坯以大平面接觸,由于平面上的拉應(yīng)力很低,材料得不到充分的塑性變形，所以車(chē)門(mén)外板剛性差，一般選擇外板材料時(shí)，考慮硬質(zhì)板材，如圖 2.4 所示。車(chē)門(mén)外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點(diǎn)焊、粘接及咬合等方法。10圖 2.4 車(chē)門(mén)外板如圖 2.5 所示，車(chē)門(mén)外板采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的薄鋼板材料（厚度為 1 mm）經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成。因車(chē)門(mén)外板是車(chē)身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就差，行車(chē)時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪音，因此必須對(duì)外板剛度進(jìn)行加強(qiáng)，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁，與外板柔性粘接。所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)外板如圖 2.6 所示。圖 2.6 車(chē)門(mén)外板2)車(chē)門(mén)內(nèi)板內(nèi)板是車(chē)門(mén)附件主要的安裝機(jī)體，許多主要受力件均安裝在內(nèi)板上，如鉸鏈、限位器、門(mén)鎖等，為增加連接部位強(qiáng)度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設(shè)置加強(qiáng)板。圖 2.5 外板的剛度加強(qiáng)11車(chē)門(mén)內(nèi)板是車(chē)門(mén)中所有主要部件的安裝載體，其結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)建也是我們本課題研究的重點(diǎn)之一。在車(chē)門(mén)靠近車(chē)身 A、B 柱一側(cè)，由于需要考慮車(chē)門(mén)的下沉及鉸鏈等結(jié)構(gòu)的安裝此處剛度和強(qiáng)度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為 1.6mm 或 1.4mm 的高強(qiáng)板，其余部分采用了 0.7mm 的鋼板，這樣在保證車(chē)門(mén)內(nèi)板必要的剛度和強(qiáng)度性能時(shí)又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖 2.7 所示圖 2.7 車(chē)門(mén)內(nèi)板（左側(cè) a：高強(qiáng)板，用于鉸鏈加強(qiáng)板，右側(cè) b：一般材料）鉸鏈加強(qiáng)板的型式多樣，一般根據(jù)性能與成本的需要來(lái)選擇，如圖 2.8 所示。圖 2.8 鉸鏈加強(qiáng)板型式所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)內(nèi)板如圖 2.9 所示。圖 2.9 車(chē)門(mén)內(nèi)板123)車(chē)門(mén)防撞梁車(chē)門(mén)防撞梁（桿） （Side Impact Beam,Door Beam） ，也叫側(cè)門(mén)防撞梁（桿） ，是指在車(chē)門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中加上橫梁（從外面看不到） ，用以加強(qiáng)車(chē)輛側(cè)面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高側(cè)面撞擊時(shí)的防撞抵抗力，以提升側(cè)面的安全。基于側(cè)面撞擊的概率，消費(fèi)者在選購(gòu)車(chē)子的時(shí)候，一定把防側(cè)撞鋼梁這一項(xiàng)重要的安全配置考慮進(jìn)去，如圖 2.6 所示。車(chē)門(mén)防撞作為一種額外吸能保護(hù)，可以降低乘員可能遭受的來(lái)自外部的力量。事實(shí)證明，車(chē)門(mén)防撞梁在車(chē)輛撞擊固定物體（比如樹(shù)木）時(shí)的保護(hù)效果非常明顯。依據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，車(chē)門(mén)防撞梁在 2002 年拯救了994 名事故受害者。車(chē)門(mén)防撞梁的形狀：一般分為管狀和帽形兩種；日韓車(chē)常用管狀車(chē)門(mén)防撞梁（一般情況下兩端有支架，用于連接固定防撞梁與車(chē)門(mén)，而歐美車(chē)門(mén)常用帽形防撞梁，一般直接焊接在車(chē)門(mén)上） ；管狀防撞梁主要是圓管，也有矩形管、梅花形管、橢圓形管等，這要綜合考慮許多因素，如車(chē)門(mén)內(nèi)部空間，吸能設(shè)計(jì)等；而帽形防撞梁主要有單帽形狀（U 形）和雙帽形狀（m 形） ；車(chē)門(mén)防撞梁的布置方式：最常見(jiàn)的是對(duì)角線布置方式，也有垂直布置的。車(chē)門(mén)防撞梁的吸能效果主要與以下幾個(gè)因素有關(guān)：a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——這是最重要的一點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，帽形防撞梁的吸能效果比管狀防撞梁好；另外，雙帽形結(jié)構(gòu)一般比單帽結(jié)構(gòu)要好；當(dāng)然，還有帽形結(jié)構(gòu)的高度，與A/B/C 柱、車(chē)門(mén)檻等的匹配等都至關(guān)重要；b)材料的強(qiáng)度——人們通常以為里面的管子是普通水管之類(lèi)的，其實(shí)不然；一般日韓車(chē)中所用的管子抗拉強(qiáng)度高達(dá) 1400-1570MPa（目前有些國(guó)內(nèi)品牌車(chē)是用的較為普通的管子） ，是普通管子強(qiáng)度的 4 倍以上；而歐美車(chē)中常見(jiàn)的帽形防撞梁的抗拉強(qiáng)度一般為 1000-1600MPa；c)材料的厚度——當(dāng)然是材料越厚，吸能效果越好（不考慮與 A/B/C 柱、車(chē)門(mén)檻的匹配） ，吸能效果與材料的厚度成正比。13圖 2.10 Y 型防撞梁結(jié)構(gòu)示意圖 2.10 為 Y 型側(cè)門(mén)防撞梁，采用特殊材料的鋼材，大大提高了車(chē)門(mén)的抗扭性，保證了駕乘人員的安全。4)內(nèi)外板加強(qiáng)板一般車(chē)門(mén)鈑金結(jié)構(gòu)中都有內(nèi)外板加強(qiáng)板，起到增加車(chē)門(mén)內(nèi)外板在窗框處的剛性的作用，同時(shí)也可以作為正面碰撞時(shí)的力的傳遞途徑之一，將作用在門(mén)框上的力合理地向后傳遞。當(dāng)然也有的車(chē)中取消了該加強(qiáng)板，如圖 2.11、圖 2.12 所示。圖 2.11 車(chē)門(mén)外板加強(qiáng)板圖 2.12 車(chē)門(mén)內(nèi)板加強(qiáng)板5)鉸鏈支座車(chē)門(mén)鉸鏈支座是安裝在車(chē)門(mén)內(nèi)板上的鉸鏈座凸焊螺母的安裝載體，通常形狀簡(jiǎn)單，板材比較厚，如圖 2.13 所示。14圖 2.13 鉸鏈支座6)車(chē)門(mén)窗框單獨(dú)對(duì)于窗框而言，我們可以簡(jiǎn)單分為幾大類(lèi)：與內(nèi)外板同體式窗框、一體閉合式窗框、多體式窗框、滾壓窗框，如圖 2.14 所示。圖 2.14 窗框結(jié)構(gòu)型式與內(nèi)外板同體式窗框在很多的小型車(chē)中有比較普遍的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，窗框由于與車(chē)門(mén)內(nèi)外板一體，所以剛性較好，工藝性也比較容易控制，缺點(diǎn)是材料利用率低；一體閉合式窗框由于窗框結(jié)構(gòu)閉合式，所以結(jié)構(gòu)剛性好；多體式窗框在一些較早的車(chē)型上出現(xiàn)，成型工藝簡(jiǎn)單，但是裝配誤差不容易控制。滾壓窗框（如圖 2.15 所示）的滾壓截面較為復(fù)雜，而且歐美日德的結(jié)構(gòu)各不相同，如很多日系車(chē)沒(méi)有 belt pnl，即窗框加強(qiáng)板，前后兩個(gè)腳沒(méi)有加強(qiáng)板連接，剛度和安全性都不太好；歐美系車(chē)大多數(shù)車(chē)窗框都帶有加強(qiáng)板窗框。滾壓窗框一般要經(jīng)過(guò)滾壓、拉彎或扭彎、沖切、點(diǎn)焊或氬弧焊（焊接總成） 。一般后門(mén)獨(dú)立窗框的滾壓件較難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)車(chē)型在 C 柱有很大的彎曲弧度，超過(guò) 90度，有的是分成兩件滾彎，再焊接，容易造成焊接面的面差，批量生產(chǎn)難以滿足；有的是一道彎曲，但是受材料流動(dòng)和成型工藝控制影響，會(huì)有縮頸或擴(kuò)口，修整調(diào)整模具也很難解決問(wèn)題，除非更改造型或更換材料。15(a) 窗框（滾壓）(b) 窗框安裝支架 1(c) 窗框安裝支架 216(d) 玻璃導(dǎo)槽圖 2.15 滾壓窗框2.3.2 車(chē)門(mén)機(jī)能件車(chē)門(mén)機(jī)能件包括車(chē)門(mén)鎖、車(chē)門(mén)外手柄、車(chē)門(mén)內(nèi)手柄、車(chē)門(mén)玻璃、玻璃升降器、車(chē)門(mén)限位器、車(chē)門(mén)鉸鏈等。1)車(chē)門(mén)鎖一個(gè)完整的汽車(chē)門(mén)鎖系統(tǒng)必須能實(shí)現(xiàn)內(nèi)開(kāi)啟、外開(kāi)啟、內(nèi)鎖止保險(xiǎn)、外鎖止保險(xiǎn)及鎖緊車(chē)門(mén)的功能，因此汽車(chē)門(mén)鎖是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能要求多的組合系統(tǒng)。門(mén)鎖看成是由多個(gè)構(gòu)件組成的運(yùn)動(dòng)鏈系統(tǒng)，應(yīng)用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪法畫(huà)出在鎖緊狀態(tài)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖所示，從而為機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析及力分析提供依據(jù)。