一種行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法
【專利摘要】本發明涉及一種行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，包括如下步驟：在程序界面輸入計算所需四連桿鉸鏈參數；計算四連桿運動過程中的位置坐標、后蓋瞬態轉動中心、開啟過程中氣彈簧活動安裝點坐標、開啟過程中后蓋重心坐標等；計算出行李箱蓋在不同開啟角度時的重力矩及氣彈簧力矩；對不同布置方案的計算結果對比分析；選擇合適布置方案。方便對不同布置位置的計算結果進行對比，選擇最優方案。計算結果準確、快捷。
【專利說明】
一種行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及轎車鉸鏈布置，具體涉及轎車行李箱蓋采用氣彈簧四連桿鉸鏈時可實現參數化設計。
【背景技術】
[0002]目前轎車行李箱蓋采用氣彈簧四連桿鉸鏈時，行李箱蓋的瞬態轉動中心、氣彈簧力臂、重力力臂等主要依賴于catia做圖法，結合不同位置下氣彈簧力臂及重力力臂計算氣彈簧力矩和重力力矩。當四連桿參數或氣彈簧安裝點位置或氣彈簧力值改變時需要重新計算結果，較繁瑣。
[0003]鑒于以上問題，如何在可行的布置空間內快速的選擇最優方案是非常必要的，可以避免由于布置問題帶來的后蓋開啟力大等缺陷及后期修模費用的浪費。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，在現有的常用計算程序中，只要輸入相關參數就可自動計算出后蓋不同開啟角度時的重力矩及氣彈簧力矩，當某一個或多個參數改變時，只要重新輸入就可快速得到計算結果，方便多種方案的對比分析，選擇最優布置方案。計算四連桿運動過程中的位置坐標、后蓋瞬態轉動中心、開啟過程中氣彈簧活動安裝點坐標、開啟過程中后蓋重心坐標，從而計算出后蓋不同開啟位置時的重力矩及氣彈簧力矩，具體技術方案如下:
[0005]一種行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，包括如下步驟:
[0006](I)在程序界面輸入計算所需四連桿鉸鏈參數；
[0007](2)計算四連桿運動過程中的位置坐標、后蓋瞬態轉動中心、開啟過程中氣彈簧活動安裝點坐標、開啟過程中后蓋重心坐標等；
[0008](3)計算出行李箱蓋在不同開啟角度時的重力矩及氣彈簧力矩；
[0009](4)對不同布置方案的計算結果對比分析；
[0010](5)選擇合適布置方案。
[0011]進一步地，步驟(I)中所述參數包括四連桿鉸鏈四個點坐標、氣彈簧安裝點坐標、行李箱蓋重心坐標及重量、氣彈簧的力值。
[0012]進一步地，步驟(3)后還可繪出力矩曲線。
[0013]進一步地，步驟(4)中，程序設置了數據導出功能，可將不同開啟角度的重力矩、氣彈簧開啟力矩、氣彈簧關閉力矩、重力力臂、氣彈簧力臂等輸出到excel，在excel中對不同布置方案的計算結果對比分析。
[0014]進一步地，步驟(2)中具體包括如下步驟:
[0015](2-1)計算該四連桿的極限運行位置；
[0016](2-2)計算四連桿在開啟過程中的位置；
[0017](2-3)計算后蓋在不同位置時的瞬態轉動中心；
[0018](2-4)計算氣彈簧活動安裝點在開啟過程中的坐標；
[0019](2-5)計算后蓋重心在開啟過程中的坐標；
[0020](2-6)計算開啟過程中氣彈簧的力臂。
[0021]進一步地，步驟(3)和(4)之間還包括步驟:計算后蓋開啟角度。
[0022]與目前現有技術相比，本發明實現了氣彈簧四連桿鉸鏈布置的參數化設計，具體來說:輸入四連桿的坐標參數、氣彈簧安裝點的坐標參數、氣彈簧的F1、F2、F3、F4力值、后蓋重心坐標參數及重量，就可自動計算出后蓋各轉角時的重力矩及氣彈簧力矩，并可繪出力矩曲線；程序設置了數據導出功能，可以將計算數據導出到excel，方便對不同布置位置的計算結果進行對比，選擇最優方案。計算結果準確、快捷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明程序界面圖
