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1、汽车门锁机构及其控制系统的研制 南京航空航天大学 硕士学位论文 汽车门锁机构及其控制系统的研制 姓名：李春风 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：尹明德 20090201 南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 汽车门锁是汽车车身的重要附件之一，其性能直接关系到汽车行驶的安全性和车主的财 产安全。本文在查阅了大量有关文献的基础上，根据门锁机构的工作原理，从产品设计开 发、零部件装配、运动仿真、动力分析、失效分析、有限元分析、结构可靠性分析、磨损 可靠性分析以及系统控制等多方面进行了剖析。 本文主要内容如下： 将整个汽车门锁看成是由多个构件组成的运动链系统，画出其工作示意图，介绍了
2、汽车 门锁的整体结构、组成部分及其工作原理； 应用Pro/E 软件，对汽车门锁系统进行了3D 建模、装配、运动仿真及动力分析。运动 仿真的成功，说明了该三维模型中各机构之间没有干涉，实现了预定的功能； 运用系统分析方法之一的失效模式及影响分析法，从可靠性角度对汽车门锁系统进行分 析，建立了汽车门锁系统的失效树，并确定了其重要元件及其主要失效形式； 运用ANSYS 软件对汽车门锁系统上锁和锁紧后两个典型的工况进行了有限元分析，获 得了两个工况下的应力、应变值；然后用蒙特卡罗模拟法结合有限元法对锁紧机构中棘轮 进行可靠性分析、灵敏度分析； 指出了引起汽车门锁机构失效的主要原因是各部件之间的磨损，建
3、立了分析和评估门锁 机构磨损可靠性的数学模型，对门锁机构在不同上锁开锁次数下的磨损失效概率作了计算， 给出了汽车门锁机构系统磨损可靠性分析和评估的一般方法； 最后介绍了汽车门锁的电控系统。 关键词：汽车门锁；运动仿真；动力分析；失效树；有限元法；蒙特卡罗法；结构可靠度； 磨损可靠度 I 汽车门锁机构及其控制系统的研制 Abstract Automobile door lock is one of the important accessories of the car body, and its operability and reliability are directly relatate
4、d to the usability and safety of an automobile. On the basis of consulting masses informations,according to the working principle of the locking device,products designing and developing,assembling the parts, motion simulation, dynamic analysis,invalidation analysis, finit element analysis, structure
5、 reliability, wear reliability and system control so many aspects are studied in the thesis. The thesiss main reaserch work is enumerated as follows: The whole automobile door lock is considered as a kinematiclink system which is made of many components. Its working schematic diagram is drawed up, t
6、he whole structure and components of an automobile door lock and its working principle are introduced. Software Pro/Engineer has been applied for 3D modeling, assembling, motion simulation and dynamic analysis.The success of the motion simulation shows that there are no intereferes between mechanism
7、s and a preplanned function has been performed. By applying the fault pattern and influence analysis method, which is one of the system analysis methods, from the standpoint of reliability, the mobile door lock system has been studied. A Fault Tree of the system is built up, and significant parts an
8、d main fault patterns are determined. Software ANSYS has been applied for Finite element analysis of two tipical working conditions which are before and after the automobile door being locked, and the stress and strain of the two conditions are obtained. Then Monte Carlo method combined with Finite
9、element method is used to analysis the reliability and sensitivity of the ratchet wheel in the ratchet gear machnism. It has also been pointed out that the main factor causing the automobile door lock device into failure is the wear among its components. The mathematical model for analyzing and esti
10、mating the wearing reliability of the device is established. The wearing failure probability of the door lock mechanism with different opening and closing frequency is calculated and the general method which is used for the analysis and estimating the wearing reliability is given. At last the electr
11、ical control system for the automobile door lock is introduced. Keywords: Automobile door lock, Motion simulation, Dynamic analysis, FEM （Finite element method ）,Fault tree analysis, Monte Carlo method, Structure reliability, Wear reliability II 汽车门锁机构及其控制系统的研制 图表清单 图2. 1 锁扣示意图.5 图2. 2 锁扣的安装位置.5 图2.