從圖2.16中可以清楚地看出整個(gè)車(chē)門(mén)鎖有如下幾部分機(jī)構(gòu)組成：(1) 鎖緊機(jī)構(gòu)部圖 2.16 鉤簧鎖結(jié)構(gòu)圖17分，即圖中鎖鉤20、擋塊兒組成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)關(guān)閉車(chē)門(mén)時(shí)，鎖鉤從擋塊兒的開(kāi)口方向進(jìn)入帶動(dòng)鎖鉤擺動(dòng)至圖示的嚙合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鎖緊動(dòng)作；(2) 外開(kāi)啟機(jī)構(gòu)部分為外拉式手柄，是一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件是外開(kāi)啟手柄；(3) 內(nèi)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)部分，由構(gòu)件11等機(jī)架組成，為一空間四桿機(jī)構(gòu)，內(nèi)開(kāi)啟手柄與擺桿的運(yùn)動(dòng)處在兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)，原動(dòng)件是內(nèi)開(kāi)啟手柄。 門(mén)鎖是重要的安全件。由兩個(gè)零件構(gòu)成，一個(gè)零件固定在車(chē)門(mén)上，另一個(gè)零件固定在車(chē)身上，通過(guò)門(mén)閂阻止車(chē)門(mén)向外打開(kāi)，通過(guò)簡(jiǎn)單的杠桿運(yùn)動(dòng)或壓撳按鈕的動(dòng)作將它們脫開(kāi)。門(mén)鎖作為汽車(chē)車(chē)身上使用最頻繁的部件之一，具有功能性和裝飾性的雙重作用。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)門(mén)鎖的安全性、輕便性、車(chē)門(mén)關(guān)閉和開(kāi)啟無(wú)聲、美觀等方面不斷提出新的更高的要求，促使大量新型門(mén)鎖產(chǎn)生，如圖 2.17所示。車(chē)門(mén)鎖的基本作用有兩點(diǎn)：其一是栓緊作用。門(mén)鎖必須工作可靠，在正常關(guān)閉車(chē)門(mén)后，除非轉(zhuǎn)動(dòng)或拉車(chē)門(mén)手柄，以及按鈕等正常操作，否則用其它外力不能打開(kāi)車(chē)門(mén)，因而在汽車(chē)行駛時(shí)不會(huì)因振動(dòng)和沖擊使車(chē)門(mén)打開(kāi)。其二是防止外人侵入的鎖緊作用。車(chē)門(mén)鎖的性能要求：1)易于制造，成本低；2)車(chē)門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉應(yīng)輕便、靈活；3)磨損小，以保證足夠的使用壽命；4)工作可靠，門(mén)鎖必須可靠地將車(chē)門(mén)鎖緊，在汽車(chē)行駛時(shí)車(chē)門(mén)不允許自動(dòng)打開(kāi)；5)操縱內(nèi)、外手柄時(shí)車(chē)門(mén)能輕便地打開(kāi)；6)設(shè)有鎖止機(jī)構(gòu)。當(dāng)鎖止時(shí)，如按下鎖鈕或外手柄處于鎖止?fàn)顟B(tài)時(shí)，搬動(dòng)車(chē)門(mén)內(nèi)、外手柄，不能打開(kāi)車(chē)門(mén)。在車(chē)外只有使用鑰匙才能打開(kāi)車(chē)門(mén)，在車(chē)內(nèi)只有先拉起鎖止按鈕才能打開(kāi)車(chē)門(mén)；7)當(dāng)車(chē)門(mén)開(kāi)著，鎖止按鈕按下時(shí)，此時(shí)關(guān)閉車(chē)門(mén)撞動(dòng)鎖爪，即可通過(guò)聯(lián)動(dòng)桿來(lái)解除鎖止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)可以防止由于鑰匙遺忘在車(chē)內(nèi)而打不開(kāi)車(chē)門(mén)；8)當(dāng)車(chē)門(mén)處于全鎖緊狀態(tài)時(shí)，車(chē)門(mén)鎖能經(jīng)受一定的縱向載荷、橫向載荷和沖擊慣性力的作用，從而不因汽車(chē)碰撞、翻車(chē)、顛簸而使門(mén)鎖失靈。根據(jù)車(chē)門(mén)鎖的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，門(mén)鎖按其結(jié)構(gòu)大致可分為舌式、棘輪式和凸輪式。舌式鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，易于制造，對(duì)車(chē)門(mén)的安裝精度要求低，常見(jiàn)于載荷汽車(chē)和大客車(chē)，如 CA15、EQ140、NJ130 等。但由于彈簧力大，操縱笨重，不能承受縱向載荷，僅能承受開(kāi)門(mén)方向的載荷，故現(xiàn)已在汽車(chē)上淘汰。18棘輪式門(mén)鎖的特點(diǎn)是鎖內(nèi)有一套制楔機(jī)構(gòu)，它由鎖鉤(棘爪)、棘輪組成。按門(mén)腔外部的鎖拴與門(mén)柱上的擋塊形式不同，又可分為轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。在選擇門(mén)鎖時(shí)，應(yīng)考慮新車(chē)型及使用條件，對(duì)于輕型客車(chē)，一般在較好的路面上行駛，并且制造條件也較好，故可選用操縱輕便的轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。對(duì)于越野車(chē)，主要是在不平路面上行駛，道路條件不好，主要考慮可靠性，可選卡板鎖。對(duì)于載貨車(chē)，除了滿足門(mén)鎖的一般要求外，應(yīng)選用工藝簡(jiǎn)單，成本低的結(jié)構(gòu)。圖 2.17 車(chē)門(mén)鎖系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的車(chē)門(mén)鎖機(jī)構(gòu)如圖 2.18 所示。圖 2.18 車(chē)門(mén)鎖機(jī)構(gòu)2)車(chē)門(mén)內(nèi)外手柄外手柄有旋轉(zhuǎn)式、掀拉式、按鈕式、手摳式等。旋轉(zhuǎn)式外手柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少，但手柄易歪斜，脫落，影響汽車(chē)外形美觀。按鈕式外手柄結(jié)構(gòu)可靠，零件數(shù)稍多，同時(shí)當(dāng)車(chē)門(mén)鎖開(kāi)啟力大時(shí)，手指明顯有開(kāi)啟沉重感。掀拉式外手柄平時(shí)隱藏在車(chē)門(mén)外板內(nèi)，不易被碰壞，但轉(zhuǎn)軸易壞。手摳式外手柄是近年來(lái)出現(xiàn)的新款式，可以安裝的與外板齊平，使其不產(chǎn)生危險(xiǎn)性，也有利于減小空氣阻力。門(mén)鎖的內(nèi)手柄有旋轉(zhuǎn)式、掀拉式、按鈕式和手摳式。從安全考慮，最好內(nèi)手柄布置在車(chē)門(mén)內(nèi)飾里或扶手下面不易碰到的位置。手摳式內(nèi)手柄就是凹進(jìn)車(chē)門(mén)內(nèi)板之內(nèi)而與內(nèi)飾板平齊，外觀漂亮，19不會(huì)碰開(kāi)車(chē)門(mén)，安全可靠。所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)外手柄如圖 2.19 所示。圖 2.19 車(chē)門(mén)外手柄所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)內(nèi)手柄如右圖 2.20 所示。圖 2.20 車(chē)門(mén)內(nèi)手柄3)車(chē)門(mén)玻璃目前幾乎所有車(chē)門(mén)玻璃都采用鋼化曲面玻璃。曲面玻璃在轎車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用，曲面玻璃可以有效的利用車(chē)內(nèi)空間，減少車(chē)門(mén)厚度，并且外形美觀，使車(chē)身更趨于流線型，車(chē)室內(nèi)的寬度也有所增大。但曲面玻璃在制造上有一定的難度，并且在升過(guò)程中容易發(fā)生卡滯，一般將曲面玻璃的球面弦高控制在 4mm 以下。轎車(chē)車(chē)門(mén)玻璃面主要分為五種類(lèi)型：a)圓柱面玻璃——這種玻璃生產(chǎn)的工藝比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)整車(chē)的造型美觀方面影響；20b)斜圓柱玻璃——在布置玻璃圓斷面方向時(shí)盡可能與玻璃導(dǎo)槽的方向一致，這導(dǎo)槽的模擬就是一個(gè)圓，玻璃的升降布置比較順暢；c)圓環(huán)面玻璃——這種玻璃的滑槽的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單一些，因?yàn)榍谐鰜?lái)的曲的曲率變化相對(duì)較小； 0第 1 章 緒 論1.1 行業(yè)概述隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)的舒適性不斷提高以滿足人們的要求。汽車(chē)車(chē)門(mén)是車(chē)上相對(duì)獨(dú)立的總成，車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)不但關(guān)系到汽車(chē)的實(shí)用性，對(duì)汽車(chē)也有很大的裝飾作用。因此車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)也越來(lái)越講究，而且使用越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)和電控技術(shù)。從 1957 年新中國(guó)的第一輛汽車(chē)正式生產(chǎn)下線，中國(guó)汽車(chē)在 20 世紀(jì)中期經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的緩慢發(fā)展階段，在經(jīng)過(guò) 2003 年和 2006 年的兩輪爆發(fā)式增長(zhǎng)后，開(kāi)始步入平穩(wěn)增長(zhǎng)階段。