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摘要：設計一種大客車外滑移門新型滑套四桿移出機構及三種不同類型的導軌，并對其工作原理及運動軌跡進行分析；在推導出不同類型導軌約束下大客車外滑移門移出軌跡方程的基礎上，利用MATLAB軟件繪制車門的3組運動軌跡曲線，通過對比分析確定了一種合理的導軌設計方案。

關鍵詞：外滑移門；MATLAB；結構設計；運動分析

1大客車新型外滑移門的結構及工作原理

客車乘客門是客車上相對獨立、較復雜的總成，是車身外形的重要組成部分，對客車的整體造型起著重要的協調作用，同時還影響著整車的動力性、經濟性、舒適性和使用性等。隨著車速的不斷提高及客戶多樣化需求的發展，對客車的造型、空氣動力性、舒適性等性能提出了更高的要求，也成為當前大客車開發設計的重要內容。外滑移門以其開啟后占用空間小、開度大、密封性能好、良好的進出性等優點，在MPV和微型客車中應用廣泛。雖然國內大中型客車采用滑移門的車型較少，但是滑移門在大客車車門設計中占有的優勢不可忽略，今后也將成為大客車車門設計的一種發展趨勢。目前部分滑移門采用電平移氣塞拉的方法實現啟閉功能，這種結構不僅需要雙動力驅動，還需要專門的氣源和復雜氣路，設計較為復雜；部分采用電機絲杠傳動，成本較高；部分采用懸浮式電機和四桿結構[6-7]，雖成本低但移出機構笨重。針對當前滑移門存在的問題，本文設計一種大客車外滑移門新型滑套四桿移出機構。采用新型滑套四桿移出機構的外滑移門與傳統外滑移門相比，結構簡單緊湊，占用空間小，開度大，成本低，運動軌跡更加合理。且國外類似連桿移出機構已經應用到大客車外滑移門中。這種滑套四桿移出機構的門扇運動為復合運動，需對其運動軌跡進行計算分析，以獲得合理的運動軌跡。該新型大客車外滑移門機構（如圖1所示）主要由門柱1、門扇2、動力傳動機構及滑套四桿移出機構組成。動力傳動機構由主動帶輪5、從動帶輪13、電機6、同步帶11、連接板9等組成。

滑套四桿移出機構由滑套8、滑動軸12、搖臂平行四桿機構3、導軌7等組成。滑動軸12兩端固定于車身，滑套8安裝在滑動軸12上，導軌7在新型滑套四桿機構上方且固定于車身，搖臂4上的滾輪10嵌在導軌7中，搖臂平行四桿機構3一端與滑套8連接，另一端與門扇2連接，該結構為左右對稱式機構。同步帶11與滑套8通過連接板連接。該新型外滑移門與外擺門有一定的相似性。但傳統的外擺式客車門多是一種無軌道的移出門，門扇依靠轉軸支撐實現回轉，并在其帶動下完成近似平行四邊形的運動軌跡。而此新型外滑移門在導軌和新型滑套四桿移出機構的配合下，車門首先向外移出，然后在同步帶的帶動下，向兩側滑移，實現車門的最大限度開啟。另外，與傳統的乘用車外滑移門不同，此外滑移門為雙扇門，且下導軌位于車門內側，風阻更小，外表更美觀。該新型外滑移門的工作原理如下：開門時車載電源驅動電機6正轉，帶動主動帶輪5、同步帶11、從動帶輪13一起運動。搖臂平行四桿機構3中的滑套8隨同步帶11向兩側平移，搖臂4上的滾輪10在導軌7內運動，兩者配合，形成了門扇2隨滑套8外側的平移和搖臂平行四桿機構3轉動的復合運動。這種復合運動即可達到車門外移和兩側滑移的軌跡要求。下搖臂16的滑輪則在門扇滑道15中滑動，保證車門運動平穩，啟閉柔和，噪聲小。門扇移出軌跡如圖1（b）中虛線所示（只有水平移動，沒有上下移動）。電機6反轉時，實現大客車外滑移門的閉合運動。

2滑套四桿移出機構的設計

與計算本文建立滑套四桿移出機構的運動方程，并利用MATLAB軟件繪制出外滑移門在不同類型導軌中的運動軌跡曲線，以最終確定較為合理的運動軌跡曲線。導軌的類型及搖臂四桿移出機構的參數是影響車門啟閉軌跡的重要因素，因此用作圖法對外滑移門滑套四桿移出機構及導軌進行設計，確定導軌類型、滑套四桿移出機構類型和各桿長度。對比不同類型導軌約束下的運動軌跡，選出其中較合理的導軌類型，以此得到合理的車門移出軌跡。由于滑套四桿移出機構左右對稱布置，這里以左半部分為例進行具體分析。

