汽車發(fā)動機蓋鎖屬于發(fā)動機蓋的附件，是具有獨立功能的部件。其功能旨在使其安全鎖閉，并保證機罩與車身的相對位置在行車中不得自動開啟。發(fā)動機蓋鎖的結(jié)構(gòu)包括鎖本體、內(nèi)開機構(gòu)和安全鎖三部分。發(fā)動機蓋鎖按其鎖體結(jié)構(gòu)劃分，可分為鉤子鎖、舌簧鎖及卡板鎖三種形式。

虛擬樣機技術(shù)（Virtual Prototype Technology）是在計算機的虛擬現(xiàn)實中實現(xiàn)設(shè)計、分析與制造的技術(shù)，強調(diào)在產(chǎn)品投產(chǎn)之前完成設(shè)計與制造過程的相關(guān)分析，保證制造實施的可行性。在汽車設(shè)計領(lǐng)域，虛擬樣機技術(shù)是指在計算機里應(yīng)用三維設(shè)計軟件建立樣車模型并對之進行一系列的性能模擬仿真。其中虛擬樣機（virtual prototyping，VP）就是利用計算機仿真技術(shù)，建立與物理樣機相似的模型，通過優(yōu)化、集成和仿真測試得到關(guān)于該樣機的性能描述[2] [3] [4]。虛擬樣機技術(shù)是在數(shù)字化設(shè)計的背景中得以實現(xiàn)的，它依賴于三維數(shù)字模型的準確性和參數(shù)化特性，從而可以快速地進行分析仿真,來實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)化。它強調(diào)數(shù)字化的產(chǎn)品模型及其產(chǎn)生過程，將二維圖紙表達的設(shè)計構(gòu)思演變成基于三維實體模型的虛擬產(chǎn)品（虛擬樣機），建立起數(shù)字化設(shè)計平臺。因為此項技術(shù)在汽車開發(fā)上的巨大作用，使其在汽車設(shè)計領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。在汽車行業(yè)里，很多汽車制造商從虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用中獲得了巨大的收益。

本文以UG軟件為設(shè)計研究平臺，UG軟件是集CAD/CAM/CAE功能于一體的軟件集成系統(tǒng)。運用其復(fù)合建模、鈑金建模、虛擬裝配等相關(guān)參數(shù)化設(shè)計方法，建立發(fā)動機蓋鎖的虛擬樣機模型，并運用UG的Motion模塊進行運動學(xué)仿真分析，發(fā)揮虛擬樣機軟件的特長。虛擬樣機技術(shù)可以減少實物模型和樣機的投入，避免設(shè)計缺陷，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本和制造成本。

1  蓋鎖虛擬樣機模型的建立

本文研究的發(fā)動機蓋鎖屬于卡板鎖，主要由鎖體、卡板、輔助掛鉤、鎖緊手柄、鎖環(huán)、輔助掛鉤回位彈簧、鎖緊手柄回位彈簧、卡板回位彈簧和卡板回位彈簧鉤塊組成。虛擬樣機技術(shù)的核心問題是虛擬樣機模型的建立，虛擬樣機模型應(yīng)是參數(shù)化的實體模型，只有這樣才能滿足用戶不斷修改從而最終實現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)設(shè)計或變形產(chǎn)品設(shè)計的要求。本文首先對已有車型卡板鎖實物模型的工作原理及結(jié)構(gòu)進行分析，對其主要部件進行測量，然后通過UG軟件建立各個部件的三維實體模型。準確的物理模型和方便的建模方法是應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)的關(guān)鍵。在各個部件的建模過程中，主要運用了建立草圖（Sketch）、成型特征（Form Feature）、自由形狀特征（Free Form Feature）以及鈑金特征（Sheet Metal Feature）等功能。