2009年嚴(yán)峻的宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，中國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，同時(shí)也受到來(lái)自各個(gè)方面的沖擊。中國(guó)要想從汽車(chē)制造大國(guó)發(fā)展成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)，就必須在汽車(chē)產(chǎn)品的研發(fā)上取得突破。歐美日的汽車(chē)企業(yè)之所以能夠如此強(qiáng)勢(shì)，與他們幾十年甚至上百年的技術(shù)革新與經(jīng)驗(yàn)積累是分不開(kāi)的，翻開(kāi)他們汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史，我們都能夠清晰的感受到他們相同的企業(yè)發(fā)展脈絡(luò)：明確的市場(chǎng)定位，堅(jiān)定不移的技術(shù)研發(fā)，引領(lǐng)潮流的戰(zhàn)略方向，這一切，做足了他們的原始積累。我們的起步盡管有些晚，但是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來(lái)在技術(shù)研發(fā)上的投入力度明顯增加，從過(guò)去的汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)口到產(chǎn)品引進(jìn)生產(chǎn)再到技術(shù)轉(zhuǎn)化，近幾年來(lái)更是直接的技術(shù)引進(jìn)、并購(gòu)國(guó)外先進(jìn)的汽車(chē)企業(yè)，中國(guó)的汽車(chē)技術(shù)如雨后春筍般迅猛發(fā)展。車(chē)門(mén)是整個(gè)車(chē)身中結(jié)構(gòu)復(fù)雜又相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)總成,它主要由車(chē)門(mén)骨架及蓋板、車(chē)門(mén)護(hù)面、門(mén)窗、車(chē)門(mén)玻璃及玻璃升降器、門(mén)鎖及其手柄、車(chē)門(mén)鉸鏈、車(chē)門(mén)密封條和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車(chē)門(mén)是汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的零部件。在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)中其安全性尤為重要，它必須保證在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)，盡可能地減少對(duì)行人和乘員造成的傷害，因此必須要求車(chē)門(mén)外覆蓋件表面光潔、有韌性；門(mén)鎖、門(mén)鉸鏈以及車(chē)門(mén)門(mén)體必須能夠按照 A 柱一 B 柱一 C 柱的路線傳遞碰撞沖擊力；碰撞后的車(chē)門(mén)必須能夠輕松地不借助于任何輔助工具用手打開(kāi)。鑒于側(cè)面碰撞對(duì)乘員造成的危險(xiǎn)性，在設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)時(shí)注意將車(chē)門(mén)的變形限制在一定范圍內(nèi)，為乘員提供一個(gè)有效的生存空間。這些都要求車(chē)門(mén)必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度。在汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，車(chē)門(mén)總成的布置設(shè)計(jì)除與整體設(shè)計(jì)有著協(xié)調(diào)配合關(guān)系外，可稱(chēng)的上是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的，最具有代表性的車(chē)身總成設(shè)計(jì)。它不僅要與整車(chē)造型協(xié)調(diào)一致，還要保證必要的開(kāi)度，方便上下車(chē)，良好的安全性，穩(wěn)定的操縱性，密封性，工藝性，足夠的強(qiáng)度剛度，以滿足功能上的要求。因此車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)成為車(chē)身設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。1生產(chǎn)廠家為了能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，所有這些迫使設(shè)計(jì)者不斷地尋求智能化的設(shè)計(jì)工具和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。本課題的研究?jī)?nèi)容就是在這樣的情況下產(chǎn)生的。1.2 基于流程與知識(shí)的轎車(chē)車(chē)門(mén)布置的背景與意義1.2.1 汽車(chē)行業(yè)的背景如今汽車(chē)產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度很快，而每一款汽車(chē)的設(shè)計(jì)作為一個(gè)系統(tǒng)的工程，是相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程，很多跨國(guó)汽車(chē)公司早在幾十年前就已經(jīng)打破了這種相對(duì)的獨(dú)立，將設(shè)計(jì)的每一個(gè)過(guò)程凝練提升，形成一個(gè)個(gè)模塊，按照系統(tǒng)的方法組織起來(lái)，定義為汽車(chē)設(shè)計(jì)流程。在以后的新車(chē)設(shè)計(jì)中，將每一個(gè)過(guò)程融入了這種既定的設(shè)計(jì)模式，按部就班地推進(jìn)，控制著汽車(chē)的每一個(gè)非常詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，從而順利高效地完成設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)，一汽、二汽、上汽等大的汽車(chē)企業(yè)集團(tuán)都已經(jīng)建立起了比較完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，在國(guó)內(nèi)愈演愈烈的汽車(chē)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)中，這些企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有著明顯的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品更新速度快，質(zhì)量可靠，深得用戶的信賴(lài)，可見(jiàn)研發(fā)流程的建立對(duì)企業(yè)的重要意義。伴隨著汽車(chē)車(chē)身造型的設(shè)計(jì)與修改要求日趨增高，參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合和貼近現(xiàn)代CAD 中的概念設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)思想，并可提高設(shè)計(jì)與分析的柔性，因此車(chē)身模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)經(jīng)成為車(chē)輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是以一種全新的思維方式來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)和修改設(shè)計(jì)的方法[1]。目前傳統(tǒng)的手工造型方法已被建立在各種先進(jìn)的造型建模軟件基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)輔助造型方法所取代，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠快速吸收國(guó)外汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)，快速響應(yīng)市場(chǎng)，提高我國(guó)自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)汽車(chē)的能力，提高汽車(chē)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。1.2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在汽車(chē)工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用自從上世紀(jì) 70 年代，隨著計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的迅速發(fā)展，車(chē)身設(shè)計(jì)過(guò)程中部分或全程引入計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)(CAD/CAM 軟件)，在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車(chē)身三維數(shù)字化模型，以“ 所見(jiàn)即所得 ”的交互方式完善設(shè)計(jì)方案，是現(xiàn)代車(chē)身設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。其基本流程：經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，形成車(chē)型的整體要求；制作手繪效果圖，也可利用計(jì)算機(jī)輔助軟件繪制；制作縮比例模型及 1:1 主模型；以三坐標(biāo)掃描或激光掃描的方式在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車(chē)身數(shù)字模型；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建 A 級(jí)模型；生成 NC代碼，生產(chǎn)樣車(chē)。