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【摘 要】文章分析了各种运动轨迹要素及其运动平顺性的优劣排序，进一步结合滑动门运动系统在车门运动过程中摆幅不一样的特点，得出了滑动门运动系统平顺性研究方向。基于UG软件强大的运动仿真功能，以滑动门上车门重心及车门外板后上角的标记点的运动轨迹为分析对象，分别介绍了精确分析方法与简化分析方法的建立过程及注意事项，并对这两种方法的建立过程进行了对比分析，同时结合新车型设计的开发流程提出了滑动式车门运动轨迹平顺性研究各分析阶段的安排。
【关键词】滑动门；运动轨迹；平顺性；UG
【中图分类号】U463.834 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）10-0092-03
1 背景
滑动式车门（以下简称滑动门）的运动形式相对其他类型的车门更加复杂，其运动系统构成件的开发成本也比铰链多出近4倍。滑动门的运动模型建立受到车辆造型、人机空间、运动避让、结构强度等因素影响，其建立过程相对铰链门多出近2倍的时间。也就是说，滑动门的运动系统是一个零件开发成本高、时间投入多的运动系统。
滑动门运动轨迹平顺性指标是滑动门运动系统重要的指标。借助UG三维设计软件的强大功能，我们先通过其运动分析模块建立运动模型，然后采用运动仿真及作图等方法来评价滑动门系统的运动轨迹平顺性，极大提高了设计效率，尽量降低设计风险，从而为提高顾客的体验舒适性打下比较好的基础。
2 各种运动轨迹比较
2.1 运动轨迹分类
从空间上来说，运动轨迹可以分为一维运动轨迹（即平面上的直线运动形式）、 二维运动轨迹（即一个平面上的非直线运动形式）和 三维运动轨迹（非一个平面上的运动形式）。从几何数学方向上来说可以分为直线运动、 圆弧运动和由若干段直线或圆弧组成的复合曲线运动。
2.2 运动轨迹平顺性比较
从运动轨迹形成难易程度来说，考虑空间因素和几何形式，各种轨迹平顺性优劣先后顺序见表1。
对于滑动门来，其重心运动轨迹越接近表1中的第3类运动轨迹（二维的直线和圆弧组成的运动），其运动轨迹越平顺。
3 滑动门运动轨迹平顺性分析方法
3.1 滑动门运动系统特点
滑动门的运动是通过车门上的上滑轮支架总成、中滑轮支架总成、下滑轮支架总成的导向轮和承重轮，以及在侧围上对应的上、中、下3组导轨中的往复移动来实现车门开启和关闭。在这个系统中，上导轨和上滑轮支架总成上的导向轮限制了滑动门上部的Y向移动位置，中导轨和中滑轮支架总成上的导向轮、承重轮分别限制了滑动门中部的Y向与Z向移动位置，下导轨和下滑轮支架总成上的导向轮和承重轮分别限制了滑动门下部的Y向、Z向移动位置。
滑动门这种运动系统特点，造成了滑动门在运动过程中车门并不是理论上的平动状态，而是会发生幅度不一样的摆动，并且距离滑轮支架总成越远的地方摆幅越大。滑动门在运动过程中有了程度不一样的摆幅以后，滑动门的重心也会发生相应变动，造成滑动门作用在侧围上3根导轨的力发生不规则变化（对于Y向来说，车门对侧围有时候是拉力，有时候是压力，且力的大小不一样），这种不规则的力不仅会产生程度不一样的响声，也会影响滑动门的运动平顺性。
以下分析是以滑动门上标记点（门重心及其他位置的点）在运动过程中摆幅大小为分析对象。但是为了分析方便，统一转换为标记点的运动轨迹包络大小。
3.2 滑动门运动轨迹平顺性分析方法分类
根据滑动门运动系统特点，对于滑动门运动轨迹平顺性分析可以分为以下两种方法：①精确分析方法（也稱重心法）。即选取滑动门总成上的重心运动轨迹变化作为分析研究对象。②简化分析方法。即选取滑动门外板上的后上角的点运动轨迹变化作为分析研究对象。
3.3 精确分析方法
3.3.1 各零部件密度设定及重心绘制
