D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)， 如图3所示。
[0039] 2)基于非线性弹簧的等效约束建模：车窗升降时，受机构推动，玻璃插入密封胶 条的内外唇边中而受到夹持约束。内外唇边对玻璃接触面形成法向压缩载荷，在运行中产 生切向滑动摩擦力。法向压缩载荷影响车窗升降平稳性，切向滑动摩擦力决定车窗升降顺 畅性。因此，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。具体为：
[0040] 如图4、图5所示，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。
[0041] 其中，定刚度弹簧的力一位移关系为：F=kx;密封条CLD曲线的意义是密封条位 移与作用力的关系曲线，在Adams软件中只需要输入拟合出的CLD曲线数据，然后软件会利 用插值计算法，计算出相应位移对于的作用力。CLD曲线的作用是定义弹簧的刚度，图4中 密封条受力的距离D1、D2等效到图5中有限弹簧对的距离D1、D2,ki、k2为有限弹簧对的弹 黄系数。
[0042] 如图6所示，车窗升降动力学的整体模型主要由车门钣金、车窗玻璃、导轨、滑块、 密封系统等效模型以及电机驱动函数组成。建立车窗密封动力学整体模型阶段需要基于功 能等效的驱动电机建模和进行导槽密封条唇边支撑力及玻璃平衡系数分析，具体为：
[0043] 3)建立车窗钣金、车窗玻璃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，并在动力学分析软件Adams 中进行动力学分析设置，三维建模是在CAD软件CATIA中进行。
[0044] 基于功能等效的驱动电机建模是指：目前车窗玻璃升降器大多采用电机驱动，本 方法为实现车窗玻璃升降的动力学分析，构建了基于电机的固有机械特性以及绳轮系统力 的传递关系，推导出驱动力匕和玻璃运动速度V的函数关系如下式：
[0049] 上述公式为后续的动力学仿真提供驱动力定义，式中所示的参数含义如表1所 示：
[0050] 表1驱动力方程参数
[0053] 4)通过对完整车窗升降动力学模型的动力学分析，即在动力学分析软件Adams的 后处理中获取车窗玻璃在三维约束条件下的升降速度、车窗升降过程密封条内外唇边对于 车窗玻璃的支撑力动态变化曲线、摩擦力动态变化曲线，以及车窗玻璃在密封条约束下的 平衡系数，如图8所示，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，即升降速度、支撑力、摩擦力以及平衡系数等作为密封条设计是否合格的评价指标。上 述模型都是利用软件建立的模型，图7为前端导槽摩擦力动态变化曲线。
[0054] 由所获得的支撑力，根据下式可以计算得出升降过程中车窗玻璃平衡系数的变 化：
[0056] 式中，C为平衡系数，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。 该快速评估结果为合格时，导槽密封条内唇边与外唇边的压缩负荷应尽量保持平衡，即平 衡系数小于等于设定百分比，从而确保车门玻璃的内外表面受到较为均衡的支撑力，不会 产生跑偏。本实施例中设定百分比为10%。
[0057] 综上，本发明在传统二维截面的有限元分析基础上，运用功能等效原理，将密封条 等效为离散的非线性刚度弹簧单元，解决了密封条非规则几何特征带来的建模困难，建立 包含密封系统的双曲率车窗升降动力学模型，通过动力学分析，获取车窗升降过程导槽密 封条对于车窗玻璃的支撑力及摩擦力，并计算出车窗玻璃在密封条约束下的平衡系数，以 此在密封条设计前期，实现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。
【主权项】
1. 一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法，其特征在于，包括W下步骤： 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； 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 线性刚度弹黃单元，建立密封条等效动力学模型； 3) 建立车窗饭金W及车窗升降器的Ξ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； 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，W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。2. 根据权利要求1所述的一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法，其特征在 于，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-Y方向插入密封条中至装配深度，分别向巧方向和-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XW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Fi=f (X)。3. 根据权利要求1所述的一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法，其特征在 于，所述步骤2)具体为： 密封条内外唇边的CLD曲线与单自由度弹黃质量模型对比，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黃对，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黃对构成密封 条等效动力学模型。4. 根据权利要求1所述的一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法，其特征在 于，所述车窗玻璃在密封条约束下的平衡系数C满足W下公式：式中，Ci、C2分别为支撑力变化曲线中密封条内外唇边的压缩负荷。5. 根据权利要求1所述的一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法，其特征在 于，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。6. 根据权利要求5所述的一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法，其特征在 于，所述设定百分比为10%。
【专利摘要】本发明涉及一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：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，获取密封条内外唇边的CLD曲线；2)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；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，建立完整车窗升降动力学模型；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。与现有技术相比，本发明具有快速全面评估、简单有效、降低成本等优点。
【IPC分类】G06F17/50, G06T17/00
【公开号】CN105243189
【申请号】CN201510586476
【发明人】朱文峰, 周辉, 戴元坎, 夏国勇, 孙俊
【申请人】同济大学, 申雅密封件有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月15日