在計(jì)算機(jī)中不但可以對(duì)車(chē)身外觀及內(nèi)飾建立數(shù)字模型，而且可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)等其它零部件建立模型，并直接進(jìn)行有限元分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/分析、甚至虛擬裝配、虛擬風(fēng)洞試驗(yàn)等，使得設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建虛擬的電子樣車(chē)并進(jìn)行試驗(yàn)，能2在實(shí)際生產(chǎn)前預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提高了效率，降低了成本。通常各零件模型分類(lèi)存放在大型數(shù)據(jù)庫(kù)中，以后對(duì)車(chē)型做改進(jìn)時(shí)可直接到數(shù)據(jù)庫(kù)中匹配類(lèi)似的零部件，修改其相關(guān)參數(shù)即可滿足要求，無(wú)需重新設(shè)計(jì)，非常有利于車(chē)型的系列化，生產(chǎn)商應(yīng)對(duì)迅速變化的市場(chǎng)的能力也強(qiáng)得多。現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，但是相對(duì)越來(lái)越低的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)成本、大大縮短的設(shè)計(jì)周期，要求對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鈑金成型以及 NVH 的研究在設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)該介入，傳統(tǒng)的后期介入會(huì)浪費(fèi)大量的費(fèi)用，設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)，這在愈發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)逐步淘汰。軟件工具的應(yīng)用使設(shè)計(jì)中期的分析工作開(kāi)展成為可能。1.2.3 基于知識(shí)工程的汽車(chē)設(shè)計(jì)的發(fā)展人工智能技術(shù)，特別是專(zhuān)家系統(tǒng)的技術(shù)與現(xiàn)有的、傳統(tǒng)的 CAD 技術(shù)相結(jié)合開(kāi)發(fā)一些專(zhuān)用的 CAD 軟件和程序模塊是今后 CAD 發(fā)展的必然趨勢(shì)。知識(shí)工程（KBE，Knowledge Based Engineering）是人工能領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它研究的主要內(nèi)容包括知識(shí)的獲取、知識(shí)的表達(dá)知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造、知識(shí)的自動(dòng)獲取和更新等，其核心是如何運(yùn)用知識(shí)來(lái)解問(wèn)題。知識(shí)工程實(shí)質(zhì)上是突破了簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，把經(jīng)驗(yàn)和推理合起來(lái)，將邏輯思維和形象思維結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的智能化。KBE系統(tǒng)存儲(chǔ)產(chǎn)品模型包含幾何、非幾何信息以及描述產(chǎn)品如何設(shè)計(jì)、分析和制造的工程準(zhǔn)則。知識(shí)工程是研究知識(shí)信息處理的學(xué)科，提供開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng)的技術(shù)，是人工智能、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)理邏輯、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果。KBE 系統(tǒng)將重復(fù)的設(shè)計(jì)和工程任務(wù)自動(dòng)化，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，將設(shè)計(jì)、分析、制造集成起來(lái)實(shí)現(xiàn)并行工作。使用 KBE 建立模型可以將幾何造型與分析等結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科優(yōu)化，并確切地進(jìn)行可行性評(píng)估，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)踐、過(guò)程經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)信息進(jìn)行數(shù)字化獲取和重用，從而提高自動(dòng)化過(guò)程的效率。1.2.4 車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的流程化道路車(chē)門(mén)是汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，同時(shí)相對(duì)獨(dú)立，是供乘員或貨物進(jìn)出的必要通道。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整車(chē)的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘坐空間等諸方面的優(yōu)劣。車(chē)門(mén)主要由車(chē)門(mén)內(nèi)外板、內(nèi)飾板、加強(qiáng)梁、加強(qiáng)板、車(chē)門(mén)玻璃及升降器、門(mén)鎖、內(nèi)外手柄、車(chē)門(mén)鉸鏈、限位器、車(chē)門(mén)密封條和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車(chē)門(mén)從布置到設(shè)計(jì)再到制造，每一個(gè)環(huán)節(jié)考慮的因素都比較多，既要保證車(chē)門(mén)與整車(chē)的協(xié)調(diào)一致，還要保證車(chē)門(mén)本身的技術(shù)要求。很多時(shí)候，各個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)循環(huán)反復(fù)的過(guò)程，造成了傳統(tǒng)3的車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)難度與周期很長(zhǎng)。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)必須走流程化的道路，并且要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)做早期的判斷分析、循環(huán)優(yōu)化，是目前我們公司正在努力探索的一個(gè)方向。車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)分析的早期介入，可以及早解決因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的機(jī)能件運(yùn)動(dòng)干涉、鈑金成型性差、總成的振動(dòng)特性無(wú)法滿足整車(chē) NVH 的需要，避免后期修改造成的資金與時(shí)間上的大量浪費(fèi)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，結(jié)合知識(shí)工程，各大汽車(chē)公司紛紛建立了自己的研發(fā)流程，確立了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車(chē)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。長(zhǎng)期以來(lái)，車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，使得車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的后期分析可以提前到設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行，使設(shè)計(jì)的難度降低。車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)兼顧的方面多、初期布置復(fù)雜、需要有豐富的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，基于流程與知識(shí)的車(chē)門(mén)布置很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。所以本課題以某款新車(chē)的開(kāi)發(fā)為例，在該領(lǐng)域做一些研究是很有意義的。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀早于七、八十年代，國(guó)外大型汽車(chē)公司已建立了相當(dāng)規(guī)模成套的 CAD、CAE 和CAM 等計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，使得車(chē)身設(shè)計(jì)方法發(fā)生了根本性的變革，運(yùn)用三維“CAD/CAM”技術(shù)替代了以“主圖板，主模型” 為主的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。CAD 是一種技術(shù)，其中人與計(jì)算機(jī)結(jié)合為一個(gè)問(wèn)題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所長(zhǎng)，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應(yīng)用多學(xué)科方法的綜合性協(xié)作提供了可能。日本豐田公司很早就引進(jìn)了 CAD 系統(tǒng)，并且在初步升級(jí)改善。美國(guó)福特公司從 1967年就開(kāi)始開(kāi)發(fā)車(chē)身設(shè)計(jì) CAD 系統(tǒng)，目前百分之八十以上的設(shè)計(jì)由 CAD 完成，大大降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。