根据各零件的实际用材情况，用UG系统中的实体密度设定功能对滑动门系统上所有的零件进行密度数值设定。密度数值设定完后，用UG系统分析功能中的实体测量功能得出滑动门系统的重心坐标，最后根据重心坐标数值绘制滑动门总成的重心点。
3.3.2 滑动门运动系统模型建立
在对运动轨迹分析之前，必须在UG系统中建立起滑动门运动系统仿真模型。基于UG的滑动门运动系统模型建立按如下步骤建立：①根据“没有相对运动的零部件可以作为一个物体来看待”这一原则来将滑动门运动系统的零件进行分类。然后用UG软件中运动仿真模块将这些物体分别设定为连杆1、连杆2、连杆3……需要注意的是，上述已经标定好的滑动门重心一定要设为车门钣金本体的一部分。②结合零件的具体运动相对情况，对各连杆之间设定运动约束关系。③设定运动驱动。④求解方案的建立和运算。
3.3.3 滑动门重心轨迹扫略
运用已经建立好的运动模型，在运动仿真模块中将车门重心点设定为追踪对象，然后对滑动门重心进行运动过程追踪（也就是扫略，即从关门状态一致扫略到最大开启状态）。为了保证扫略的精度，滑动门重心扫略的点数应不少于500点（即要求运动仿真系统中的运动设定步数不少于500步，但考虑到计算效率问题，最大设定步数应不超过1 000步为宜）。
为了后续绘制方便，这些扫略点应单独放在一个独立图层为宜，同时将这些点设定为单独颜色显示。重心轨迹扫略完后，应对前50个点的轨迹进行有效性确认，并删除变异点（一般是软件计算过程中的错误点）。
3.3.4 滑动门重心轨迹包络绘制
当滑动门的重心轨迹扫略完成后，将UG软件由当前的运动仿真状态切换到建模状态，然后按如下步骤绘制滑动门重心轨迹包络面：①打开之前设定的图层，使用UG中的“样条”曲线命令，采用通过点的形式用上述扫略出的重心轨迹点来拟合出一条样条曲线，该曲线称为C1曲线（注意：样条的起点必须是扫略轨迹点的第1点，样条的终点必须是扫略轨迹点的最后一点）。②做一个平行于滑动门下滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图1所示）的平面，同时该平面应刚好通过C1曲线的最低点，该平面称为P1平面。③做一个平行于滑动门下滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图1所示）的平面，同时该平面应刚好通过C1曲线的最高点，该平面称为P2平面。④用尺寸测量命令（采用关联测量）测量P1平面和P2平面的距离，该距离尺寸数值为D1。⑤做P1平面和P2平面的中心对称平面，该平面称为P3平面。⑥用曲线投影命令将C1曲线沿着P3平面法向投影到P3平面上，该投影后形成的新曲线称为曲线C2。⑦以D1为直径、以曲线C2为扫略导引线扫略出一个管状的片体，该管状片体即为滑动门重心轨迹包络。 从上述步骤中绘制出管状包络面的大小直接反映出了滑动门重心在整个运动过程中的摆幅情况，也就是反映了运动平顺性情况，包络越小运动越平顺。
3.4 简化分析方法
3.4.1 标定滑动门外板上的后上角的点
选取后侧门外板上最靠后且最靠上的点并标记为P1点。
3.4.2 滑动门运动系统模型建立
滑动门运动系统模型建立方法同本文中3.3.2的方法。
3.4.3 滑动门外板上的P1点轨迹扫略
扫略方法同本文中3.3.3的方法，只是要将扫略点更改为P1点。
3.4.4 滑动门外板上的P1点轨迹包络绘制