[0024]圖2為最初氣彈簧和四連桿的布置位置及計算結果圖
[0025]圖3為計算示意圖
[0026]圖4為對應在整車坐標下的位置圖
[0027]圖5為后蓋最大開啟位置圖
[0028]圖6為初始短連桿與X軸的夾角計算示意圖
[0029]圖7為計算示意圖
[0030]圖8為計算示意圖
[0031]圖9為計算示意圖
【具體實施方式】
[0032]下面根據附圖對本發明進行詳細描述，其為本發明多種實施方式中的一種優選實施例。
[0033]本發明在程序界面輸入四連桿鉸鏈四個點坐標、氣彈簧安裝點坐標、行李箱蓋重心坐標及重量、氣彈簧的力值等就可方便快捷的計算出行李箱蓋在不同開啟角度時的重力矩及氣彈簧力矩，并可繪出力矩曲線；程序設置了數據導出功能，可將不同開啟角度的重力矩、氣彈簧開啟力矩、氣彈簧關閉力矩、重力力臂、氣彈簧力臂等輸出到excel，方便在excel中對不同布置方案的計算結果對比分析，選擇最優的布置方案。該程序的界面如圖1所示。
[0034]以奇瑞某款車型為例，最初氣彈簧和四連桿的布置位置及計算結果如圖2所示，從圖2的計算結果可知，后蓋開啟瞬間理論需要施加的力矩(未考慮鉸鏈自身的鉚接阻力矩)為58.75-13.192 = 45.558N.m，氣彈簧的平衡點在行李箱蓋開啟23度左右。按該布置方案在小批量試制時出現了后蓋開啟力大問題，嚴重影響了舒適性。
[0035]后期整改時將氣彈簧固定點Z向坐標下調了 3mm，氣彈簧活動點Z向坐標上調了3_，其它參數未動，由圖3的計算結果可知，后蓋開啟瞬間理論需要施加的力矩(未考慮鉸鏈自身的鉚接阻力矩)為58.75-21.753 = 36.997N.m，氣彈簧的平衡點在行李箱蓋開啟18度左右。從圖2圖3的計算結果可知，圖3的布置方案優于圖2布置方案，可降低開啟力矩
8.561N.m，后期按圖3方案整改完成后行李箱蓋開啟力達到合資車水平。
[0036]可以看出，利用該軟件可以很方便直觀的對比出結果，可以在設計階段就能判斷出開啟力的大小，避免了后期修模費用的浪費。
[0037]在一個優選實施例中，假設氣彈簧四連桿的布置參數如下表所示(投影到XZ平面):
[0038]
點I點2點3 點4 氣彈簧固定氣彈簧活動后蓋重點點心
I 3423.3224.23181.22 3310.0:M62.877 3276.589 3509.65
坐 162376 23 5
標
Z 721.6746.73740.467 707.67 690.932 739.988 650./125
坐 5248
[0039]
標
[0040]對應在整車坐標下的位置如圖4所示。
[0041]本發明的技術方案如下:
[0042]1、計算該四連桿的極限運行位置
[0043]從圖5可以看出:當轉動頁板與長連桿在一條直線上時(即圖5的后蓋最大開啟位置)，后蓋達到最大開啟角度。
[0044]記I12為長連桿長度，I23為轉動頁板長度，I34為短連桿長度，I14為固定頁板長度，I13為四連桿的點I與點3間距離。
[0045]以上長度可根據各點的坐標值利用距離公式求得。
[0046]由113、114、I34可算得圖5所示的α
[0047]cos a = (1142+1342_1132) / (2*114*134)
[0048]由下式可算得圖5所示的β
[0049]cos β = (1142+1342-(I12-123) 2) / (2*114*134)
[0050](α-β)即為短連桿的最大轉角
[0051]2、計算四連桿在開啟過程中的位置(即計算點2’與點3’的位置坐標)如圖6所示，由初始點3與點4的坐標，可以算出初始短連桿與X軸的夾角，記為Θ，同理可求得初始長連桿與X軸的夾角Y。記X3為點3的初始X坐標，Z3為點3的初始ζ坐標；Χ3，為點3’的X坐標，Z3-為3’的ζ坐標；Χ4為點4的X坐標，Z4為點4的ζ坐標，其它同理。假設短連桿逆時針轉過4度(步長可以任意，可為I度，2度，3度...)，點3轉到點3’，點2轉到點2，。
[0052]X3.、Z3-的坐標可由下式求得:
[0053]X3.= X4-134^cos ( Θ +4)
[0054]Z3, = Z4+l34*sin( Θ +4)
[0055]點2’為兩圓的交點之一，同時滿足如下兩方程:
[0056](X2> _Xi)2+ (Z2> "Z1)2 = I122
[0057](X2’_X3’)2+(Z2’_Z3’)2 = I232
[0058]此方程組如果用消元法求解比較繁瑣，且程序比較難實現。
[0059]本程序采用如下方法，假設點2逆時針轉動微小角度到(2)’，該微小角度可取值為 0.001，則 X⑵，=X1-112^cos ( Y+0.001)
[0060]Z⑵’ =Z^l12=IiSin ( Y +0.001)
[0061]計算點⑵’到點3’的距離，如果距離與I23在給定的誤差范圍，則⑵’即為2’的坐標。該算法可以很方便的利用循環及條件判斷語句實現。
[0062]利用該算法可以求得給定步長(該程序為4度)下點2與點3的一系列坐標值，即四連桿在開啟過程中的位置。
[0063]3、計算后蓋在不同位置時的瞬態轉動中心(以后蓋關閉位置為例，其它類同)由機械原理可知，后蓋的瞬態轉動中心即為長連桿與短連桿的交點，由于長連桿與短連桿在開啟過程中位置是變化的，所以后蓋的轉動中心也隨之改變。
[0064]假設Xp Z0分別為瞬態轉動中心O的X、ζ坐標，Xtj與Ztj需同時滿足如下兩方程:
[0065](Z0-Z4)/(X0-X4) = (Z3-Z4)/(X3-X4)
[0066](Z0-Z1V(X0-X1) = (Z2-Z1V(X2-X1)
[0067]其中點1，點2，點3，點4的坐標都是已知的，利用消元法可求得交點坐標，但過程較繁瑣，程序比較難實現。
[0068]本程序采用如下算法，以(X4+10)到(X4-500)為區間，以0.01為步長，當取定任意X值時，利用第一個方程可解得對應ζ值，將計算所得X與ζ值代入第二個方程，如果滿足，即該X與Z值即為瞬態轉動中心O的坐標。該算法可以很方便的利用循環及條件判斷語句實現。
[0069]4、計算氣彈簧活動安裝點在開啟過程中的坐標
[0070]由圖8所示，當四連桿鉸鏈的點2與點3運動到2’與3’時，氣彈簧活動點由位置
I運動到位直2，記X氣彈黃活動點位置2與Z氣彈黃活動點位置2為氣彈黃活動點位直2的X與Z坐標。
X2"、Z2.、X3.、Z3.由之前算法已求出，記I25為氣彈簧活動點位置I到點2的距離，I35為氣彈簧活動點位置I到點3的距離，它們可由初始坐標值算得。則
[0〇71] X氣彈黃活動點位置2與Z氣彈簧制]點位置2需要同時?兩足如下兩圓方程:
[0072](X氣彈黃活動點位置2_Χ2’)2+(Ζ氣彈黃活動點位置2_Ζ2’)2 =工252
[0073](X氣彈黃活動點位*2_Χ3’)2+(Ζ氣彈黃活動點位置2_Z3’)2 = I352
[0074]此方程組如果用消元法求解比較繁瑣，且程序比較難實現。
[0075]本程序采用如下算法，以到(Z2，+l25)為區間，以0.01為步長，當取任意Z值時，通過上面的第一個方程可解得X值，將計算所得的X與Z代入第二個方程，如果滿足，即該X與Z即為氣彈簧活動點對應四連桿運動后的位置。利用該算法可求得氣彈簧活動安裝點的一系列坐標。
[0076]5、計算后蓋重心在開啟過程中的坐標
[0077]算法與4相同，不再贅述。
[0078]6、計算開啟過程中氣彈簧的力臂
[0079]由數學知識可知:設P(XQ，Y。)，直線方程為AX+BY+C = 0，則點P到直線的距離公式為:d = abs(AX0+BY0+C)/(A2+B2)1/2
[0080]如圖9所示，由氣彈簧固定點及氣彈簧活動點的坐標可列直線方程如下:
[0081](Z-Z氣彈麵定點)/(X-X氣彈麵定點)=k
[0082]其中k= (Z氣彈黃活動點-Z氣彈黃固定點)/(X氣彈黃活動點-X氣彈黃固定點)
[0〇83]整理得直線方程為:kX_Z+Z氣彈_定點_kX氣彈_定點=O
[0084]其中A= k, B =-1, C = Z氣彈黃固定點_kX氣彈黃固定點
[0085]瞬態轉動中心O已求得，記為X瞬態中心。與Z瞬態中心。，則力臂I為:
