CN108763613B - 汽车行李箱盖开启关闭力分析方法与系统 - Google Patents

汽车行李箱盖开启关闭力分析方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，包括：框架程序、执行代码；所述框架程序用于实现导入、设置、运行、编辑和导出功能，根据接收到的基本参数和模式选择运行相关程序；执行代码用于提取导入框架程序中的参数信息并计算行李箱盖开启角度下的外载荷即行李箱盖的开启力或关闭力，将计算结果生成供框架程序读取的数据文件；所述框架程序包括开启、关闭两种模式的选择，通过选择不同的模式，调用相应的执行代码；通过执行代码中的相关函数，调用参数信息，计算参数当量关系，分别计算出开启力、关闭力，并相应绘制外载荷曲线。本发明在确保高精度分析结果的同时提升了工作效率。

Description

汽车行李箱盖开启关闭力分析方法与系统
技术领域
本发明涉及汽车产品设计与CAE技术领域，具体指汽车行李箱盖开启关闭力的计算方法及外载荷曲线自动生成的软件系统。
背景技术
汽车产品设计指通过绘制产品方案工程图和计算分析，以此满足性能设计要求，开发出符合用户需求的产品。
CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)指基于理论解析解的计算机仿真模拟。
汽车行李箱盖开启关闭力对用户在使用行李箱盖时的感知有着重要影响，在车型开发过程中，对汽车进行行李箱盖开启关闭力进行分析及优化，可以有效预测和改进实车的空气弹簧、铰链等部件匹配的设计风险，提升产品品质。
在汽车产品设计过程中针对行李箱盖的开启关闭性能，要对不同温度不同载荷的空气弹簧进行多个工况、多个考察点的分析和优化，因此有大量的数据需要处理并绘制行李箱盖开启关闭力外载荷曲线。同时整车开发周期的日益缩短也要求迅速计算求解开启关闭力并给出优化方案，以支撑车型开发。
计算汽车行李箱盖开启关闭力时，以往都是利用多体动力学软件进行间接计算，然后用EXCEL进行转换求解，后处理工作量大，且计算精度低。
在进行汽车行李箱盖开启关闭力计算过程中，其后期数据、载荷曲线等处理耗费大量的人力，而且是枯燥的重复性工作。同时还需要完成对不同方案的载荷对比，以及计算结果与目标值的对比。这些都需要大量手动操作才能完成，重复性的工作成倍的增长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，以及该系统中所采用的分析方法；能够根据输入的参数自动计算并输出行李箱盖的外载荷曲线，确保高精度分析结果的同时提升了工作效率。本发明采用的技术方案是：
施加于行李箱盖的外载荷包括开启力或关闭力；
一种汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，包括：框架程序、执行代码；
所述框架程序用于实现导入、设置、运行、编辑和导出功能，根据接收到的基本参数和模式选择运行相关程序；
执行代码用于提取导入框架程序中的参数信息并计算行李箱盖开启角度下的外载荷即行李箱盖的开启力或关闭力，将计算结果生成供框架程序读取的数据文件；
所述框架程序包括开启、关闭两种模式的选择，通过选择不同的模式，调用相应的执行代码；模式的差异性在于外载荷的正负方向；基于力与力矩平衡原理，通过执行代码中的相关函数，调用参数信息，计算参数当量关系，分别计算出开启力、关闭力，并相应绘制外载荷曲线。
进一步地，所述的汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，还包括导入导出模板；
导入导出模板包括导入模板和导出模板；基本参数通过手动输入，或者通过导入模板导入框架程序；通过框架程序打开导出模板，用于自动储存框架程序中的参数设置。
进一步地，所述的汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，还包括：曲线设置功能，用于对每条外载荷曲线进行颜色设置、个性化标注设置；以及对选中的外载荷曲线进行标注清空或颜色重置批量化处理。
进一步地，所述的汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，还包括：显示网格线功能，用于自动生成视图网格线。
进一步地，所述的汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，还包括：显示XY刻度线功能，用于查询每条外载荷曲线在曲线上一个点的行李箱盖开启角度和对应的外载荷。
进一步地，所述的汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，还包括：更新绘图功能，用于在输入的参数更改后，更新外载荷曲线绘制视图。
进一步地，所述的汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，还包括：清空绘图功能，用于消除所显示的外载荷曲线。
进一步地，所述的汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，还包括：导出数据功能，用于保存外载荷曲线的过程数据。