美國(guó)通用汽車(chē)公司在 1988 年投資千萬(wàn)美元完成了以三維 CAD 系統(tǒng) UG 為核心的 CAD/CAM/CAE/CIM 的 4C 集成化工程，達(dá)到信息流暢，公司的轎車(chē)和概念車(chē)的開(kāi)發(fā)試制時(shí)間由五年縮短到兩年，設(shè)計(jì)階段從24 個(gè)月縮短到 14 個(gè)月，一些零部件的設(shè)計(jì)從六個(gè)月縮短到一個(gè)月。我國(guó)各大汽車(chē)公司近幾年來(lái)紛紛引進(jìn)了先進(jìn)的 CAD/CAM/CAE 軟件用于汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，并取得較好的成果。一汽，東風(fēng)汽車(chē)公司在八十年代就開(kāi)始在車(chē)身設(shè)計(jì)方面研究與應(yīng)用CAD/CAM 技術(shù)。另外在 CAE 領(lǐng)域也取得了不少成績(jī)。電子樣機(jī)（DMU：Digital Mock-Up）技術(shù)主要是指在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，通過(guò)三維CAD/CAE/CAM 軟件，建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機(jī)，組成電子化樣機(jī)的每個(gè)部件除了準(zhǔn)確定義三維幾何圖形外，還賦有相互間的裝配關(guān)系、技術(shù)關(guān)聯(lián)、工藝、公差、材料等信息，電子樣機(jī)應(yīng)具有從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到產(chǎn)品維護(hù)各階段所需的所有功能，為產(chǎn)品和流程開(kāi)發(fā)提供一個(gè)平臺(tái)的電子樣機(jī)功能由專(zhuān)門(mén)的模塊完成，從產(chǎn)品的造型、上下關(guān)聯(lián)的并行設(shè)計(jì)環(huán)境、產(chǎn)品的功能分析、產(chǎn)品瀏覽和干涉檢查、信息交流、產(chǎn)品可4維護(hù)性分析、產(chǎn)品易用性分析、支持虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的實(shí)時(shí)仿真、多 CAX 支持、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理等各方面提供了完整的電子樣機(jī)功能，能夠完成與物理樣機(jī)同樣的分析、模擬功能，從而減少制作物理樣機(jī)的費(fèi)用，并能進(jìn)行更多的設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證。電子樣機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代汽車(chē)業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，正在逐步取代物理樣機(jī)用于多方面的研究。DMU 主要有以下功能和特點(diǎn)：1)與 CAX 系統(tǒng)完全集成，并以“上下關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)” 方式作業(yè)。2)提供強(qiáng)大的可視化手段，除了虛擬顯示和多種瀏覽功能，還集成了 DMU 漫游和截面透視等先進(jìn)手段。3)具備各種功能性檢測(cè)手段，如安裝/拆卸、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、干涉檢查、截面掃描等。4)具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置和信息交流功能。由于電子樣機(jī)（DMU）技術(shù)加強(qiáng)了設(shè)計(jì)過(guò)程中最為關(guān)鍵的空間和尺寸控制之間的集成，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷對(duì)電子樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，大部分的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤都能被發(fā)現(xiàn)或避免，從而大大減少實(shí)物樣機(jī)的制作與驗(yàn)證。AutoForm 軟件包是 AUTOFORM 工程有限公司包括瑞士研發(fā)與全球市場(chǎng)中心和德國(guó)工業(yè)應(yīng)用與技術(shù)支持中心推出的板料成形模擬軟件包。它將來(lái)自世界范圍內(nèi)的許多汽車(chē)制造商和供應(yīng)商的廣泛的訣竅和經(jīng)驗(yàn)融入其中，并采取用戶需求驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)策略，以保證提供最新的技術(shù)?？梢詭椭Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員方便地求解各類(lèi)板料成形問(wèn)題，同時(shí)，AutoForm 也最大限度地發(fā)揮了傳統(tǒng) CAE 技術(shù)的作用，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本和周期，目前世界上大多數(shù)大汽車(chē)公司都已經(jīng)將鈑金成形模擬作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必有過(guò)程，避免了鈑金模具的后期修改問(wèn)題。我國(guó)汽車(chē)行業(yè)經(jīng)過(guò)十多年努力和發(fā)展，CAD 技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)技術(shù)等新興技術(shù)在我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用已取得很大的進(jìn)步，但由于起步較晚，車(chē)身技術(shù)與國(guó)外汽車(chē)公司相比還有很大的差距，國(guó)內(nèi)各汽車(chē)公司普遍存在設(shè)計(jì)效率低下、后期問(wèn)題難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題。加大 CAD/CAM/CAM 軟件在汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用力度，并且結(jié)合汽車(chē)設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一些面向汽車(chē)設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)流程以幫助設(shè)計(jì)人員提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量，是縮短我國(guó)與國(guó)外汽車(chē)設(shè)計(jì)水平的差距，早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)轎車(chē)自主開(kāi)發(fā)能力的有效措施之一。國(guó)外各大汽車(chē)和設(shè)計(jì)公司積累了幾十年的轎車(chē)車(chē)身開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，形成了較完善的數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)計(jì)規(guī)范。筆者曾親身體驗(yàn)過(guò)豐田公司的設(shè)計(jì)檢查卡（CHECKLIST）與德國(guó)大眾公司的對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，在每一個(gè)細(xì)節(jié)，總括了在該領(lǐng)域的各種車(chē)型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)值，詳盡嚴(yán)密地表述出設(shè)計(jì)流程。經(jīng)過(guò)整理的知識(shí)庫(kù)就像一個(gè)專(zhuān)家委員會(huì)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師的工作，引導(dǎo)設(shè)計(jì)師進(jìn)行每一步設(shè)計(jì)，指出所選擇的尺寸和參數(shù)的界限，并驗(yàn)證5所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是否合理，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，使設(shè)計(jì)師避免誤入歧途和返工，絕對(duì)不會(huì)因經(jīng)驗(yàn)不足和考慮不周而造成嚴(yán)重疏忽。有了這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)時(shí)就能對(duì)自己不熟識(shí)的內(nèi)容信心百倍，并可迅速獲得設(shè)計(jì)結(jié)果而且確信它是正確的，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)是由綜合的知識(shí)庫(kù)創(chuàng)造出來(lái)的，其中包含了寶貴的專(zhuān)家知識(shí)和設(shè)計(jì)知識(shí)的法規(guī)、規(guī)則。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念更趨理性，對(duì)汽車(chē)的需求偏好也逐步發(fā)生變化、升級(jí)，由于國(guó)內(nèi)消費(fèi)者換車(chē)周期的大幅縮短，使得汽車(chē)的更新?lián)Q代也加快了。汽車(chē)設(shè)計(jì)技術(shù)及手段的不斷發(fā)展，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代工程技術(shù)方法的飛速進(jìn)步，日益成熟的 CAD/CAE/CAM 一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)在轎車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。