2.1導軌設計

以滾輪中心沿著導軌的中心線運動為參照，設計三種類型導軌，分別為垂直型、外傾型和內傾型。導軌由移出段、平移段、過渡段三部分組成，過渡段采用圓弧過渡型以增強車門運動的平順性，外傾型導軌的移出段與豎直方向夾角為θ，內傾型導軌的移出段與豎直方向夾角為-θ。車門移出過程中，向外移出同等距離，采用外傾性導軌容易與門框碰撞，而采用內傾型導軌的碰撞幾率最低，采用垂直型導軌居中。

2.2搖臂平行四桿機構設計

為了實現車門的啟閉功能，對搖臂平行四桿機構設計有三點要求[8]：滿足預定的運動規律要求；滿足預定的軌跡要求；滿足預定的連桿位置要求。根據大客車空間位置要求，設計的搖臂平行四桿機構與導軌配合運動，均能實現車門的啟閉功能且不與門框發生干涉。

2.3滑套四桿移出機構的計算

理想的外滑移門滑套四桿移出機構，應是既能滿足開啟過程中在合理的車門間隙條件下不與門框干涉，又能滿足完全開啟后到達設計給定位置。電機反轉時，車門即沿開門軌跡逆向返回，實現關閉車門功能。門縫大小設計初已確定，保證了車門關閉時的密封效果。為合理地設計滑套四桿移出機構，用解析法建立車門的運動軌跡方程。簡化滑套四桿移出機構，以導軌平移段與移出段交點為圓心，O為坐標原點，令搖臂AB為桿Ⅰ，連接桿BC為桿Ⅱ，搖臂CDE為桿Ⅲ，滑套AD為桿Ⅳ。LAB=LCD，LAD=LBC。桿Ⅲ末端E點處的滾輪沿導軌中心線運動。桿Ⅳ在同步帶的帶動下以速度v向外勻速運動，帶動其他桿件外移。當D點移動到D'點時，E點移動到E'處，完成移出動作。由于桿Ⅱ與左車門連接，因此外滑移門運動軌跡和B、C點相同，此處分析C點的運動軌跡即反映車門的運動軌跡。已知D點初始位置坐標（XD，YD），同步帶移動速度v，各個桿件長度LAB、LBC、LCD、LDE、LAD，桿Ⅲ的夾角β（即∠CDE），過渡段圓弧中心O'坐標（a，b）及圓弧半徑r。設運動過程中點C'坐標為（X'C，Y'C），D'點的坐標為（X'D，Y'D），E'點的坐標為（X'E，Y'E），求解運動過程中點C'的運動軌跡方程。導軌移出段：由于桿LDE長度一定，滾輪中心E'在直道上運動時受直線方程的約束，移出段導軌中心線的延長線過原點O，且與Y軸夾角為θ。

3大客車外滑移門移出過程中運動軌跡分析

為了獲取外滑移門合理的運動軌跡曲線，根據大客車空間位置要求，定義初始值LAB=LCD=90mm，LAD=LBC=115mm，LDE=90mm，θ=10°，β=57°，YD=19mm，v=5mm/s，由于導軌類型不同，XD、O'、r坐標有所不同，對應垂直型、外傾型、內傾型導軌，XD分別為-61.2mm、-53mm、-69.5mm，O'坐標分別為（-10mm，-10mm）、（-8.4mm，-10mm）、（-7.2mm，-6mm），r分別為10mm、10mm、6mm，帶入相應的計算方程組。用MATLAB求解方程根據所建坐標系，合理選擇正確的解，并繪制三種不同類型導軌約束下的外滑移門移出軌跡曲線[9-10]。為了便于對比，移動軌跡曲線的橫縱坐標，令軌跡起始位置都從零點開始。在閉合狀態下，門扇與門框距離為35mm，門扇厚度為30mm，三類運動軌跡都可以實現-X向移動35mm后，+Y向移動30mm，因此可以避免與門框碰撞，使外滑移門安全擺出。電機反轉，車門沿開啟軌跡逆向閉合，車門順利開啟便保證了車門的順利閉合。其中，車門開啟后，門洞寬度A=1210mm，車門最大開啟量B=1080mm，因此車門開啟度為B/A×100%=89.26%。三種導軌可實現同樣的車門開啟度，同樣的門縫大小。對比三種導軌約束下的外滑移門移出軌跡，+Y向移出同樣的距離，內傾型導軌對應的運動軌跡-X向移動距離最小，因此可以減小門縫間隙，增強車門的密封性。綜合考慮，導軌3較為合適。

4結束語

通過分析現有車門的特點，結合外滑移門設計要求，設計了一種新型大客車外滑移門滑套四桿移出機構及三種類型導軌。根據滑套四桿移出機構的理論計算和運動分析，得到三種不同類型導軌約束下外滑移門的移出軌跡方程。以MATLAB軟件繪制三類導軌約束下的外滑移門移出軌跡曲線，對比三組運動軌跡曲線確定了更為合理的導軌設計。所得軌跡方程及分析方法，對類似滑移門移出機構設計及導軌設計具有一定的參考價值和指導意義。

參考文獻：

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作者：王杰；卞學良；劉艷鵬 單位：河北工業大學