一种汽车行李箱盖开启关闭力分析方法，包括：
采用投影同面法作为核心算法，将行李箱盖中的关键点都投影至整车坐标系下的同一纵向平面上，以行李箱盖上四连杆铰链中固定连杆AB的一端A点作为原点；关键点包括：
外载荷施加点、重力施加点、弹簧固定点和弹簧施加点、行李箱盖的瞬心、四连杆铰链的四个连接点；
输入参数包括:
行李箱盖质量，行李箱盖开启角度，行李箱盖上四连杆铰链的各连杆长度，，各关键点位置，各载荷数据，包括：
连杆BC作用在行李箱盖上的力f1；连杆BC为四连杆铰链中与固定连杆AB另一端B点连接的活动连杆；
连杆AD作用在行李箱盖上的力f2；连杆AD为四连杆铰链中与固定连杆AB一端A点连接的活动连杆；
与行李箱盖连接的弹簧作用在行李箱盖上的力f3；
外载荷f4；外载荷为行李箱盖的开启力或关闭力；
行李箱盖重力f5；
在行李箱盖的一个开启角度下，外载荷的计算如下：
根据X向载荷为0，得出：
f1C1+f2C2+f3C3+f4C4+f5C5＝0 (1)
根据Y向载荷为0，得出：
f1S1+f2S2+f3S3+f4S4+f5S5＝0 (2)
根据Z向力矩为0，得出：
f1(C1Δy1+S1Δx1)+f2(C2Δy2+S2Δx2)+f3(C3Δy3+S3Δx3)+f4(C4Δy4+S4Δx4)+f5(C5Δy5+S5Δx5)＝0 (3)
由公式(1)、(2)、(3)得出：
f2(S1k2-k1S2)+f3(S1k3-k1S3)+f4(S1k4-k1S4)+f5(S1k5-k1S5)＝0 (4)
f2(S1C2-C1S2)+f3(S1C3-C1S3)+f4(S1C4-C1S4)+f5(S1C5-C1S5)＝0 (5)
由公式(4)、(5)得出：
f3[(S1C3-C1S3)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k3-k1S3)]+
f4[(S1C4-C1S4)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k4-k1S4)]+
f5[(S1C5-C1S5)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k5-k1S3)]＝0 (6)
因此，
Figure BDA0001616622140000031
其中，f1表示连杆BC作用在行李箱盖上的力；f2表示连杆AD作用在行李箱盖上的力；f3表示与行李箱盖连接的弹簧作用在行李箱盖上的力；f4表示外载荷即行李箱盖的开启力或关闭力；f5表示行李箱盖重力；
C1,C2,C3,C4,C5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5与固定连杆AB各自夹角的余弦；
S1,S2,S3,S4,S5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5与固定连杆AB各自夹角的正弦；
Δy1,Δy2,Δy3,Δy4,Δy5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5相对于行李箱盖瞬心的Y向距离；
Δx1,Δx2,Δx3,Δx4,Δx5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5相对于行李箱盖瞬心的X向距离；
k1＝C1Δy1+S1Δx1,k2＝C2Δy2+S2Δx2
k3＝C3Δy3+S3Δx3,k4＝C4Δy4+S4Δx4
k5＝C5Δy5+S5Δx5
M3＝(S1C3-C1S3)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k3-k1S3)
M4＝(S1C4-C1S4)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k4-k1S4)
M5＝(S1C5-C1S5)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k5-k1S5)。
本发明的优点在于：
1)计算过程实现了自动化，提高了工作效率。
2)计算更加精确。
3)多条外载荷曲线可在同一视图显示，可直观地进行比较。
附图说明
图1为本发明的分析系统示意图。
图2为本发明的投影同面法示意图。
图3为本发明的外载荷曲线绘制视图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提出一种汽车行李箱盖开启关闭力分析系统，包括框架程序、VB执行代码和导入导出模板；
本发明中的施加于行李箱盖的外载荷包括开启力或关闭力；
所述框架程序用于实现导入、设置、运行、编辑和导出功能，根据接收到的基本参数和模式选择运行相关程序；
VB执行代码用于提取导入框架程序中的参数信息并计算行李箱盖开启角度下的外载荷(即开启力或关闭力)，将计算结果生成供框架程序读取的数据文件；
