PMMA塑料車窗升降運(yùn)動(dòng)偏差仿真與試驗(yàn)分析
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國(guó)內(nèi)外有很多研究人員對(duì)雙曲面玻璃及其升降導(dǎo)軌進(jìn)行了較為深入的研究， 其中包括：同濟(jì)大學(xué)的高云凱教授、同濟(jì)同捷科技股份有限公司的雷雨成教授等采用圓環(huán)面方法擬合雙曲面玻璃；并且利用UG 等軟件實(shí)現(xiàn)了圓環(huán)面玻璃的幾何設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)偏差分析。福特公司的Singh 等人借助CAE 分析方法研究了車門玻璃在升降運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的偏差以及密封條變形。但是研究人員主要在雙曲面車門玻璃升降導(dǎo)軌設(shè)計(jì)和仿真偏差方面取得一定成績(jī)，但是少有人通過(guò)試驗(yàn)方法測(cè)量玻璃升降運(yùn)動(dòng)的偏差，而試驗(yàn)驗(yàn)證始終是檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)的有效方法。試驗(yàn)不僅可以考慮車門的生產(chǎn)、制造偏差，導(dǎo)槽密封條的作用，這些是仿真中沒(méi)有考慮的，還可以檢驗(yàn)仿真中導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的有效性。
因此，本文提出了一種測(cè)量計(jì)算雙曲面玻璃運(yùn)動(dòng)偏差的試驗(yàn)方。同時(shí)還提出了一種擬合圓環(huán)面的方法，這種方法比文獻(xiàn)中的嘗試法更加精確。用仿真和試驗(yàn)的方法研究了PMMA 側(cè)窗的升降運(yùn)動(dòng)偏差性能。結(jié)果表明，PMMA 玻璃仿真與試驗(yàn)的趨勢(shì)一致，因此驗(yàn)證了仿真中導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的有效的；而PMMA 的運(yùn)動(dòng)偏差小于無(wú)機(jī)玻璃，說(shuō)明PMMA 的升降運(yùn)動(dòng)偏差性能優(yōu)于無(wú)機(jī)玻璃。
1 玻璃升降運(yùn)動(dòng)偏差仿真分析
1.1 擬合升降導(dǎo)軌
以上海某設(shè)計(jì)公司的一款A(yù) 級(jí)車左后門為研究對(duì)象， 針對(duì)其雙曲面車門玻璃的幾何模型， 采用比例函數(shù)法擬合其升降導(dǎo)軌導(dǎo)線及導(dǎo)槽導(dǎo)線。根據(jù)玻璃圓環(huán)面的運(yùn)動(dòng)理論可知：理想情況下，即玻璃曲面不存在運(yùn)動(dòng)偏差時(shí)，玻璃曲面在下降過(guò)程中，R 點(diǎn)一定經(jīng)過(guò)R’’點(diǎn)。所以， 車門玻璃下降的過(guò)程中，初始位置上的R 點(diǎn)繞軸線O1O2 旋轉(zhuǎn)到R’點(diǎn)，然后再沿軸線O1O2 方向偏移到R’’點(diǎn)，如圖1 所示。那么玻璃質(zhì)心M 點(diǎn)沿同樣的圓環(huán)面運(yùn)動(dòng)時(shí)，點(diǎn)M 的運(yùn)動(dòng)軌跡即為玻璃導(dǎo)軌的導(dǎo)線，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2 所示。
調(diào)用DMU Kinematic 模塊進(jìn)行玻璃升降運(yùn)動(dòng)仿真，分別測(cè)量玻璃在上止點(diǎn)位置、中間位置及下止點(diǎn)位置時(shí)玻璃坐標(biāo)。
1.3 圓環(huán)法擬合玻璃形面
論文在UG 中選取玻璃上的點(diǎn)，通過(guò)嘗試法擬合的圓環(huán)較為粗糙，不能精準(zhǔn)確定玻璃型面的位置，因此本文提出一種用圓環(huán)法擬合玻璃型面的方法，在matlab 軟件中，運(yùn)用坐標(biāo)變換和最小二乘的方法較為精確地?cái)M合了圓環(huán)面，根據(jù)測(cè)得的窗框上點(diǎn)的坐標(biāo)，運(yùn)用Matlab 軟件根據(jù)最小二乘法擬合圓環(huán)面， 將此圓環(huán)面作為玻璃型面，計(jì)算玻璃升降運(yùn)動(dòng)后距離圓環(huán)面的偏差作為玻璃升降運(yùn)動(dòng)偏差。
（1）選取擬合圓環(huán)初始值：
仿真時(shí)需要輸入的參數(shù)為窗框上點(diǎn)的坐標(biāo)和圓環(huán)面的初始參數(shù)。其中，圓環(huán)初始參數(shù)包括：大圓環(huán)圓心（X0，Y0， Z0），大圓環(huán)的軸線向量
，大圓環(huán)的半徑r0，小圓環(huán)的半徑s0。如圖2 所示，在Catia 中輸入窗框的坐標(biāo)，通過(guò)窗框上邊緣距離較遠(yuǎn)的三點(diǎn)確定大圓環(huán)， 量取大圓環(huán)的圓心、軸線和半徑，然后在窗框靠近B 柱的邊緣距離較遠(yuǎn)的三點(diǎn)確定小圓環(huán)，量取小圓環(huán)的半徑。 二窗框點(diǎn)的坐標(biāo)集記為X，其中i 點(diǎn)的坐標(biāo)為
。 （2）旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)
由大圓環(huán)軸線得到旋轉(zhuǎn)角θ1和θ2，sinθ1、cosθ1、sinθ2和cosθ2可表示為公式（1-4）。通過(guò)旋轉(zhuǎn)平移將窗框上的點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到以大圓環(huán)圓心為原點(diǎn)，Z 軸與圓環(huán)軸線相重合的坐標(biāo)系中。設(shè)旋轉(zhuǎn)后窗框上點(diǎn)坐標(biāo)集為X2，i 點(diǎn)的坐標(biāo)變?yōu)?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" border=0 alt=newmaker.com src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20161101/331731_1_4.jpg">，則旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)如公式（3） 所示。
根據(jù)公式（8）計(jì)算旋轉(zhuǎn)后窗框上點(diǎn)i 到圓環(huán)面的距離 ，用最小二乘法求得偏差最小條件下的圓環(huán)參數(shù)，如公式（9） 所示。
最后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)平移得到在原坐標(biāo)系下的圓環(huán)面參數(shù)：x0n=（15633，560，- 22182），an=（8359，55，5489）， rn=26395，sn=1168.2。
1.4 計(jì)算運(yùn)動(dòng)偏差
當(dāng)玻璃運(yùn)動(dòng)到不同位置時(shí)， 計(jì)算玻璃上樣本點(diǎn)距離圓環(huán)面的距離， 得到玻璃的升降運(yùn)動(dòng)偏差， 其分析結(jié)果如圖3 所示。
2.1 試驗(yàn)環(huán)境與設(shè)備
試驗(yàn)主要采用HXY 系列單臂三維測(cè)量劃線儀，也就是三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。試驗(yàn)環(huán)境溫度： 30℃ -32℃。玻璃運(yùn)動(dòng)偏差試驗(yàn)驗(yàn)證裝置如圖6 所示。
評(píng)論