轿车侧窗鼓形面的设计方法与运动轨迹研究

During vehicle driving, the car body modeling is very important to its air dynamics performance. As an important part of the body modeling, the surface of the door glass is always the key point and difficult point in studying the design method of the body. The traditional side window of single curvature cannot meet the development requirements of modern body because the accuracy of torus is not high in the existing method and the movement is interference. A dual-curvature drum surface method is proposed to improve the fitting accuracy and reduce the glass motion deviation. Firstly, the drum surface design method is studied, especially drum axis position designing. Secondly, the fitting method of the drum surface and its motion path are analyzed. Thirdly, the mathematical methods are determined on the drum axis position and its relevant parameters. So, the drum surface is amended to meet the higher design requirements. The motion path of the door glass and the generation mechanism of control curve about glass lift arm are studied. The force and deformation of the glass seals are analyzed in the lifting movement. The compensation mechanism is researched on the glass lifter prop points and slot seals for glass lifting movement deviation. According to the principle drum line, the glass lift arm control curves are corrected. Taking into account the coordination of front and rear doors, door frames and sills tilt, as well as the location of their relationship, a high precision drum surface design method is explored to provide technical background for designers.

车辆行驶过程中，车身造型对车身空气动力性能的影响至关重要。作为车身造型的重要组成部分，车门玻璃的曲面研究一直是车身设计方法研究中的重点与难点。传统的单曲率侧窗已经满足不了现代车身的发展要求，针对现有圆环面方法精度不高，导致出现运动干涉等情况，提出一种双曲率鼓形面方法，这是提高曲面拟合精度、减小曲面运动偏差的一种有效途径。研究鼓形面的设计方法，尤其是鼓形面鼓轴位置的设计，分析鼓形面的拟合修正方法及其运动轨迹，确定鼓轴位置及相关参数的数学方法，从而对鼓形面进行修正，以满足更高的设计要求。研究玻璃升降的运动轨迹，玻璃升降器升降臂控制曲线的生成机理，分析玻璃密封条在升降运动中的受力及变形，玻璃升降器托点、窗台与导槽密封条对玻璃升降运动偏差的补偿机理。根据鼓形线原理修正玻璃升降臂控制曲线。同时考虑前后车门协调性、门窗框及窗台倾斜，以及它们之位置关系，探索一种精度高的鼓形面设计方法，为设计人员提供技术

为了满足流线型车身不断发展的需求，越来越多的轿车采用了鼓形双曲率侧窗，而鼓形双曲率侧窗也已经成为车门玻璃的主要发展方向。在传统的设计流程中，车门玻璃及其引导系统的设计是一个对工程师个人经验依赖性很强的工作，在激烈的市场竞争中已经不再适应现代化生产的节奏。而轿车侧窗鼓形面的设计已经成为车门双曲率玻璃设计中的难点。. （1）鼓形面鼓轴位置的设计方法。首先采用鼓形双曲率玻璃理论，提出两种方法建立双曲率玻璃的可优化参数化模型。分别利用鼓形线和鼓形面的设计方案，基于知识工程理论以及知识驱动的优化过程和方法，得到最优的鼓轴位置以及与车身造型A面误差最小的鼓形面。采用模拟退火法与梯度法分别优化得出最优的参数化模型和最佳的升降导轨曲线，并模拟双曲率玻璃在升降导轨中的运动。对比两种设计方法的拟合误差以及两种算法优化过后的运动误差，分析结果表明鼓形面设计方法更优且优化后的拟合误差小于0.5mm；结合算法本身特性得出模拟退火优化算法更优且运动误差小于0.4mm，不仅完全符合企业的规范要求，而且大大提高了鼓形双曲率侧窗的设计及精度要求。. （2）建立鼓形面玻璃引导系统的静力学及动力学分析模型。采用电动绳轮式玻璃升降器为研究对象。针对绳轮式玻璃升降器运动过程中滑轮断裂和导轨变形的问题，建立玻璃升降机构关键零部件滑轮、销轴和导轨的强度分析模型。针对轿车侧窗鼓形面玻璃复杂的运动规律，发现传统的二维摩擦作用建模已经不足满足玻璃升降器运动情况下的稳定性分析；于是利用非线性弹簧模拟车窗密封条的超弹性特性，根据电机物理学特性建立升降电机驱动函数，选取鼓形双曲率玻璃，最终建立起三维摩擦作用下的车窗密封系统仿真模型；在ADAMS中进行多体动力学分析，研究玻璃升降速度与升降摩擦力。. （3）配合试制试验。试验中通过扭矩传感器控制升降器电机的动力输出、输入及数据采集，并进行绳轮式玻璃升降器台架上升试验，之后提取上升摩擦力，与仿真结果相对比，验证仿真结果的正确性。

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