所述框架程序包括开启、关闭两种模式的选择，通过选择不同的模式，调用相应的VB执行代码；模式的差异性在于外载荷的正负方向；基于力与力矩平衡原理，通过VB语言编写相关函数，调用参数信息，计算参数当量关系，分别计算出开启力、关闭力，并相应绘制外载荷曲线；
导入导出模板包括导入模板和导出模板，均采用Excel文件；基本参数可手动输入，或者通过导入模板导入框架程序，可以快速地将先前存贮在Excel文件中的参数信息调入至框架程序的执行代码；通过框架程序打开导出模板，可以自动储存框架程序中的参数设置；
本发明提出的汽车行李箱盖开启关闭力分析方法采用投影同面法作为核心算法，将行李箱盖中的关键点都投影至整车坐标系下的同一纵向平面上，以四连杆铰链中固定连杆AB的一端A点作为原点，并运用力与力矩平衡原理计算开启力或关闭力；
关键点包括：
外载荷施加点，即图2中的开启/关闭点；
重力施加点，即图2中的行李箱盖的质心；
弹簧固定点和弹簧施加点，弹簧施加点即图2中的弹簧自由点；
行李箱盖的瞬心；
四连杆铰链的四个连接点，即图2中的A点、B点、C点和D点；
因此，汽车行李箱盖开启关闭力分析系统的输入参数包括:
行李箱盖质量，行李箱盖开启角度，行李箱盖上四连杆铰链的各连杆长度，即图2中AB、BC、CD、DA的长度，各关键点位置，各载荷数据，包括：
连杆BC作用在行李箱盖上的力f1；连杆BC为四连杆铰链中与固定连杆AB另一端B点连接的活动连杆；
连杆AD作用在行李箱盖上的力f2；连杆AD为四连杆铰链中与固定连杆AB一端A点连接的活动连杆；
与行李箱盖连接的弹簧作用在行李箱盖上的力f3；其中的弹簧采用空气弹簧；弹簧的一端与车身连接，即弹簧固定点，弹簧的另一端与行李箱盖连接，即弹簧施加点；
外载荷f4；外载荷就是行李箱盖的开启力或关闭力；
行李箱盖重力f5；
在行李箱盖的一个开启角度下，外载荷(开启力或关闭力)的计算如下：
根据X向载荷为0，得出：
f1C1+f2C2+f3C3+f4C4+f5C5＝0 (1)
根据Y向载荷为0，得出：
f1S1+f2S2+f3S3+f4S4+f5S5＝0 (2)
根据Z向力矩为0，得出：
f1(C1Δy1+S1Δx1)+f2(C2Δy2+S2Δx2)+f3(C3Δy3+S3Δx3)+f4(C4Δy4+S4Δx4)+f5(C5Δy5+S5Δx5)＝0 (3)
由公式(1)、(2)、(3)得出：
f2(S1k2-k1S2)+f3(S1k3-k1S3)+f4(S1k4-k1S4)+f5(S1k5-k1S5)＝0 (4)
f2(S1C2-C1S2)+f3(S1C3-C1S3)+f4(S1C4-C1S4)+f5(S1C5-C1S5)＝0 (5)
由公式(4)、(5)得出：
f3[(S1C3-C1S3)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k3-k1S3)]+
f4[(S1C4-C1S4)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k4-k1S4)]+
f5[(S1C5-C1S5)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k5-k1S3)]＝0 (6)
因此，
Figure BDA0001616622140000051
其中，f1表示连杆BC作用在行李箱盖上的力；f2表示连杆AD作用在行李箱盖上的力；f3表示与行李箱盖连接的弹簧作用在行李箱盖上的力；f4表示外载荷即行李箱盖的开启力或关闭力；f5表示行李箱盖重力；
C1,C2,C3,C4,C5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5与固定连杆AB各自夹角的余弦；
S1,S2,S3,S4,S5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5与固定连杆AB各自夹角的正弦；
Δy1,Δy2,Δy3,Δy4,Δy5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5相对于行李箱盖瞬心的Y向距离；
Δx1,Δx2,Δx3,Δx4,Δx5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5相对于行李箱盖瞬心的X向距离；
k1＝C1Δy1+S1Δx1,k2＝C2Δy2+S2Δx2
k3＝C3Δy3+S3Δx3,k4＝C4Δy4+S4Δx4
k5＝C5Δy5+S5Δx5
M3＝(S1C3-C1S3)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k3-k1S3)
M4＝(S1C4-C1S4)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k4-k1S4)
M5＝(S1C5-C1S5)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k5-k1S5)。
根据上述方案，框架程序通过切换开启、关闭模式，调用不同的参数信息进行开启力或关闭力计算，输出外载荷曲线，同时存贮外载荷曲线，外载荷曲线可以自由设置颜色且在同一视图中显示，方便对比分析；