当滑动门外板上的P1点轨迹扫略完成后，将UG软件由当前的运动仿真状态切换到建模状态，然后按如下步骤绘制滑动门重心轨迹包络面：①打开之前设定的图层，使用UG中的“样条”曲线命令，采用通过点的形式用上述扫略出的重心轨迹点来拟合出一条样条曲线，该曲线称为C3曲线（注意：样条的起点必须是扫略轨迹点的第1点，样条的终点必须是扫略轨迹点的最后一点）。②做一个平行于滑动门中滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图2所示）的平面，同时该平面应刚好通过C3曲线的最低点，该平面称为P4平面。③做一个平行于滑动门中滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图2所示）的平面，同时该平面刚好通过C3曲线的最高点，该平面称为P5平面。④用尺寸测量命令（采用关联测量）测量P4平面和P5平面的距离，该距离尺寸数值为D2。⑤做P4平面和P5平面的中心对称平面，该平面称为P6平面。⑥用曲线投影命令将C3曲线沿着P6平面法向投影到P6平面上，该投影后形成的新曲线称为曲线C4。⑦以D2为直径、以曲线C4为扫略导引线扫略出一个管状的片体，该管状片体即為P1点轨迹包络。
3.5 精确分析方法与简化分析方法的对比分析
从以上分析可知，精确分析方法与简化分析方法各有各的特点：①精确分析方法。其分析准确性高，但是因为其依赖于所有相关零件必须存在且每个零件都必须赋予准确的材料密度，这就决定了这种分析方法只能出现在正式数据发布前的中后期用于最终的运动系统确认。②简化分析方法。其分析准确性相对精确分析法低，但是它不需要考虑滑动门系统的重心问题，所以其可以用于造型前期的滑动门运动系统框架分析与确定。
综上所述，新车型开发时，当数据还处在前期阶段时（即造型面工程可行性分析阶段），此时应采用简化分析方法分析滑动门运动系统布置是否有问题；当所有零件被设计出来后，采用精确分析方法确认滑动门运动平顺情况是否满足设计要求。
4 结语
综合运用滑动门运动轨迹平顺性的精确分析方法与简化分析方法，可以有效缩短滑动门系统的设计开发周期，降低零件后期因设计变动产生的风险。
参 考 文 献
[1]胡小康. UG NX6 运动仿真培训教程[M]. 北京：清华大学出版社，2009.
[2]滕平. 基于UG的滑动式车门运动模型建立[J]. 企业科技与发展，2011（13）：15-17.
[3]李少鹏，杨汝舟，刘太彪. 新式车门设计[J]. 中国科技信息，2010（19）：132-133.
[责任编辑：钟声贤]
【关键词】滑动门；运动轨迹；平顺性；UG
【中图分类号】U463.834 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）10-0092-03
1 背景
滑动式车门（以下简称滑动门）的运动形式相对其他类型的车门更加复杂，其运动系统构成件的开发成本也比铰链多出近4倍。滑动门的运动模型建立受到车辆造型、人机空间、运动避让、结构强度等因素影响，其建立过程相对铰链门多出近2倍的时间。也就是说，滑动门的运动系统是一个零件开发成本高、时间投入多的运动系统。
滑动门运动轨迹平顺性指标是滑动门运动系统重要的指标。借助UG三维设计软件的强大功能，我们先通过其运动分析模块建立运动模型，然后采用运动仿真及作图等方法来评价滑动门系统的运动轨迹平顺性，极大提高了设计效率，尽量降低设计风险，从而为提高顾客的体验舒适性打下比较好的基础。
2 各种运动轨迹比较
2.1 运动轨迹分类
从空间上来说，运动轨迹可以分为一维运动轨迹（即平面上的直线运动形式）、 二维运动轨迹（即一个平面上的非直线运动形式）和 三维运动轨迹（非一个平面上的运动形式）。从几何数学方向上来说可以分为直线运动、 圆弧运动和由若干段直线或圆弧组成的复合曲线运动。
2.2 运动轨迹平顺性比较
从运动轨迹形成难易程度来说，考虑空间因素和几何形式，各种轨迹平顺性优劣先后顺序见表1。
对于滑动门来，其重心运动轨迹越接近表1中的第3类运动轨迹（二维的直线和圆弧组成的运动），其运动轨迹越平顺。