[0〇86] I = abs(kX瞬態中心。-Z瞬態中心。+Z氣彈黃固定點_kX氣彈黃固定點)/ (k2+l)1/2
[0087]利用該公式可方便求出在不同開啟位置下氣彈簧的力臂值。
[0088]7、計算開啟過程中重力的力臂及重力矩
[0089]由3可得后蓋的一系列瞬態轉動中心，則重力的力臂L為:
[0090]L — X重心瞬態中心ο
[0091]重力矩M重力矩=mg*L
[0092]8、計算開啟過程中氣彈簧的力值及力矩
[0093]由4計算得到后蓋開啟過程中一系列氣彈簧活動安裝點的坐標，可算出對應的氣彈簧長度，根據輸入的F1，F2，F3，F4及Lmin和Lmax利用插值法可得到對應的氣彈簧力值，然后和6對應的力臂I相乘即得氣彈簧力矩。
[0094]9、計算后蓋開啟角度
[0095]四連桿處于初始位置時后蓋的開啟角度為0，根據點2與點3的初始坐標算得轉動頁板與X軸的夾角，當短連桿轉過4度時，點2轉動到2’，點3轉動到3’，根據兩者坐標算得此時的轉動頁板與X軸夾角，此夾角與初始夾角差即為此時后蓋的開啟角度。
[0096]根據上述步驟程序自動求得短連桿在轉過4°、8°、12°...對應的后蓋瞬態轉動中心、氣彈簧力臂、重力力臂、氣彈簧力值、后蓋開啟角度等。
[0097]本發明技術方案避免了求解大量二元一次方程組、二元二次方程組，利用計算機強大的計算能力得到精度高的數值解。
[0098]利用該程序可方便快速得到計算結果。在設計階段，可在布置空間內微調某些參數，對比計算結果，選擇最優方案，減少由于初期布置問題引起后蓋開啟力大等缺陷及后期修模費用的浪費。
[0099]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在程序界面輸入計算所需四連桿鉸鏈參數； (2)計算四連桿運動過程中的位置坐標、后蓋瞬態轉動中心、開啟過程中氣彈簧活動安裝點坐標、開啟過程中后蓋重心坐標等； (3)計算出行李箱蓋在不同開啟角度時的重力矩及氣彈簧力矩； (4)對不同布置方案的計算結果對比分析； (5)選擇合適布置方案。
2.如權利要求1所述的行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，其特征在于，步驟(I)中所述參數包括四連桿鉸鏈四個點坐標、氣彈簧安裝點坐標、行李箱蓋重心坐標及重量、氣彈簧的力值。
3.如權利要求1或2所述的行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，其特征在于，步驟(3)后還可繪出力矩曲線。
4.如權利要求1-3種任一項所述的行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，其特征在于，步驟(4)中，程序設置了數據導出功能，可將不同開啟角度的重力矩、氣彈簧開啟力矩、氣彈簧關閉力矩、重力力臂、氣彈簧力臂等輸出到excel，在excel中對不同布置方案的計算結果對比分析。
5.如權利要求1-4種任一項所述的行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，其特征在于，步驟(2)中具體包括如下步驟: (2-1)計算該四連桿的極限運行位置； (2-2)計算四連桿在開啟過程中的位置； (2-3)計算后蓋在不同位置時的瞬態轉動中心； (2-4)計算氣彈簧活動安裝點在開啟過程中的坐標； (2-5)計算后蓋重心在開啟過程中的坐標； (2-6)計算開啟過程中氣彈簧的力臂。
6.如權利要求1-5種任一項所述的行李箱蓋氣彈簧四連桿鉸鏈設計方法，其特征在于，步驟(3)和(4)之間還包括步驟:計算后蓋開啟角度。
【文檔編號】G06F17/50GK104182577SQ201410411691
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月20日 優先權日:2014年8月20日
【發明者】胡宏, 柴堅堅, 謝俠, 周偉, 馬保林 申請人:奇瑞汽車股份有限公司