1.1 汽車發(fā)動機蓋鎖的鎖體模型建立

汽車發(fā)動機蓋鎖的鎖體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，是典型的鈑金部件。利用UG鈑金設(shè)計模塊創(chuàng)建和制作了汽車發(fā)動機蓋鎖的鎖體模型。Sheet Metal Feature（板金特征）菜單中的General Flange（通用彎邊）特征、Sheet Metal Bend（鈑金折彎）特征、Sheet Metal Punch（鈑金沖壓）特征、Sheet Metal Bead（鈑金筋槽）、Sheet Metal Bridge（鈑金橋接）特征等功能被廣泛地運用到了汽車發(fā)動機蓋鎖的鎖體建模中。汽車發(fā)動機蓋鎖的鎖體模型，如圖1所示。應(yīng)用UG軟件的參數(shù)化建模方法建立各個部件的參數(shù)化實體模型，為后續(xù)的設(shè)計分析、修改模型打下堅實的基礎(chǔ)，從而不斷提高汽車發(fā)動機蓋鎖的設(shè)計水平和質(zhì)量。

1．2 汽車發(fā)動機蓋鎖的虛擬裝配

應(yīng)用UG軟件的虛擬裝配模塊建立汽車發(fā)動機蓋鎖的虛擬樣機模型。完成發(fā)動機蓋鎖的各個部件的虛擬樣機模型的建立后，就可以進行虛擬裝配了。本文采用自底向上的方法進行虛擬裝配，使用配對約束、對齊約束、正交約束、角度約束、平行約束、中心對齊約束、距離約束等約束條件建立配對條件，這樣一旦部件的虛擬樣機模型改變，產(chǎn)品的虛擬裝配模型即汽車發(fā)動機蓋鎖的虛擬樣機模型將隨著改變，實現(xiàn)了真正意義的參數(shù)化設(shè)計。汽車發(fā)動機蓋鎖的虛擬樣機模型即總裝配效果圖和裝配導(dǎo)航器如圖2和3所示。 #p#page_title#e#

2  汽車發(fā)動機蓋鎖的虛擬分析

本文主要對汽車發(fā)動機蓋鎖進行虛擬運動分析，為了方便研究和分析，建立了四個運動分析方案scenario1、scenario2、scenario3、scenario4。每種分析方案對應(yīng)著一個裝配排列。分析時若發(fā)現(xiàn)干涉或間隙過大等問題，可以及時修改虛擬樣機模型，然后在進行分析直至滿意為止，充分發(fā)揮虛擬樣機技術(shù)的優(yōu)點，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本。

2．1 汽車發(fā)動機蓋鎖的運動模擬

UG的Motion模塊具有強大的運動仿真及分析功能，形象的運動模擬很好地體現(xiàn)了虛擬樣機技術(shù)在設(shè)計中的運用。運動模擬仿真的全過程大致可以分為以下幾個步驟：創(chuàng)建連桿、建立運動付、定義運動驅(qū)動、創(chuàng)建運動模擬仿真四個步驟。本文所研究的卡板鎖的運動方式如下：發(fā)動機蓋板由開啟位置落下撞到輔助掛鉤，此時蓋板所帶有的勢能在鎖鉤撞擊輔助掛鉤時全部轉(zhuǎn)化為動能，從而使鎖鉤能頂開輔助掛鉤形成第一重鎖止。但此時，鎖鉤所具有的動能還不足以推動卡板帶動它一起運動。這時候就需要人用手用力的按住發(fā)動機蓋往下運動直到鎖構(gòu)進入第二重鎖止位置為止；最后人手松開，鎖緊手柄在回位彈簧作用下回到初始位置并封住卡板回位的趨勢。為了方便研究和分析，本文建立了四個運動分析方案scenario1、scenario2、scenario3、scenario4。在四個運動方案中，所定義的連桿及運動付如表1所示。在不同的方案中，發(fā)動機蓋鎖中各個部件的運動主要是以旋轉(zhuǎn)為主，所以應(yīng)分別為發(fā)動機蓋、卡板、輔助掛鉤及鎖緊手柄加上旋轉(zhuǎn)付，并在運動付上施加恒定驅(qū)動為運動函數(shù)。當(dāng)創(chuàng)建好連桿、運動付，定義好運動驅(qū)動之后，就可以創(chuàng)建運動模擬仿真了。本文采用關(guān)節(jié)運動的方式來模擬機構(gòu)的運動。關(guān)節(jié)運動分析的優(yōu)點在于可以同時使多個運動付運動，并且每一個運動付所給定的步數(shù)和步長可以不同