汽車(chē)設(shè)計(jì)方法正逐步由傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，向著以大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。國(guó)內(nèi)外成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合汽車(chē)行業(yè)日漸成形的汽車(chē)模塊化思想，為我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中縮短開(kāi)發(fā)周期與提高工作效率奠定了基礎(chǔ)，縱覽以上，我們有必要建立一套全面的設(shè)計(jì)流程。1.4 本課題的研究?jī)?nèi)容本課題研究是以威馳汽車(chē)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為依托、以 CAD 為軟件平臺(tái)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中從造型數(shù)據(jù)模型確立，到前車(chē)門(mén)各個(gè)機(jī)能件選型，結(jié)構(gòu)布置，直到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，并結(jié)合工藝、工裝的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，建立起一套完善的車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)解決方案。6第 2 章 車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)2.1 車(chē)門(mén)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)汽車(chē)車(chē)門(mén)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)采用幾何約束控制產(chǎn)品形狀的幾何特征，改變約束可迅速獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，提高設(shè)計(jì)效率，有助于減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，主要是通過(guò)改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)，只需要根據(jù)某些具體的條件和參數(shù)來(lái)決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計(jì)的柔性，并在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達(dá)、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)寬松。在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)的布置設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品的內(nèi)部機(jī)能件主要位置、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)難以具體化，設(shè)計(jì)師關(guān)心的是產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系，因此無(wú)法采用具體尺寸繪圖設(shè)計(jì)。參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)可以在布置設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)捕捉模型中存在的關(guān)系及其定義的參數(shù)化的位置點(diǎn)來(lái)捕捉機(jī)能件的位置，同時(shí)也允許對(duì)零件進(jìn)行反復(fù)地編輯，允許用戶試探不同的設(shè)計(jì)方案或生成不同的位置版本和零件版本，對(duì)位置的編輯可以簡(jiǎn)單地通過(guò)改變草圖的關(guān)系來(lái)完成，如在鉸鏈布置時(shí)，通過(guò)改變幾個(gè)不同方向上的草圖上的幾個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行重新計(jì)算，就可以完成新的設(shè)計(jì)，非常簡(jiǎn)便。2.2 車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型一般來(lái)講，乘用車(chē)車(chē)門(mén)分為帶窗框車(chē)門(mén)和無(wú)窗框車(chē)門(mén)（Frameless GlassConstruction，多見(jiàn)于高檔跑車(chē)，俗稱(chēng)硬頂車(chē)）兩大類(lèi)，其中帶窗框車(chē)門(mén)又可以分為整體式（Full Stamped Inner and Outer Panel Construction，即內(nèi)外門(mén)板帶著窗框部分一起沖壓成型）和獨(dú)立窗框（Loose Upper Frame Construction，即窗框部分與窗口線以下的內(nèi)外板分別成型）兩大類(lèi)，如圖 2.1 所示。實(shí)際上車(chē)門(mén)還可以做更細(xì)致的區(qū)分，現(xiàn)在按照以下分類(lèi)對(duì)各個(gè)類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)略做7評(píng)述。2.2.1 無(wú)窗框車(chē)門(mén)（Frameless Glass）優(yōu)點(diǎn)：造型前衛(wèi)時(shí)尚，且外觀上各處配合對(duì)消費(fèi)者很是養(yǎng)眼；因?yàn)闆](méi)有窗框部分的金屬板材，內(nèi)外板沖壓成型不必考慮此處廢料損失，可將廢料率降至最低；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型；該類(lèi)型車(chē)門(mén)具備整形能力。缺點(diǎn)：窗玻璃的穩(wěn)定性差（當(dāng)玻璃在 full up 位置時(shí)，至少在門(mén)肚子里留有露出部分的三分之一長(zhǎng)度，否則容易失穩(wěn)） ；門(mén)肚子里需要有額外的支架來(lái)保持玻璃的穩(wěn)定性；當(dāng)然這些都會(huì)增加產(chǎn)品成本，而且造成門(mén)密封性先天不足，為了改善其密封性，不得不花更多代價(jià)；除此之外，車(chē)身腰線（Belt line）也被抬高。2.2.2 獨(dú)立窗框式車(chē)門(mén)（Loose Upper Frame）優(yōu)點(diǎn)：廢料率同樣能降至最少；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型；該類(lèi)型車(chē)門(mén)具備整形能力；門(mén)質(zhì)量好。缺點(diǎn)：可裝配性差，會(huì)產(chǎn)生匹配上的這樣那樣的問(wèn)題（諸如 gap、flush 等等） ；限制了主密封樣式的選擇范圍，而且也存在密封性差的潛在問(wèn)題。2.2.3 內(nèi)、外板整體沖壓成型式車(chē)門(mén)1)外板整體沖壓成型式車(chē)門(mén)（Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分進(jìn)入到車(chē)頂區(qū)域（into roof，從外觀看，就是車(chē)門(mén)上部有面共享了車(chē)頂面） 。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛性好，密封性好，在整條 J－Line（就是指車(chē)門(mén)在關(guān)閉時(shí)，車(chē)門(mén)上與車(chē)身接觸的密封條區(qū)域，總裝車(chē)間一般稱(chēng)為“頭道” ，或者“頭條”）上可以作出對(duì)結(jié)構(gòu)有利的拔模斜角。缺點(diǎn)：廢料多；增加了密封成本：如沿著車(chē)頂與車(chē)門(mén)邊的密封，沿著風(fēng)窗與車(chē)門(mén)邊的密封；不具備整形能力。2)內(nèi)、外板整體沖壓成型式車(chē)門(mén)（Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分側(cè)向暴露（exposed on side，相對(duì)于上面類(lèi)型） 。2.2.4 窗框內(nèi)藏式車(chē)門(mén)（Frame Under Glass）該類(lèi)型又可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是門(mén)內(nèi)板整體沖壓（Full Stamped Inner） ，質(zhì)量與密封性都好，而且 J-line 的工藝性拔模也可以做，外觀當(dāng)然極像無(wú)窗框式車(chē)門(mén)的新穎前衛(wèi)；但是內(nèi)板仍然要產(chǎn)生8許多廢料，密封性有待改善。整體沖壓的內(nèi)板剛度大，免去焊接的麻煩，尺寸精度高。另一類(lèi)是獨(dú)立窗框（Loose UPR Frame）廢料率低，質(zhì)量也好，左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型，外觀優(yōu)勢(shì)同上。但凡獨(dú)立窗框，裝配時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題是無(wú)法避免的，而且因?yàn)闈L壓的窗框，使得密封形式的選擇有限，會(huì)導(dǎo)致潛在的密封性能問(wèn)題。圖 2.1 車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)型式所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)總裝圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 車(chē)門(mén)總裝圖2.3 車(chē)門(mén)的基本構(gòu)成車(chē)門(mén)基本構(gòu)成分為鈑金件、機(jī)能件、密封件、裝飾件與電器線束件五大類(lèi)，下面9分別說(shuō)明。本設(shè)計(jì)采用分體式車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)，外板上集成窗框，內(nèi)板與車(chē)門(mén)框架集成一體，外、內(nèi)板之間焊接連接。