汽車發動機蓋鎖屬於(yu) 發動機蓋的附件，是具有獨立功能的部件。其功能旨在使其安全鎖閉，並保證機罩與(yu) 車身的相對位置在行車中不得自動開啟。發動機蓋鎖的結構包括鎖本體(ti) 、內(nei) 開機構和安全鎖三部分。發動機蓋鎖按其鎖體(ti) 結構劃分，可分為(wei) 鉤子鎖、舌簧鎖及卡板鎖三種形式。本文以某種車型的發動機蓋鎖為(wei) 例進行研究，該車型的發動機蓋鎖屬於(yu) 卡板鎖，它的工作原理是：發動機蓋鎖靠鉤扣定位，采用輔助掛鉤與(yu) 卡板雙重鎖緊機構。其優(you) 點在於(yu) ：使用可靠，不易自動脫開，大大提高了汽車行駛的安全性。發動機蓋鎖相對於(yu) 汽車門鎖等，其發展還具有一定差距。如何突破機械結構的局麵，並向人性化、數字化的方向發展，將成為(wei) 發動機蓋鎖的發展前景。

   虛擬樣機技術（Virtual Prototype Technology）是在計算機的虛擬現實中實現設計、分析與(yu) 製造的技術，強調在產(chan) 品投產(chan) 之前完成設計與(yu) 製造過程的相關(guan) 分析，保證製造實施的可行性。在汽車設計領域，虛擬樣機技術是指在計算機裏應用三維設計軟件建立樣車模型並對之進行一係列的性能模擬仿真。其中虛擬樣機（virtual prototyping，VP）就是利用計算機仿真技術，建立與(yu) 物理樣機相似的模型，通過優(you) 化、集成和仿真測試得到關(guan) 於(yu) 該樣機的性能描述[2] [3] [4]。虛擬樣機技術是在數字化設計的背景中得以實現的，它依賴於(yu) 三維數字模型的準確性和參數化特性，從(cong) 而可以快速地進行分析仿真,來實現設計方案的優(you) 化。它強調數字化的產(chan) 品模型及其產(chan) 生過程，將二維圖紙表達的設計構思演變成基於(yu) 三維實體(ti) 模型的虛擬產(chan) 品（虛擬樣機），建立起數字化設計平台。因為(wei) 此項技術在汽車開發上的巨大作用，使其在汽車設計領域得到了迅速發展和廣泛應用。在汽車行業(ye) 裏，很多汽車製造商從(cong) 虛擬樣機技術的應用中獲得了巨大的收益。

   本文以UG軟件為(wei) 設計研究平台，UG軟件是集CAD/CAM/CAE功能於(yu) 一體(ti) 的軟件集成係統。運用其複合建模、鈑金建模、虛擬裝配等相關(guan) 參數化設計方法，建立發動機蓋鎖的虛擬樣機模型，並運用UG的Motion模塊進行運動學仿真分析，發揮虛擬樣機軟件的特長。虛擬樣機技術可以減少實物模型和樣機的投入，避免設計缺陷，縮短產(chan) 品開發周期，降低產(chan) 品開發成本和製造成本。

   1  蓋鎖虛擬樣機模型的建立

   本文研究的發動機蓋鎖屬於(yu) 卡板鎖，主要由鎖體(ti) 、卡板、輔助掛鉤、鎖緊手柄、鎖環、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。虛擬樣機技術的核心問題是虛擬樣機模型的建立，虛擬樣機模型應是參數化的實體(ti) 模型，隻有這樣才能滿足用戶不斷修改從(cong) 而最終實現產(chan) 品的最優(you) 設計或變形產(chan) 品設計的要求。本文首先對已有車型卡板鎖實物模型的工作原理及結構進行分析，對其主要部件進行測量，然後通過UG軟件建立各個(ge) 部件的三維實體(ti) 模型。準確的物理模型和方便的建模方法是應用虛擬樣機技術的關(guan) 鍵。在各個(ge) 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 汽車發動機蓋鎖的鎖體(ti) 模型建立

   汽車發動機蓋鎖的鎖體(ti) 結構比較複雜，是典型的鈑金部件。利用UG鈑金設計模塊創建和製作了汽車發動機蓋鎖的鎖體(ti) 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（鈑金衝(chong) 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動機蓋鎖的鎖體(ti) 建模中。汽車發動機蓋鎖的鎖體(ti) 模型，如圖1所示。應用UG軟件的參數化建模方法建立各個(ge) 部件的參數化實體(ti) 模型，為(wei) 後續的設計分析、修改模型打下堅實的基礎，從(cong) 而不斷提高汽車發動機蓋鎖的設計水平和質量。

   1．2 汽車發動機蓋鎖的虛擬裝配

   應用UG軟件的虛擬裝配模塊建立汽車發動機蓋鎖的虛擬樣機模型。完成發動機蓋鎖的各個(ge) 部件的虛擬樣機模型的建立後，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(chan) 品的虛擬裝配模型即汽車發動機蓋鎖的虛擬樣機模型將隨著改變，實現了真正意義(yi) 的參數化設計。汽車發動機蓋鎖的虛擬樣機模型即總裝配效果圖和裝配導航器如圖2和3所示。

   2  汽車發動機蓋鎖的虛擬分析

   本文主要對汽車發動機蓋鎖進行虛擬運動分析，為(wei) 了方便研究和分析，建立了四個(ge) 運動分析方案scenario1、scenario2、scenario3、scenario4。每種分析方案對應著一個(ge) 裝配排列。分析時若發現幹涉或間隙過大等問題，可以及時修改虛擬樣機模型，然後在進行分析直至滿意為(wei) 止，充分發揮虛擬樣機技術的優(you) 點，縮短產(chan) 品開發周期，降低產(chan) 品開發成本。