12、 3 锁紧机构的全锁紧示意图.6 图2. 4 锁紧机构的半锁紧示意图.6 图2. 5 汽车门锁系统组成.7 图2. 6 汽车门锁工作原理示意图.7 图3. 1 锁紧装置装配图.12 图3. 2 凸台1 装配图.12 图3. 3 连杆装配图.13 图3. 4 外开启拨杆装配图.13 图3. 5 外开启拨杆和连杆连接装配图.13 图3. 6 外开启部分装配图.14 图3. 7 接触曲面的选择.15 图3. 8 测量结果.15 图3. 9 棘爪PNT1 点加速度，位置和速度分析图.15 图3. 10 参数设置好后模型图.16 图3. 11 拨杆轴径向力变化曲线.17 图3. 12 拨杆轴径向力X 分
13、量变化曲线.17 图3. 13 拨杆轴径向力Y 分量变化曲线.18 图3. 14 棘轮轴径向力及分量变化曲线.18 图3. 15 内开启部分装配图.20 图3. 16 内锁止部分装配图.20 图3. 17 外锁止部分装配图.20 图3. 18 汽车门锁整体装配图.21 图4. 1 失效树的建立步骤.23 图4. 3 汽车门锁系统结构模型.26 图4. 4 汽车门锁可靠性串联模型.27 图5. 1 首次简化后的有限元模型.30 图5. 2 第二次简化后的几何模型.30 VI 南京航空航天大学硕士学位论文 图5. 3 第二次简化后得到的有限元模型.30 图5. 4 最后简化得到的几何模型图.31
14、图5. 5 简化后得到的有限元模型.32 图5. 6 上锁工况静态应力云图.34 图5. 7 锁扣对锁紧的棘轮棘爪机构作用示意图.35 图5. 8 锁紧后棘轮棘爪机构有限元模型.35 图5. 9 锁紧工况下应力云图.36 图5. 10 锁紧工况下应变云图.37 图5. 11 棘轮的有限元模型.41 图5. 12 str 抽样过程显示.43 图5. 13 输出变量z 灵敏度分析.43 图5. 14 设计变量Load1 的散点图.44 图5. 15 load1 取值分布柱状图.45 图6. 1 磨损类别、失效形式与磨损机制、工况关系框图.48 图6. 2 磨损量随时间变化曲线.49 图6. 3 理
15、想的失效状态.51 图6. 4 半锁锁紧状态受力图.52 图6. 5 开锁临界状态受力图.53 图6. 6 上锁前锁紧机构的位置图.55 图6. 7 上锁后锁紧机构的位置图.55 图6. 8 上锁前后锁紧机构的位置对比图.56 图6. 9 初始位置关键点局部放大图.56 图6. 10 半锁紧状态到开锁临界状态的位置关系图.58 图6. 11 半锁紧状态关键点局部放大图.58 图6. 12 直线lEF 和lHJ 之间的位置关系.59 图6. 13 磨损前后直线lEP 和lKQ 变化示意图.62 图6. 14 锁磨损可靠度计算程序框图.63 图6. 15 混洗过程的实现方法.65 图6. 16 锁
16、机构可靠度.67 图7. 1 电控门锁结构框图.69 图7. 2 中央控制电控门锁电路图.71 图7. 3 门锁控制开关.72 图7. 4 钥匙控制开关.72 VII 汽车门锁机构及其控制系统的研制 图7. 5 门锁传动机构.73 图7. 6 门锁系统控制组件的安装位置.73 图7. 7 门锁控制系统电路.74 图7. 8 门锁控制电路.75 表4. 1 失效树的对应事件列表.25 表4. 2 汽车门锁系统元素的分类.27 表5. 1 输入变量参数表.40 表5. 2 输入变量、输出变量之间的相关系数矩阵.44 表6. 1 锁机构可靠度.66 VIII 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本
17、人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日期： 年 月 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章 绪论 1.1 课题研究背景 锁系统在汽车上是一个集安全性、装饰性和工艺性为一体的特殊部件。世界上美、日、欧 等汽车大国都十分重视车锁与整车的协调发
18、展。近些年来，随着人民生活水平的提高，汽车工 1 业发展很快，特别是轿车技术的发展，大大促进了汽车门锁技术的发展 。 2007 年中国汽车销售879.15 万辆，2008 年汽车产销量将突破900 万。2007 年我国汽车零 部件产业总收入也达到6700 亿元，行业净利润率高达7.2%，而整车企业仅4.5% ，这一缺口今 后还将扩大。汽车及零部件市场是一个发展潜力巨大的市场，汽车类产品占世界贸易总额的 10%，但是中国汽车产品出口额仅占我国总体出口额的 1.5%，占国内全行业销售额的 1%，在 机电行业中是最低的。汽车产销量的逐步增长为汽车锁具市场提供了一个较大的发展空间，2007 年所需配套的汽车门锁为3500 万把，其中轿车门锁将占到