在本例中，分别输入了开启/关闭模式各三组基本参数，合计生成了6条曲线，如图3所示。
额外地，
通过曲线设置功能，用于对每条外载荷曲线进行颜色设置、个性化标注设置；也可以对选中的外载荷曲线进行标注清空或颜色重置批量化处理；外载荷曲线可以自由设置颜色且在同一视图中显示，方便对比分析；
通过显示网格线功能，可以自动生成视图网格线，便于查看外载荷曲线数据范围；
通过显示XY刻度线功能，可查询每条外载荷曲线在曲线上一个点的行李箱盖开启角度和对应的外载荷(开启力或关闭力)；
通过更新绘图功能，可在输入的参数更改后，更新外载荷曲线绘制视图；
通过清空绘图功能，可消除所显示的外载荷曲线；
通过导出数据功能，能够保存外载荷曲线的过程数据，在导出数据时，可以将同一视图中的多条外载荷曲线同时导出，其导出文件格式为xlsx，方便后续编辑。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种汽车行李箱盖开启关闭力分析方法，其特征在于，包括：
采用投影同面法作为核心算法，将行李箱盖中的关键点都投影至整车坐标系下的同一纵向平面上，以行李箱盖上四连杆铰链中固定连杆AB的一端A点作为原点；关键点包括：
外载荷施加点、重力施加点、弹簧固定点和弹簧施加点、行李箱盖的瞬心、四连杆铰链的四个连接点；
输入参数包括:
行李箱盖质量，行李箱盖开启角度，行李箱盖上四连杆铰链的各连杆长度，各关键点位置，各载荷数据，包括：
连杆BC作用在行李箱盖上的力f1；连杆BC为四连杆铰链中与固定连杆AB另一端B点连接的活动连杆；
连杆AD作用在行李箱盖上的力f2；连杆AD为四连杆铰链中与固定连杆AB一端A点连接的活动连杆；
与行李箱盖连接的弹簧作用在行李箱盖上的力f3；
外载荷f4；外载荷为行李箱盖的开启力或关闭力；
行李箱盖重力f5；
在行李箱盖的一个开启角度下，外载荷的计算如下：
根据X向载荷为0，得出：
f1C1+f2C2+f3C3+f4C4+f5C5＝0 (1)
根据Y向载荷为0，得出：
f1S1+f2S2+f3S3+f4S4+f5S5＝0 (2)
根据Z向力矩为0，得出：
f1(C1Δy1+S1Δx1)+f2(C2Δy2+S2Δx2)+f3(C3Δy3+S3Δx3)+f4(C4Δy4+S4Δx4)+f5(C5Δy5+S5Δx5)＝0 (3)
由公式(1)、(2)、(3)得出：
f2(S1k2-k1S2)+f3(S1k3-k1S3)+f4(S1k4-k1S4)+f5(S1k5-k1S5)＝0 (4)
f2(S1C2-C1S2)+f3(S1C3-C1S3)+f4(S1C4-C1S4)+f5(S1C5-C1S5)＝0 (5)
由公式(4)、(5)得出：
f3[(S1C3-C1S3)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k3-k1S3)]+f4[(S1C4-C1S4)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k4-k1S4)]+f5[(S1C5-C1S5)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k5-k1S3)]＝0 (6)
因此，
Figure FDA0003500274080000011
其中，f1表示连杆BC作用在行李箱盖上的力；f2表示连杆AD作用在行李箱盖上的力；f3表示与行李箱盖连接的弹簧作用在行李箱盖上的力；f4表示外载荷即行李箱盖的开启力或关闭力；f5表示行李箱盖重力；
C1,C2,C3,C4,C5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5与固定连杆AB各自夹角的余弦；
S1,S2,S3,S4,S5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5与固定连杆AB各自夹角的正弦；
Δy1,Δy2,Δy3,Δy4,Δy5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5相对于行李箱盖瞬心的Y向距离；
Δx1,Δx2,Δx3,Δx4,Δx5分别表示载荷f1,f2,f3,f4,f5相对于行李箱盖瞬心的X向距离；
k1＝C1Δy1+S1Δx1,k2＝C2Δy2+S2Δx2
k3＝C3Δy3+S3Δx3,k4＝C4Δy4+S4Δx4
k5＝C5Δy5+S5Δx5
M3＝(S1C3-C1S3)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k3-k1S3)
M4＝(S1C4-C1S4)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k4-k1S4)
M5＝(S1C5-C1S5)(S1k2-k1S2)-(S1C2-C1S2)(S1k5-k1S5)。
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