一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，包括：1：建立玻璃升降器动力学仿真分析模型，获取升降载荷；2：基于提取的升降载荷，计算载荷作用下的车门内板的刚度表现，获取玻璃升降器上下安装面的变形大小；3：依据所得变形结果重构升降器安装面特征，建立玻璃升降器三维柔性装配公差模型；4：定义超差率减小幅度和公差收严的比值为公差收严的收益比，作为评价指标，实现了车窗升降系统公差优化设计。本发明专利技术采用有限元与三维公差设计相结合的方法，考虑升降载荷对装配关系的影响，揭示了密封阻力、车门内板的刚度对升降器装配状态的影响，通过优化公差设计保证玻璃与密封条的装配关系提升了升降平顺性。

A tolerance prediction method for three-dimensional flexible assembly of window regulator based on finite element method

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法
本专利技术涉及汽车电动车窗的数字化设计与制造
，尤其是涉及一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法。
技术介绍
公差设计是决定产品质量的重要因素之一，传统机械产品公差建模均以刚体为前提假设。然而，汽车车身部件由薄板冲压件经过层级焊接装配而成，其板材具有较大柔性。在外部载荷作用下产生的变形将直接影响装配偏差的传递与累积，并最终影响装配精度和使用功能。电动车窗升降系统体现了车门的NVH性能，车窗玻璃的升降平顺性对整车质量评价影响重大。电动车窗升降系统的升降力矩和密封阻力复杂。同时，车窗几何曲面和车门内板刚度也直接影响着最终升降轨迹。这些因素相互耦合、共同作用，最终导致车窗出现升降不畅、卡滞、抖动以及跑偏等不平顺状态甚至升降失效。产品的设计及制造精度决定最终质量。面向该载荷工况复杂、约束条件隐蔽的车窗升降过程，为提高其升降平顺性，必须基于车门系统柔性薄板装配特点，深入剖析其升降运动学和动力学过程，确立制造、装配公差与升降质量的对应关系。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，以绳轮式单导轨电动玻璃升降器为研究对象，研究车门关键装配尺寸精度对性能的影响关系。针对车窗玻璃在升降过程中出现的抖动、卡滞以及车门内板刚度不足等不平顺问题，采用有限元与三维公差设计相结合方法，考虑升降载荷对装配关系的影响，建立包含有限元变形的三维装配公差分析模型，对其中的关键尺寸公差传递机理进行分析，明确升降动载、密封阻力特性、玻璃升降轨迹、装配公差及波动对升降品质的影响。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，该方法包括以下步骤：步骤1：基于多体动力学分析理论以及升降器工作原理，建立玻璃升降器动力学仿真分析模型，获取平稳运行的升降载荷；步骤2：基于有限元分析理论和动力学分析提取的升降载荷，检测车窗关闭过程载荷作用下的车门内板的刚度表现，获取玻璃升降器上下安装面的变形大小；步骤3：依据有限元分析所得变形结果重构升降器安装面特征，基于VisVSA建立考虑安装面变形的玻璃升降器三维柔性装配公差模型，获取玻璃与密封条的装配状态；步骤4：基于主成分分析和实验设计方法，定义超差率减小幅度和公差收严的比值为公差收严的收益比，作为评价指标，实现了考虑车门内板柔性变形的车窗升降系统公差优化设计及预测。进一步地，所述的步骤1包括以下分步骤：步骤11：建立玻璃升降器约束条件；步骤12：依据三维实物相关技术参数，获取对应的安装位置以及几何属性，基于Adams/Cable模块分别建立上下两段钢丝绳传动模型；步骤13：使用Adams/Cable模块中的绞盘Winch功能模拟绞车功能，模拟钢丝绳的收放，实现玻璃的升降运动；步骤14：建立车窗玻璃与前后导槽密封条以及内外水切的非线性阻力函数；步骤15：参考玻璃实际升程所用时间，设置相关仿真参数，运行仿真运算，获取玻璃平稳运行的升降载荷。进一步地，所述的步骤14中的非线性阻力函数，其描述公式为：式中，f3为玻璃与水切密封条摩擦阻力，h为升程，Cf为密封条的摩擦系数，C1为密封条的压缩载荷量。进一步地，所述的步骤2包括以下分步骤：步骤21：车门内板有限元分析前处理建模；步骤22：定义相应的约束与载荷；步骤23：运行仿真，基于步骤1中动力学分析提取的升降载荷，分析升降器安装面在玻璃上升过程的载荷作用下的刚度特性，获取升降器安装面的变形。进一步地，所述的步骤21包括以下分步骤：步骤211：简化特征并采用SHELL181单元模拟车门内板，网格类型以四边形单元和三角形单元相配合，并于升降器安装孔位位置处进行加密网格划分；步骤212：采用三维六面体单元对铰链结构进行网格划分。进一步地，所述的步骤22包括以下分步骤：步骤221：约束铰链安装孔多个方向自由度，释放绕Y轴方向的旋转自由度从而模拟车门与白车身的连接，铰链旋转的真实情况；步骤222：约束门锁的安装点多个平动自由度，以模拟门锁止时的状态；步骤223：分别以升降器上、下安装面为XY平面，法向为Z轴，以升降器安装孔中心为坐标原点，建立局部坐标系，在各局部坐标系XY平面施加载荷力。进一步地，所述的步骤3包括以下分步骤：步骤31：结合步骤2中的得到的有限元分析结果，提取导轨与车门内板装配的点坐标的变形，将装配特征点坐标重构；步骤32：建立各零件的基准、装配特征以及测量特征，定义相互装配关系，完成三维公差分析建模；步骤33：依据升降平顺性对玻璃与密封条的匹配状态要求，分别在玻璃前后边缘、顶端、水切处设置测点，建立测量关系；步骤34：设置蒙特卡洛仿真次数，获取各测点迭代计算结果，输出最终玻璃与密封条的装配状态的相关测量的过程报告以及影响因素报告。进一步地，所述的步骤4包括以下分步骤：步骤41：基于主成分分析思想，提取步骤3中影响因子大于10％的特征作为设计变量；步骤42：通过实验设计获取变量公差值变化对超差率的影响趋势；步骤43：定义公差收严的收益比，确定可行公差组合方案；步骤44：以步骤43所得公差组合方案，对其他测点进行预测并验证是否满足升降平顺性设计的公差要求。进一步地，所述步骤43中的收益比，其计算公式为：式中，ηi表示第i组收益比，Ti和Ti+1分别表示第i和第i+1组形位公差值，Si和Si+1分别表示第i和第i+1组超差率。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术基于玻璃升降器的运行原理以及车门与升降器的装配关系，将有限元分析理论与公差设计相结合，实现了将有限元法应用于玻璃的三维公差设计，提升了玻璃升降器的平顺性设计水平。(2)本专利技术针对车窗玻璃在升降过程中出现的抖动、卡滞以及车门内板刚度不足等不平顺问题，采用有限元与三维公差设计相结合方法，考虑升降载荷对装配关系的影响，建立包含内板变形的车窗升降三维装配公差分析模型，揭示了密封阻力、车门内板的刚度对升降器装配状态的影响，通过优化公差设计保证玻璃与密封条的装配关系提升了升降平顺性。附图说明图1为本专利技术的方法示意图；图2为本专利技术方法实施过程中玻璃上升过程受力分析图；图3为本专利技术方法实施过程中玻璃下降过程受力分析图；图4为本专利技术方法实施过程中玻璃升降器动力学分析简化模型的组件示意图；图5为本专利技术方法实施过程中玻璃升降器动力学分析简化模型的正视结构示意图；图6为本专利技术方法实施过程中玻璃升降器动力学分析简化模型的侧视结构示意图；图7为本专利技术方法实施过程中钢丝绳传动以及驱动模型示意图；图8为本专利技术方法实施过程中玻璃上升工况钢丝绳载荷曲线图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤1：基于多体动力学分析理论以及升降器工作原理，建立玻璃升降器动力学仿真分析模型，获取平稳运行的升降载荷；/n步骤2：基于有限元分析理论和动力学分析提取的升降载荷，检测车窗关闭过程载荷作用下的车门内板的刚度表现，获取玻璃升降器上下安装面的变形大小；/n步骤3：依据有限元分析所得变形结果重构升降器安装面特征，基于Vis VSA建立考虑安装面变形的玻璃升降器三维柔性装配公差模型，获取玻璃与密封条的装配状态；/n步骤4：基于主成分分析和实验设计方法，定义超差率减小幅度和公差收严的比值为公差收严的收益比，作为评价指标，实现了考虑车门内板柔性变形的车窗升降系统公差优化设计及预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：基于多体动力学分析理论以及升降器工作原理，建立玻璃升降器动力学仿真分析模型，获取平稳运行的升降载荷；
步骤2：基于有限元分析理论和动力学分析提取的升降载荷，检测车窗关闭过程载荷作用下的车门内板的刚度表现，获取玻璃升降器上下安装面的变形大小；
步骤3：依据有限元分析所得变形结果重构升降器安装面特征，基于VisVSA建立考虑安装面变形的玻璃升降器三维柔性装配公差模型，获取玻璃与密封条的装配状态；
步骤4：基于主成分分析和实验设计方法，定义超差率减小幅度和公差收严的比值为公差收严的收益比，作为评价指标，实现了考虑车门内板柔性变形的车窗升降系统公差优化设计及预测。