車(chē)門(mén)附件均參照現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的具體部件包括：鉸鏈、限位器、后視鏡、外板、內(nèi)板、門(mén)鎖、門(mén)玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。2.3.1 車(chē)門(mén)鈑金車(chē)門(mén)鈑金一般分為車(chē)門(mén)外板、內(nèi)板、外板加強(qiáng)板、防撞梁、內(nèi)板加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板、鎖加強(qiáng)板、鉸鏈支座、窗框（如果為滾壓窗框） 、窗框安裝支架、玻璃前后導(dǎo)槽、導(dǎo)槽安裝支架等，如圖 2.3 所示。圖 2.3 車(chē)門(mén)鈑金總成1)車(chē)門(mén)外板車(chē)門(mén)外板是汽車(chē)覆蓋件中極為重要的部件之一,是車(chē)身上的活動(dòng)部件,對(duì)其剛性及表面質(zhì)量要求很高;它是典型的具有復(fù)雜型面的大型板料沖壓件。一般對(duì)車(chē)門(mén)外板的質(zhì)量要求高：外觀表面光順平滑,棱線清晰,周邊尺寸精度 0.7mm,剛性好。由于門(mén)外板是一種平坦淺拉延件。成形時(shí)凸模表面與毛坯以大平面接觸,由于平面上的拉應(yīng)力很低,材料得不到充分的塑性變形，所以車(chē)門(mén)外板剛性差，一般選擇外板材料時(shí)，考慮硬質(zhì)板材，如圖 2.4 所示。車(chē)門(mén)外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點(diǎn)焊、粘接及咬合等方法。10圖 2.4 車(chē)門(mén)外板如圖 2.5 所示，車(chē)門(mén)外板采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的薄鋼板材料（厚度為 1 mm）經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成。因車(chē)門(mén)外板是車(chē)身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就差，行車(chē)時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪音，因此必須對(duì)外板剛度進(jìn)行加強(qiáng)，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁，與外板柔性粘接。所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)外板如圖 2.6 所示。圖 2.6 車(chē)門(mén)外板2)車(chē)門(mén)內(nèi)板內(nèi)板是車(chē)門(mén)附件主要的安裝機(jī)體，許多主要受力件均安裝在內(nèi)板上，如鉸鏈、限位器、門(mén)鎖等，為增加連接部位強(qiáng)度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設(shè)置加強(qiáng)板。圖 2.5 外板的剛度加強(qiáng)11車(chē)門(mén)內(nèi)板是車(chē)門(mén)中所有主要部件的安裝載體，其結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)建也是我們本課題研究的重點(diǎn)之一。在車(chē)門(mén)靠近車(chē)身 A、B 柱一側(cè)，由于需要考慮車(chē)門(mén)的下沉及鉸鏈等結(jié)構(gòu)的安裝此處剛度和強(qiáng)度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為 1.6mm 或 1.4mm 的高強(qiáng)板，其余部分采用了 0.7mm 的鋼板，這樣在保證車(chē)門(mén)內(nèi)板必要的剛度和強(qiáng)度性能時(shí)又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖 2.7 所示圖 2.7 車(chē)門(mén)內(nèi)板（左側(cè) a：高強(qiáng)板，用于鉸鏈加強(qiáng)板，右側(cè) b：一般材料）鉸鏈加強(qiáng)板的型式多樣，一般根據(jù)性能與成本的需要來(lái)選擇，如圖 2.8 所示。圖 2.8 鉸鏈加強(qiáng)板型式所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)內(nèi)板如圖 2.9 所示。圖 2.9 車(chē)門(mén)內(nèi)板123)車(chē)門(mén)防撞梁車(chē)門(mén)防撞梁（桿） （Side Impact Beam,Door Beam） ，也叫側(cè)門(mén)防撞梁（桿） ，是指在車(chē)門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中加上橫梁（從外面看不到） ，用以加強(qiáng)車(chē)輛側(cè)面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高側(cè)面撞擊時(shí)的防撞抵抗力，以提升側(cè)面的安全?；趥?cè)面撞擊的概率，消費(fèi)者在選購(gòu)車(chē)子的時(shí)候，一定把防側(cè)撞鋼梁這一項(xiàng)重要的安全配置考慮進(jìn)去，如圖 2.6 所示。車(chē)門(mén)防撞作為一種額外吸能保護(hù)，可以降低乘員可能遭受的來(lái)自外部的力量。事實(shí)證明，車(chē)門(mén)防撞梁在車(chē)輛撞擊固定物體（比如樹(shù)木）時(shí)的保護(hù)效果非常明顯。依據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，車(chē)門(mén)防撞梁在 2002 年拯救了994 名事故受害者。車(chē)門(mén)防撞梁的形狀：一般分為管狀和帽形兩種；日韓車(chē)常用管狀車(chē)門(mén)防撞梁（一般情況下兩端有支架，用于連接固定防撞梁與車(chē)門(mén)，而歐美車(chē)門(mén)常用帽形防撞梁，一般直接焊接在車(chē)門(mén)上） ；管狀防撞梁主要是圓管，也有矩形管、梅花形管、橢圓形管等，這要綜合考慮許多因素，如車(chē)門(mén)內(nèi)部空間，吸能設(shè)計(jì)等；而帽形防撞梁主要有單帽形狀（U 形）和雙帽形狀（m 形） ；車(chē)門(mén)防撞梁的布置方式：最常見(jiàn)的是對(duì)角線布置方式，也有垂直布置的。車(chē)門(mén)防撞梁的吸能效果主要與以下幾個(gè)因素有關(guān)：a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——這是最重要的一點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，帽形防撞梁的吸能效果比管狀防撞梁好；另外，雙帽形結(jié)構(gòu)一般比單帽結(jié)構(gòu)要好；當(dāng)然，還有帽形結(jié)構(gòu)的高度，與A/B/C 柱、車(chē)門(mén)檻等的匹配等都至關(guān)重要；b)材料的強(qiáng)度——人們通常以為里面的管子是普通水管之類(lèi)的，其實(shí)不然；一般日韓車(chē)中所用的管子抗拉強(qiáng)度高達(dá) 1400-1570MPa（目前有些國(guó)內(nèi)品牌車(chē)是用的較為普通的管子） ，是普通管子強(qiáng)度的 4 倍以上；而歐美車(chē)中常見(jiàn)的帽形防撞梁的抗拉強(qiáng)度一般為 1000-1600MPa；c)材料的厚度——當(dāng)然是材料越厚，吸能效果越好（不考慮與 A/B/C 柱、車(chē)門(mén)檻的匹配） ，吸能效果與材料的厚度成正比。13圖 2.10 Y 型防撞梁結(jié)構(gòu)示意圖 2.10 為 Y 型側(cè)門(mén)防撞梁，采用特殊材料的鋼材，大大提高了車(chē)門(mén)的抗扭性，保證了駕乘人員的安全。4)內(nèi)外板加強(qiáng)板一般車(chē)門(mén)鈑金結(jié)構(gòu)中都有內(nèi)外板加強(qiáng)板，起到增加車(chē)門(mén)內(nèi)外板在窗框處的剛性的作用，同時(shí)也可以作為正面碰撞時(shí)的力的傳遞途徑之一，將作用在門(mén)框上的力合理地向后傳遞。當(dāng)然也有的車(chē)中取消了該加強(qiáng)板，如圖 2.11、圖 2.12 所示。圖 2.11 車(chē)門(mén)外板加強(qiáng)板圖 2.12 車(chē)門(mén)內(nèi)板加強(qiáng)板5)鉸鏈支座車(chē)門(mén)鉸鏈支座是安裝在車(chē)門(mén)內(nèi)板上的鉸鏈座凸焊螺母的安裝載體，通常形狀簡(jiǎn)單，板材比較厚，如圖 2.13 所示。14圖 2.13 鉸鏈支座6)車(chē)門(mén)窗框單獨(dú)對(duì)于窗框而言，我們可以簡(jiǎn)單分為幾大類(lèi)：與內(nèi)外板同體式窗框、一體閉合式窗框、多體式窗框、滾壓窗框，如圖 2.14 所示。圖 2.14 窗框結(jié)構(gòu)型式與內(nèi)外板同體式窗框在很多的小型車(chē)中有比較普遍的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，窗框由于與車(chē)門(mén)內(nèi)外板一體，所以剛性較好，工藝性也比較容易控制，缺點(diǎn)是材料利用率低；一體閉合式窗框由于窗框結(jié)構(gòu)閉合式，所以結(jié)構(gòu)剛性好；多體式窗框在一些較早的車(chē)型上出現(xiàn)，成型工藝簡(jiǎn)單，但是裝配誤差不容易控制。滾壓窗框（如圖 2.15 所示）的滾壓截面較為復(fù)雜，而且歐美日德的結(jié)構(gòu)各不相同，如很多日系車(chē)沒(méi)有 belt pnl，即窗框加強(qiáng)板，前后兩個(gè)腳沒(méi)有加強(qiáng)板連接，剛度和安全性都不太好；歐美系車(chē)大多數(shù)車(chē)窗框都帶有加強(qiáng)板窗框。滾壓窗框一般要經(jīng)過(guò)滾壓、拉彎或扭彎、沖切、點(diǎn)焊或氬弧焊（焊接總成） 。一般后門(mén)獨(dú)立窗框的滾壓件較難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)車(chē)型在 C 柱有很大的彎曲弧度，超過(guò) 90度，有的是分成兩件滾彎，再焊接，容易造成焊接面的面差，批量生產(chǎn)難以滿足；有的是一道彎曲，但是受材料流動(dòng)和成型工藝控制影響，會(huì)有縮頸或擴(kuò)口，修整調(diào)整模具也很難解決問(wèn)題，除非更改造型或更換材料。