   2．1 汽車發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(ti) 現了虛擬樣機技術在設計中的運用。運動模擬仿真的全過程大致可以分為(wei) 以下幾個(ge) 步驟：創建連杆、建立運動付、定義(yi) 運動驅動、創建運動模擬仿真四個(ge) 步驟。本文所研究的卡板鎖的運動方式如下：發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化為(wei) 動能，從(cong) 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動機蓋往下運動直到鎖構進入第二重鎖止位置為(wei) 止；最後人手鬆開，鎖緊手柄在回位彈簧作用下回到初始位置並封住卡板回位的趨勢。為(wei) 了方便研究和分析，本文建立了四個(ge) 運動分析方案scenario1、scenario2、scenario3、scenario4。在四個(ge) 運動方案中，所定義(yi) 的連杆及運動付如表1所示。在不同的方案中，發動機蓋鎖中各個(ge) 部件的運動主要是以旋轉為(wei) 主，所以應分別為(wei) 發動機蓋、卡板、輔助掛鉤及鎖緊手柄加上旋轉付，並在運動付上施加恒定驅動為(wei) 運動函數。當創建好連杆、運動付，定義(yi) 好運動驅動之後，就可以創建運動模擬仿真了。本文采用關(guan) 節運動的方式來模擬機構的運動。關(guan) 節運動分析的優(you) 點在於(yu) 可以同時使多個(ge) 運動付運動，並且每一個(ge) 運動付所給定的步數和步長可以不同。

   2．2 裝配排列

   由於(yu) 不同的運動分析方案所對應的虛擬樣機模型的裝配位置各不相同，因此應為(wei) 每一種運動分析方案建立相應的裝配模型即虛擬樣機模型。裝配排列屬於(yu) UG軟件的虛擬裝配模塊，可在一個(ge) 裝配模型中為(wei) 組件提供多個(ge) 可選組件位置，從(cong) 而方便用戶在一個(ge) 裝配模型中不同的可選組件位置之間進行切換。可以根據需要保存多個(ge) 排列，這樣就不必在打開裝配時分別指定所要參考的可變位置，還可以定義(yi) 裝配排列來為(wei) 部件中一個(ge) 或多個(ge) 組件指定可選位置，並將這些可選位置與(yu) 部件存儲(chu) 在一起。裝配排列是UG NX2.0所特有的一項功能，它可以確定：任何子組件的可變組件定位（Variable Component Positioning ，VCP）。運用裝配排列功能，可以建立多個(ge) 組件的不同裝配位置，為(wei) 實現多個(ge) 運動分析方案奠定基礎。本文根據發動機蓋鎖的運動情況，設置了四種裝配排列位置。建立好四種裝配排列之後，可以在裝配導航器中根據需要任意地切換不同的裝配排列。本文建立的虛擬樣機模型包括四個(ge) 裝配排列，每個(ge) 裝配排列對應著一種運動分析方案。

   2．3 MPEG電影文件的生成

   在UG的Motion模塊中提供了將機構的運動仿真轉化為(wei) 可以播放的MPEG電影文件的功能。輸出MPEG文件的過程可以分為(wei) 創建UG/Photo Animation照相機路徑和生成運動仿真的MPEG文件兩(liang) 個(ge) 步驟[3]。由於(yu) UG/Photo Animation必須在分析部件文件中創建，而不能在主裝配模型中創建。所以本文對應發動機蓋鎖的四個(ge) 運動分析方案，分別創建了UG/Photo Animation照相機的視點或路徑，再打開MPEG Output（輸出）開關(guan) ，分別生成MPEG電影文件：scenario1.mpg、scenario2.mpg、scenario3.mpg、scenario4.mpg。

   因為(wei) 分別生成了四個(ge) MPEG電影文件，雖然我們(men) 可以分別在各個(ge) 方案中看到蓋鎖零件在不同運動位置的運動模擬，但是由於(yu) 發動機蓋鎖的整個(ge) 工作運動過程被分解在四個(ge) 運動分析方案中，無法串聯成全程模擬，所以使整個(ge) 運動顯得很不連貫。而一般的播放器，如Windows操作係統自帶的Windows Media Player等，都隻能單個(ge) 的播放MPEG電影，為(wei) 了解決(jue) 這一難題，使蓋鎖零件的全程工作運動直觀地展現在讀者麵前，本文選擇了超級解霸3000作為(wei) 播放器，按順序選擇所生成的MPEG電影文件：scenario1.mpg 、scenario2.mpg、scenario3.mpg、scenario4.mpg，即可將整個(ge) 發動機蓋鎖的四個(ge) 運動模擬仿真串聯起來，形成電影動畫，進行播放。

   3  結論

   以虛擬樣機技術為(wei) 設計理念，通過UG軟件，建立汽車發動機蓋鎖的虛擬樣機模型。虛擬樣機模型應是參數化的實體(ti) 模型，從(cong) 而滿足用戶不斷修改並最終實現最優(you) 設計或變形產(chan) 品設計的要求。運用UG的Motion模塊對發動機蓋鎖進行運動學仿真分析，建立了四個(ge) 運動分析方案，在虛擬樣機模型中為(wei) 每個(ge) 運動分析方案建立相應的裝配排列。將發動機蓋鎖的運動模擬以MPEG電影文件形式輸出，形成電影動畫，並用超級解霸3000播放器進行播放。通過動畫演示，可以更直觀、正確的理解汽車發動機蓋鎖的工作原理和運動的基本過程，提高汽車發動機蓋鎖的設計水平。虛擬樣機技術可以減少實物模型和樣機的投入，縮短產(chan) 品開發周期、降低產(chan) 品開發成本和製造成本，有利於(yu) 實現產(chan) 品的最優(you) 設計或變形產(chan) 品設計。