汽車行李箱蓋鉸鏈機構的分析及優(yōu)化

梁建釗

[摘 ?要]對汽車存放物品的箱蓋電動化進行研究，通過研究分析，對其進一步開發(fā)，在開發(fā)階段，由于轉變了開啟的方式，驅動點與原來的不一致，這樣就出現(xiàn)了超過常規(guī)的電動開啟力，這就需要調整原來的四桿鉸鏈，使得開啟力回歸到正常水平。四桿鉸鏈行李箱系統(tǒng)在投入使用之前，需要對其進行仿真分析，這樣是為了更好的對行李箱蓋的電動化提供合理的依據，通過仿真分析，能夠將最小的開啟力進行確定，而且通過實驗的方式進行比較，進一步確定了仿真這種方式的可行性。然后優(yōu)化四桿鉸鏈機構，將電動行李箱蓋的開啟力降到最低，滿足電動行李箱的各種設計指標。

[關鍵詞]行李箱蓋; 四桿鉸鏈; 仿真分析; 可行性; 優(yōu)化設計

中圖分類號：U463.83 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0084-02

引言

當前階段，汽車行李箱的設計存在下面的特征，首先其主要的機構是鉸鏈傳動機構，在對后備箱開關的過程中，采用的方式為純手動方式，將行李箱的手動開啟處的開啟力降到最低是此次設計的主要目標，在打開和關閉后備箱的過程中，其力的來源為行李箱鉸鏈的支撐端，在打開關閉行李箱的過程中，通過這樣的方式是十分浪費動力的。在此次優(yōu)化行李箱的四桿鉸鏈系統(tǒng)中，主要的目標是對電驅動端力臂的長度進行增加，這樣電驅動就降低了對扭矩的需要，但在這個優(yōu)化的過程中，需要保持原來行李箱的運動軌跡關系。但是對于此次系統(tǒng)的優(yōu)化設計，通過過去的設計計算是無法滿足要求的，這是由于汽車行李箱系統(tǒng)是一個復雜的機構系統(tǒng)。為了更好的觀察機構的運動狀態(tài)，以及對機構的受力情況進行分析，需要借助動力學仿真來對機構進行研究。本文在進行動力學仿真的過程中借助的軟件Adams ，在確定仿真是不是正確方面主要通過實驗的方式，優(yōu)化行李箱的鉸鏈機構設計主要以動力學系統(tǒng)模型為依托，使得行李箱電動化能夠得以實施。

一、構建Adams 仿真的模型

1. Adams 模型

首先將計算機的設計軟件打開，我們使用的是 CATIA，然后建立裝配體模型，如圖1 所示，其中，手動開啟的施加動力的點在A 處，電動開啟的施加力的點在B 。為了更好的還原鉸鏈的受力情況，在進行模型的建立時需要對鉸鏈的負載以及在驅動端的物體進行分析，這個裝配體主要含有十三個構件，分別是行李箱蓋，另外還有左鉸鏈底座，左鉸鏈拉桿1也是其中的一部分，還包含左鉸鏈撐桿，另外還有左鉸鏈連桿，下面也是比較重要的部分右鉸鏈底座，右鉸鏈拉桿1，右鉸鏈撐桿，右鉸鏈連桿，拉桿2、曲柄，減速器輸出軸以及減速器殼體，從圖2里面可以看到。車身，底座，以及減速器這些是固定在一塊的，連桿和行李箱組合在一塊，左鉸鏈和減速器的輸出軸相連接，連桿是和行李箱固定的，相連的地方還有左鉸鏈本體減速器輸出軸，這些都是通過拉桿2進行連接。將原始鉸鏈總成（ 全關狀態(tài)） 數(shù)據導入到裝配環(huán)境下，將兩個鉸鏈的坐標位置進行固定，將它們的位置作為依據，將其他的零件進行制約，則裝配好的模型就是整車坐標下行李箱系統(tǒng)全關狀態(tài)下的幾何模型。在力學分析軟件中對模型進行導入和分析。

2.邊界的條件

對固定件和運動件進行確定，經過分析固定件是底座以及減速器的外殼，剩余的部件為運動件。固聯(lián)副主要運用在下面的部件上，其為左右鉸鏈底座之間，另外還有輸出軸與曲柄，另外固聯(lián)副還采用在左右鉸鏈推桿與箱蓋之間，對自由度進行全部的約束。另外的機構采用的是旋轉副作為運動副，有五個方向的自由度是被控制的，只能做旋轉運動。十一個旋轉副被運用在這個模型上，如果運動的軌跡是一樣的，那么就采用固聯(lián)副進行連接，我們對整體系統(tǒng)的自由度進行計算得出11 × 6 - 11 × 5 - 4 × 6 = - 13。此時計算出來的值是負的，這就表明約束狀態(tài)是過約束，如果要想系統(tǒng)能夠正常運轉，必須將過多的約束進行解除。為了能夠將重復的約束進行解除，需要對旋轉副進行取代，運用點-線副的方式進行取代。

3.模型的屬性

對運動副的摩擦系數(shù)進行定義，動摩擦系數(shù)是0.1，動摩擦因數(shù)定為0.3。為了將圍繞三個坐標軸的主動慣量進行提取，對質心點的坐標進行提取，需要借助軟件的測量功能，如表1 所示。按提取的值，在ADAMS 中對部件的質量屬性進行修改。