15(a) 窗框（滾壓）(b) 窗框安裝支架 1(c) 窗框安裝支架 216(d) 玻璃導(dǎo)槽圖 2.15 滾壓窗框2.3.2 車(chē)門(mén)機(jī)能件車(chē)門(mén)機(jī)能件包括車(chē)門(mén)鎖、車(chē)門(mén)外手柄、車(chē)門(mén)內(nèi)手柄、車(chē)門(mén)玻璃、玻璃升降器、車(chē)門(mén)限位器、車(chē)門(mén)鉸鏈等。1)車(chē)門(mén)鎖一個(gè)完整的汽車(chē)門(mén)鎖系統(tǒng)必須能實(shí)現(xiàn)內(nèi)開(kāi)啟、外開(kāi)啟、內(nèi)鎖止保險(xiǎn)、外鎖止保險(xiǎn)及鎖緊車(chē)門(mén)的功能，因此汽車(chē)門(mén)鎖是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能要求多的組合系統(tǒng)。門(mén)鎖看成是由多個(gè)構(gòu)件組成的運(yùn)動(dòng)鏈系統(tǒng)，應(yīng)用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪法畫(huà)出在鎖緊狀態(tài)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖所示，從而為機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析及力分析提供依據(jù)。從圖2.16中可以清楚地看出整個(gè)車(chē)門(mén)鎖有如下幾部分機(jī)構(gòu)組成：(1) 鎖緊機(jī)構(gòu)部圖 2.16 鉤簧鎖結(jié)構(gòu)圖17分，即圖中鎖鉤20、擋塊兒組成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)關(guān)閉車(chē)門(mén)時(shí)，鎖鉤從擋塊兒的開(kāi)口方向進(jìn)入帶動(dòng)鎖鉤擺動(dòng)至圖示的嚙合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鎖緊動(dòng)作；(2) 外開(kāi)啟機(jī)構(gòu)部分為外拉式手柄，是一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件是外開(kāi)啟手柄；(3) 內(nèi)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)部分，由構(gòu)件11等機(jī)架組成，為一空間四桿機(jī)構(gòu)，內(nèi)開(kāi)啟手柄與擺桿的運(yùn)動(dòng)處在兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)，原動(dòng)件是內(nèi)開(kāi)啟手柄。 門(mén)鎖是重要的安全件。由兩個(gè)零件構(gòu)成，一個(gè)零件固定在車(chē)門(mén)上，另一個(gè)零件固定在車(chē)身上，通過(guò)門(mén)閂阻止車(chē)門(mén)向外打開(kāi)，通過(guò)簡(jiǎn)單的杠桿運(yùn)動(dòng)或壓撳按鈕的動(dòng)作將它們脫開(kāi)。門(mén)鎖作為汽車(chē)車(chē)身上使用最頻繁的部件之一，具有功能性和裝飾性的雙重作用。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)門(mén)鎖的安全性、輕便性、車(chē)門(mén)關(guān)閉和開(kāi)啟無(wú)聲、美觀等方面不斷提出新的更高的要求，促使大量新型門(mén)鎖產(chǎn)生，如圖 2.17所示。車(chē)門(mén)鎖的基本作用有兩點(diǎn)：其一是栓緊作用。門(mén)鎖必須工作可靠，在正常關(guān)閉車(chē)門(mén)后，除非轉(zhuǎn)動(dòng)或拉車(chē)門(mén)手柄，以及按鈕等正常操作，否則用其它外力不能打開(kāi)車(chē)門(mén)，因而在汽車(chē)行駛時(shí)不會(huì)因振動(dòng)和沖擊使車(chē)門(mén)打開(kāi)。其二是防止外人侵入的鎖緊作用。車(chē)門(mén)鎖的性能要求：1)易于制造，成本低；2)車(chē)門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉應(yīng)輕便、靈活；3)磨損小，以保證足夠的使用壽命；4)工作可靠，門(mén)鎖必須可靠地將車(chē)門(mén)鎖緊，在汽車(chē)行駛時(shí)車(chē)門(mén)不允許自動(dòng)打開(kāi)；5)操縱內(nèi)、外手柄時(shí)車(chē)門(mén)能輕便地打開(kāi)；6)設(shè)有鎖止機(jī)構(gòu)。當(dāng)鎖止時(shí)，如按下鎖鈕或外手柄處于鎖止?fàn)顟B(tài)時(shí)，搬動(dòng)車(chē)門(mén)內(nèi)、外手柄，不能打開(kāi)車(chē)門(mén)。在車(chē)外只有使用鑰匙才能打開(kāi)車(chē)門(mén)，在車(chē)內(nèi)只有先拉起鎖止按鈕才能打開(kāi)車(chē)門(mén)；7)當(dāng)車(chē)門(mén)開(kāi)著，鎖止按鈕按下時(shí)，此時(shí)關(guān)閉車(chē)門(mén)撞動(dòng)鎖爪，即可通過(guò)聯(lián)動(dòng)桿來(lái)解除鎖止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)可以防止由于鑰匙遺忘在車(chē)內(nèi)而打不開(kāi)車(chē)門(mén)；8)當(dāng)車(chē)門(mén)處于全鎖緊狀態(tài)時(shí)，車(chē)門(mén)鎖能經(jīng)受一定的縱向載荷、橫向載荷和沖擊慣性力的作用，從而不因汽車(chē)碰撞、翻車(chē)、顛簸而使門(mén)鎖失靈。根據(jù)車(chē)門(mén)鎖的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，門(mén)鎖按其結(jié)構(gòu)大致可分為舌式、棘輪式和凸輪式。舌式鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，易于制造，對(duì)車(chē)門(mén)的安裝精度要求低，常見(jiàn)于載荷汽車(chē)和大客車(chē)，如 CA15、EQ140、NJ130 等。但由于彈簧力大，操縱笨重，不能承受縱向載荷，僅能承受開(kāi)門(mén)方向的載荷，故現(xiàn)已在汽車(chē)上淘汰。18棘輪式門(mén)鎖的特點(diǎn)是鎖內(nèi)有一套制楔機(jī)構(gòu)，它由鎖鉤(棘爪)、棘輪組成。按門(mén)腔外部的鎖拴與門(mén)柱上的擋塊形式不同，又可分為轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。在選擇門(mén)鎖時(shí)，應(yīng)考慮新車(chē)型及使用條件，對(duì)于輕型客車(chē)，一般在較好的路面上行駛，并且制造條件也較好，故可選用操縱輕便的轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。對(duì)于越野車(chē)，主要是在不平路面上行駛，道路條件不好，主要考慮可靠性，可選卡板鎖。對(duì)于載貨車(chē)，除了滿足門(mén)鎖的一般要求外，應(yīng)選用工藝簡(jiǎn)單，成本低的結(jié)構(gòu)。圖 2.17 車(chē)門(mén)鎖系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的車(chē)門(mén)鎖機(jī)構(gòu)如圖 2.18 所示。圖 2.18 車(chē)門(mén)鎖機(jī)構(gòu)2)車(chē)門(mén)內(nèi)外手柄外手柄有旋轉(zhuǎn)式、掀拉式、按鈕式、手摳式等。旋轉(zhuǎn)式外手柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少，但手柄易歪斜，脫落，影響汽車(chē)外形美觀。按鈕式外手柄結(jié)構(gòu)可靠，零件數(shù)稍多，同時(shí)當(dāng)車(chē)門(mén)鎖開(kāi)啟力大時(shí)，手指明顯有開(kāi)啟沉重感。掀拉式外手柄平時(shí)隱藏在車(chē)門(mén)外板內(nèi)，不易被碰壞，但轉(zhuǎn)軸易壞。手摳式外手柄是近年來(lái)出現(xiàn)的新款式，可以安裝的與外板齊平，使其不產(chǎn)生危險(xiǎn)性，也有利于減小空氣阻力。門(mén)鎖的內(nèi)手柄有旋轉(zhuǎn)式、掀拉式、按鈕式和手摳式。從安全考慮，最好內(nèi)手柄布置在車(chē)門(mén)內(nèi)飾里或扶手下面不易碰到的位置。手摳式內(nèi)手柄就是凹進(jìn)車(chē)門(mén)內(nèi)板之內(nèi)而與內(nèi)飾板平齊，外觀漂亮，19不會(huì)碰開(kāi)車(chē)門(mén)，安全可靠。所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)外手柄如圖 2.19 所示。圖 2.19 車(chē)門(mén)外手柄所設(shè)計(jì)車(chē)門(mén)內(nèi)手柄如右圖 2.20 所示。圖 2.20 車(chē)門(mén)內(nèi)手柄3)車(chē)門(mén)玻璃目前幾乎所有車(chē)門(mén)玻璃都采用鋼化曲面玻璃。曲面玻璃在轎車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用，曲面玻璃可以有效的利用車(chē)內(nèi)空間，減少車(chē)門(mén)厚度，并且外形美觀，使車(chē)身更趨于流線型，車(chē)室內(nèi)的寬度也有所增大。但曲面玻璃在制造上有一定的難度，并且在升過(guò)程中容易發(fā)生卡滯，一般將曲面玻璃的球面弦高控制在 4mm 以下。轎車(chē)車(chē)門(mén)玻璃面主要分為五種類(lèi)型：a)圓柱面玻璃——這種玻璃生產(chǎn)的工藝比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)整車(chē)的造型美觀方面影響；20b)斜圓柱玻璃——在布置玻璃圓斷面方向時(shí)盡可能與玻璃導(dǎo)槽的方向一致，這導(dǎo)槽的模擬就是一個(gè)圓，玻璃的升降布置比較順暢；c)圓環(huán)面玻璃——這種玻璃的滑槽的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單一些，因?yàn)榍谐鰜?lái)的曲的曲率變化相對(duì)較小；