3 滑动门运动轨迹平顺性分析方法
3.1 滑动门运动系统特点
滑动门的运动是通过车门上的上滑轮支架总成、中滑轮支架总成、下滑轮支架总成的导向轮和承重轮，以及在侧围上对应的上、中、下3组导轨中的往复移动来实现车门开启和关闭。在这个系统中，上导轨和上滑轮支架总成上的导向轮限制了滑动门上部的Y向移动位置，中导轨和中滑轮支架总成上的导向轮、承重轮分别限制了滑动门中部的Y向与Z向移动位置，下导轨和下滑轮支架总成上的导向轮和承重轮分别限制了滑动门下部的Y向、Z向移动位置。
滑动门这种运动系统特点，造成了滑动门在运动过程中车门并不是理论上的平动状态，而是会发生幅度不一样的摆动，并且距离滑轮支架总成越远的地方摆幅越大。滑动门在运动过程中有了程度不一样的摆幅以后，滑动门的重心也会发生相应变动，造成滑动门作用在侧围上3根导轨的力发生不规则变化（对于Y向来说，车门对侧围有时候是拉力，有时候是压力，且力的大小不一样），这种不规则的力不仅会产生程度不一样的响声，也会影响滑动门的运动平顺性。
以下分析是以滑动门上标记点（门重心及其他位置的点）在运动过程中摆幅大小为分析对象。但是为了分析方便，统一转换为标记点的运动轨迹包络大小。
3.2 滑动门运动轨迹平顺性分析方法分类
根据滑动门运动系统特点，对于滑动门运动轨迹平顺性分析可以分为以下两种方法：①精确分析方法（也稱重心法）。即选取滑动门总成上的重心运动轨迹变化作为分析研究对象。②简化分析方法。即选取滑动门外板上的后上角的点运动轨迹变化作为分析研究对象。
3.3 精确分析方法
3.3.1 各零部件密度设定及重心绘制
根据各零件的实际用材情况，用UG系统中的实体密度设定功能对滑动门系统上所有的零件进行密度数值设定。密度数值设定完后，用UG系统分析功能中的实体测量功能得出滑动门系统的重心坐标，最后根据重心坐标数值绘制滑动门总成的重心点。
3.3.2 滑动门运动系统模型建立
在对运动轨迹分析之前，必须在UG系统中建立起滑动门运动系统仿真模型。基于UG的滑动门运动系统模型建立按如下步骤建立：①根据“没有相对运动的零部件可以作为一个物体来看待”这一原则来将滑动门运动系统的零件进行分类。然后用UG软件中运动仿真模块将这些物体分别设定为连杆1、连杆2、连杆3……需要注意的是，上述已经标定好的滑动门重心一定要设为车门钣金本体的一部分。②结合零件的具体运动相对情况，对各连杆之间设定运动约束关系。③设定运动驱动。④求解方案的建立和运算。
3.3.3 滑动门重心轨迹扫略
运用已经建立好的运动模型，在运动仿真模块中将车门重心点设定为追踪对象，然后对滑动门重心进行运动过程追踪（也就是扫略，即从关门状态一致扫略到最大开启状态）。为了保证扫略的精度，滑动门重心扫略的点数应不少于500点（即要求运动仿真系统中的运动设定步数不少于500步，但考虑到计算效率问题，最大设定步数应不超过1 000步为宜）。
为了后续绘制方便，这些扫略点应单独放在一个独立图层为宜，同时将这些点设定为单独颜色显示。重心轨迹扫略完后，应对前50个点的轨迹进行有效性确认，并删除变异点（一般是软件计算过程中的错误点）。
3.3.4 滑动门重心轨迹包络绘制
当滑动门的重心轨迹扫略完成后，将UG软件由当前的运动仿真状态切换到建模状态，然后按如下步骤绘制滑动门重心轨迹包络面：①打开之前设定的图层，使用UG中的“样条”曲线命令，采用通过点的形式用上述扫略出的重心轨迹点来拟合出一条样条曲线，该曲线称为C1曲线（注意：样条的起点必须是扫略轨迹点的第1点，样条的终点必须是扫略轨迹点的最后一点）。②做一个平行于滑动门下滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图1所示）的平面，同时该平面应刚好通过C1曲线的最低点，该平面称为P1平面。