4.氣彈簧力的施加

在建立彈簧作用力和長度變化的Spline 曲線過程中，主要借助的是氣彈簧的實驗剛度參數(shù)，單分量的力載荷需要建立在在氣彈簧兩端的作用點之間，該力的驅動參數(shù)是通過Spline 曲線來進行確立的，使SFORCE 力按照表2 的數(shù)據變化，對氣彈簧的作用變化進行真實的仿真。

二、仿真與驗證

依照人工啟動及電動啟動這兩類方式，分別加以仿真探究。研究模型里面A 處（具體見圖1） 的實際施加力，對人工開啟行李箱蓋的現(xiàn)狀加以模擬;在模型里面的B 處（具體見圖1） 的實際施加力，對電動啟動行李箱蓋的現(xiàn)狀加以模擬。

在此兩個研究里面，分別把A及B處（具體見圖1） 的實際力值當做構設變量，讓它自某一相當小的初始值，按照1 N的現(xiàn)實增量漸趨增大，對每一次研究所獲的行李箱蓋啟動視角加以提取，當啟動視角等于、大于100°的時候，覺得行李箱蓋屬于被全部開啟的，合乎構設需要。歷經研究所獲的行李箱全部啟動時的狀況具體見圖3顯示的。

當A處運用的力跟72 N相等的時候，行李箱蓋啟動視角-時間曲線具體見圖4顯示的。自圖4里面能夠知道： 如果力矩比72 N要大，行李箱蓋可以全部啟動;如果力矩比這一值要小，行李箱蓋僅僅可以打開一部分。所以，手動端啟動（ A處） 施加的力不可以比72 N要小。跟這一樣，研究運算獲得電動端啟動（ B處） 施加的力不可以比630 N要小。

為對研究情況加以檢驗，分別于A及B處運用推拉力計，對行李箱蓋啟動力加以測量。實際測量了A處啟動大致需要68 N的力，B處啟動大致需要609 N的力，實測值跟仿真情況大致吻合。

三、機構的優(yōu)化

為逐步研究檢驗行李箱電動啟動的實際扭矩情況，搞清鉸鏈構造優(yōu)化構設標準，借助扭力扳手分別對減速器輸出軸處、拉桿1及底座連接處（ 圖5里面的O3軸） 啟動后備箱需要的力矩加以實際測量，測量具體情況是： 在減速器的輸出軸處，啟動扭矩最起碼要求59 N·m;在O3軸處，啟動扭矩最起碼要求75 N·m，具體見表3顯示的。

依照實測情況，在減速器輸出軸處、拉桿1及底座連接處啟動行李箱蓋需要的力矩均超出構設需要（對于減速器來說，最大的輸出扭矩是56 N·m） ，所以，必須在研究的前提下對鉸鏈體系加以較優(yōu)構設，從而下降這兩個地方的啟動力矩。意識到裝配空間及構造安排的局限，在優(yōu)化的前前后后，行李箱閉合現(xiàn)狀下鉸鏈構造具有的實際空間難以加大;為不給行李箱啟動閉合狀況帶來影響，在進行優(yōu)化的前前后后，連桿啟動閉合方位很難變化;依照仿真對這一構造加以初次力學研究，借助加大拉桿1的實際長度，縮減撐桿實際長度抑或變化支撐點的方位會下降啟動力矩。

依照前面根本需要，按照1 mm 移動量當做具體步長，對O1方位加以移動，從而縮減撐桿實際長度，另外對O3、O4加以移動，變化支撐點方位，保障新四連桿構造運動關聯(lián)跟諸桿件長度合乎需要。歷經多次移動研究比對，把O1、O3、O4方位轉移至具體見圖5顯示的虛線方位，驅動力會實現(xiàn)最小值。新方位值變化參數(shù)具體見下面：

（1） O1： 對于原O1孔來說，沿著x軸的負向移動15 mm，再沿著y軸的正向移動7 mm。

（2）O3： 對于原O3孔來說，沿著x軸的負向移動6 mm，再沿著y軸的正向移動7 mm。

（ 3） O4： 對于原O4孔（黑色）來說，沿著y 軸的負向移動11 mm。

依照優(yōu)化之后O1、O3、O4方位變化鉸鏈體系，之后再次加以研究，自仿真研究情況能夠發(fā)現(xiàn)： 在優(yōu)化之后，在減速器輸出軸位置，啟動扭矩最起碼需要28 N·m，在O3軸處，啟動扭矩最起碼要求51 N·m。歷經變化之后，啟動力矩早已可以合乎構設需要，在優(yōu)化的前前后后，啟動力矩衡量具體見表3顯示的。

四、結束語

運用動力學對手動和電動開啟方式進行分析，分析運用的軟件是Adams 軟件，采用的開啟方式不同，其開啟力也是不一樣的，經過測量發(fā)現(xiàn)，對實際的數(shù)據和分析的結果進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者是相近的，因此可以說分析是可靠的。在優(yōu)化鉸鏈機構的過程中，動力學系統(tǒng)模型是主要的依據，將電動開啟力降低，進而滿足設計的需求。

參考文獻

[1] 萬寧.無接觸式后行李箱蓋打開裝置[J].汽車維護與修理.2012（12）.

[2] 馬知才，何興華.一種經典的周轉箱蓋啟閉機構[J].專用汽車.2013（02）.