2.根据权利要求1所述的一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，其特征在于，所述的步骤1包括以下分步骤：
步骤11：建立玻璃升降器约束条件；
步骤12：依据三维实物相关技术参数，获取对应的安装位置以及几何属性，基于Adams/Cable模块分别建立上下两段钢丝绳传动模型；
步骤13：使用Adams/Cable模块中的绞盘Winch功能模拟绞车功能，模拟钢丝绳的收放，实现玻璃的升降运动；
步骤14：建立车窗玻璃与前后导槽密封条以及内外水切的非线性阻力函数；
步骤15：参考玻璃实际升程所用时间，设置相关仿真参数，运行仿真运算，获取玻璃平稳运行的升降载荷。


3.根据权利要求2所述的一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，其特征在于，所述的步骤14中的非线性阻力函数，其描述公式为：



式中，f3为玻璃与水切密封条摩擦阻力，h为升程，Cf为密封条的摩擦系数，C1为密封条的压缩载荷量。


4.根据权利要求1所述的一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，其特征在于，所述的步骤2包括以下分步骤：
步骤21：车门内板有限元分析前处理建模；
步骤22：定义相应的约束与载荷；
步骤23：运行仿真，基于步骤1中动力学分析提取的升降载荷，分析升降器安装面在玻璃上升过程的载荷作用下的刚度特性，获取升降器安装面的变形。


5.根据权利要求4所述的一种基于有限元的玻璃升降器三维柔性装配公差预测方法，其特征在于，所述的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文峰，钱鹏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31