③做一个平行于滑动门下滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图1所示）的平面，同时该平面应刚好通过C1曲线的最高点，该平面称为P2平面。④用尺寸测量命令（采用关联测量）测量P1平面和P2平面的距离，该距离尺寸数值为D1。⑤做P1平面和P2平面的中心对称平面，该平面称为P3平面。⑥用曲线投影命令将C1曲线沿着P3平面法向投影到P3平面上，该投影后形成的新曲线称为曲线C2。⑦以D1为直径、以曲线C2为扫略导引线扫略出一个管状的片体，该管状片体即为滑动门重心轨迹包络。 从上述步骤中绘制出管状包络面的大小直接反映出了滑动门重心在整个运动过程中的摆幅情况，也就是反映了运动平顺性情况，包络越小运动越平顺。
3.4 简化分析方法
3.4.1 标定滑动门外板上的后上角的点
选取后侧门外板上最靠后且最靠上的点并标记为P1点。
3.4.2 滑动门运动系统模型建立
滑动门运动系统模型建立方法同本文中3.3.2的方法。
3.4.3 滑动门外板上的P1点轨迹扫略
扫略方法同本文中3.3.3的方法，只是要将扫略点更改为P1点。
3.4.4 滑动门外板上的P1点轨迹包络绘制
当滑动门外板上的P1点轨迹扫略完成后，将UG软件由当前的运动仿真状态切换到建模状态，然后按如下步骤绘制滑动门重心轨迹包络面：①打开之前设定的图层，使用UG中的“样条”曲线命令，采用通过点的形式用上述扫略出的重心轨迹点来拟合出一条样条曲线，该曲线称为C3曲线（注意：样条的起点必须是扫略轨迹点的第1点，样条的终点必须是扫略轨迹点的最后一点）。②做一个平行于滑动门中滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图2所示）的平面，同时该平面应刚好通过C3曲线的最低点，该平面称为P4平面。③做一个平行于滑动门中滑轮支架总成上的承重轮的运动支撑面（如图2所示）的平面，同时该平面刚好通过C3曲线的最高点，该平面称为P5平面。④用尺寸测量命令（采用关联测量）测量P4平面和P5平面的距离，该距离尺寸数值为D2。⑤做P4平面和P5平面的中心对称平面，该平面称为P6平面。⑥用曲线投影命令将C3曲线沿着P6平面法向投影到P6平面上，该投影后形成的新曲线称为曲线C4。⑦以D2为直径、以曲线C4为扫略导引线扫略出一个管状的片体，该管状片体即為P1点轨迹包络。
3.5 精确分析方法与简化分析方法的对比分析
从以上分析可知，精确分析方法与简化分析方法各有各的特点：①精确分析方法。其分析准确性高，但是因为其依赖于所有相关零件必须存在且每个零件都必须赋予准确的材料密度，这就决定了这种分析方法只能出现在正式数据发布前的中后期用于最终的运动系统确认。②简化分析方法。其分析准确性相对精确分析法低，但是它不需要考虑滑动门系统的重心问题，所以其可以用于造型前期的滑动门运动系统框架分析与确定。
综上所述，新车型开发时，当数据还处在前期阶段时（即造型面工程可行性分析阶段），此时应采用简化分析方法分析滑动门运动系统布置是否有问题；当所有零件被设计出来后，采用精确分析方法确认滑动门运动平顺情况是否满足设计要求。
4 结语
综合运用滑动门运动轨迹平顺性的精确分析方法与简化分析方法，可以有效缩短滑动门系统的设计开发周期，降低零件后期因设计变动产生的风险。
参 考 文 献
[1]胡小康. UG NX6 运动仿真培训教程[M]. 北京：清华大学出版社，2009.
[2]滕平. 基于UG的滑动式车门运动模型建立[J]. 企业科技与发展，2011（13）：15-17.
[3]李少鹏，杨汝舟，刘太彪. 新式车门设计[J]. 中国科技信息，2010（19）：132-133.
[责任编辑：钟声贤]