一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轿车车窗密封系统数字化设计与制造技术领域，尤其是涉及一种车窗 密封系统的等效建模及快速评价方法。
【背景技术】
[0002] 车窗密封系统包含金属类的升降机构和车窗钣金，以及非金属类的车窗玻璃和密 封胶条。它通过车窗频繁升降以实现视野调节和通风换热，是重要的动态密封系统。车速 的快速提高以及车型升级对车窗升降顺畅平稳性及高速静音性等汽车品质的直观感知有 更高设计要求，对于车窗密封系统的设计也提出了更高的要求。
[0003] 车窗密封条对于车窗玻璃的支撑力，是密封条设计的重要指标之一。如果压缩负 荷过小，则密封条不能起到很好的密封作用，致使灰尘、车外噪声进入车内，影响汽车乘坐 舒适性；如果压缩负荷过大，则会引起车窗玻璃升降的阻滞，同时加剧密封条的磨损，降低 密封条寿命。因此，如何获取升降过程中车窗密封条对车窗玻璃的支撑力，是实现车窗密封 条设计快速评估的重要因素。
[0004] 由于车窗密封条的非规则几何特征及其非线性的粘弹性材料特征，目前在密 封条设计前期，仅仅对密封条二维截面进行有限元分析获取唇边的压缩负荷变形（CLD， CompressionLoadDeflection)曲线，并以此作为密封条设计评估指标，进而生产出密封 条样品进行装车试验，最终确定密封条截面设计。该传统方法由于只对二维截面进行了设 计验证，往往需要经过多次截面分析一装车试验的循环才能最终确定密封条设计，存在周 期过长，成本高等不足。
【发明内容】
[0005] 本发明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车窗密封系统 的等效建模及快速评价方法，具有快速全面评估、简单有效、降低成本等优点。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法包括以下步骤：
[0008] 1)根据初步设计的密封条二维截面进行压缩负荷的有限元分析，根据有线元分析 的仿真结果进行数据拟合，获取密封条内外唇边的CLD曲线；
[0009] 2)基于功能等效原理和密封条内外唇边的CLD曲线，将车窗密封系统等效为离散 的非线性刚度弹簧单元，建立密封条等效动力学模型；
[0010] 3)建立车窗钣金以及车窗升降器的三维模型，并结合密封条等效动力学模型，建 立包含车窗密封系统的完整车窗升降动力学模型；
[0011] 4)通过对完整车窗升降动力学模型的动力学分析，获取车窗升降过程密封条对于 车窗玻璃的支撑力变化曲线，以及车窗玻璃在密封条约束下的平衡系数，最终结合密封条 内外唇边的CLD曲线输出密封条设计的快速评估结果。
[0012] 所述有限元分析采用Marc有限元分析方法，具体包括：模拟真实情况下玻璃与密 封条的装配过程，车窗玻璃在-γ方向插入密封条中至装配深度，分别向+X方向和-x方向 平移，从密封条外唇边和内唇边的未压状态至压死状态，提取车窗玻璃在X方向上每一分 析步的位移X以及两侧唇边压缩负荷Fi数据，采用多项式函数拟合离散的CLD仿真数据， 获取密封条内外唇边的非线性拟合曲线，即CLD曲线F1=f(X)。
[0013] 所述步骤2)具体为：
[0014] 密封条内外唇边的CLD曲线与单自由度弹簧质量模型对比，将密封条唇边对玻璃 的夹持约束作用等效为具有非线性刚度系数的有限弹簧对，建立设定曲率的半圆简化等效 的实体模型，模拟密封条唇边与车窗玻璃的接触作用，将实体模型与若干有限弹簧对构成 密封条等效动力学模型。
[0015] 所述车窗玻璃在密封条约束下的平衡系数C满足以下公式：
[0017] 式中，Q、C2分别为支撑力变化曲线中密封条内外唇边的压缩负荷。
[0018]当快速评估结果为合格时，车窗玻璃在密封条约束下的平衡系数小于等于设定百 分比。
[0019] 所述设定百分比为10%。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0021] 1)基于功能等效原理，将车窗密封系统等效为离散的非线性刚度弹簧单元，建立 导槽密封条等效动力学模型元，解决了密封条非规则几何特征带来的建模困难。
[0022] 2)建立车窗钣金、车窗玻璃以及车窗升降器的三维模型，通过模型装配和动力学 设置，建立包含密封系统的完整车窗升降动力学模型，再通过动力学分析，获取车窗玻璃升 降过程导槽密封条对于车窗玻璃的支撑力和摩擦力，并计算出车窗玻璃在密封条约束下的 平衡系数，将平衡系数作为密封条设计的快速评估依据，简单有效。
[0023] 3)本发明方法在传统二维截面的有限元分析基础上，结合有限元分析和动力学分 析技术，形成了车窗密封设计快速评估新方法，实现在密封条设计前期对密封条设计快速 而全面的评估，进而为有针对性的进行截面优化设计提供可行性的建议，克服传统密封条 设计方法存在的周期过长、成本高等不足。
【附图说明】
[0024]图1为本发明等效建模及快速评价方法流程图；
[0025] 图2为密封条唇边压缩仿真示意图；
[0026] 其中，（2a)为初始位置时密封条唇边压缩仿真示意图，（2b)为向-X方向平移时密 封条唇边压缩仿真示意图，（2c)为向+X方向平移时密封条唇边压缩仿真示意图；
[0027] 图3为密封条唇边压缩负荷变形曲线；
[0028] 图4为密封条约束作用示意图；
[0029] 图5为密封条唇边等效约束模型示意图；
[0030] 图6为完整车窗升降动力学模型示意图；
[0031]图7为密封条一车窗玻璃摩擦力变化曲线；
[0032]图8为车窗玻璃在密封条约束下的平衡系数变化曲线。
[0033] 图中，1、密封条，2、车窗玻璃，3、车窗钣金，4、导轨，5、滑块。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0035] 如图1所示，一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法可分为两个阶段，车 窗非线性约束等效建模阶段和建立车窗密封动力学整体模型阶段。
[0036] 车窗受周边密封胶条约束形成动密封系统。由于采用超弹性橡胶材料，而且具有 非规则几何截面，密封系统与车窗存在复杂的非线性约束接触作用。为实现密封条的等效 建模，首先需获取密封条唇边的CLD曲线，其次建立等效非线性刚度弹簧单元模型。车窗非 线性约束等效建模阶段包括以下步骤：
[0037] 1)导槽密封条唇边CLD特性的非线性拟合：根据初步设计的密封条二维截面进行 压缩负荷的有限元分析，根据有线元分析的仿真结果进行数据拟合，获取密封条内外唇边 的CLD曲线。具体为：
[0038] 由于密封条的非线性特征，在密封条设计前期，多借助Marc有限元分析方法进行 密封条唇边的压缩仿真分析。同时，本方法中的仿真过程要求模拟真实情况下玻璃与密封 条的装配过程，如图2所示，XY为直角坐标系，车窗玻璃在-Y方向插入密封条中至装配深 度，分别向+X方向和-X方向平移，从密封条外唇边和内唇边的未压状态至压死状态，提取 车窗玻璃在X方向上每一分析步的位移X以及两侧唇边压缩负荷h数据，采用多项式函数 拟合离散的CL