汽车车门，作为车辆设计中不可或缺的精髓所在，其形态与功能不仅深刻塑造着汽车的整体美学风貌与独特风格，更是直接关系到每一位乘客的出行安全与乘坐体验。随着科技进步与消费者需求的日益多元化，车门设计已不再局限于传统的实用范畴，而是成为了展现汽车品牌理念、技术创新及个性化追求的重要窗口。
在这个追求极致美学与功能并重的时代，车门的设计经历了前所未有的变革与创新，越来越多好看的车门类型也展现在我们面前，例如剪刀门、欧翼门、蝴蝶门等等放到现在这个时代已经是司空见惯的存在。其中，最常见的莫过于轿车的普通铰链侧开门和面包车的滑移门。
对比普通铰链侧开门的汽车而言，采用滑移门的汽车更能在狭小的空间完成开关门，并且在一定程度上减少了因为侧开门导致的交通事故。但是，滑移门使用了一段时间过后，容易因导致机械故障、密封性能下降、润滑减少导致噪音和零件老化等问题的出现。下面针对滑移门使用一段时间后导致导轨变形的问题进行仿真分析。
某车型的滑移门经过一段时间的正常使用，出现上导轨变形，移门沿导轨滑动困难的情况。经过现场检测确定：移门初始状况良好，沿导轨滑动顺畅，并且在初期的使用过程中可以保持良好的开关性能和运动状态。现场分析一时难以找到故障原因。
图1变形后的上导轨
变形后的上导轨如图1所示。变形区域集中在导轨外侧移门滚过限位器的区域，变形后导轨外侧呈波浪形分布。由于移门相对导轨没有固定点，为了限制其自由运动，系统本身通常设计成过约束系统，受力状态较复杂，受装配的影响较大，因此故障的诊断和排除具有一定难度。运用 CAE仿真技术，模拟滑移门沿导轨运动和跨越限位器的过程，通过改变输入参数来模拟现实中可能出现的偏差，考察各种偏差对车门开启运动的影响，可以很快诊断故障原因。
滑移门的结构如图2所示。滑移门通过上、中、下三个滚轮支架放置在与车身固接的导轨内。滚轮支架通过绞链与门内板连接，两者之间可以自由转动，因此整个移门系统组成一个复杂的多自由度系统。通过滚轮与导轨的接触，不仅可以限制这些自由度的运动，而且可以引导移门沿预定轨迹滑动。
图2 滑移门、限位器、滚轮支架及导轨结构
如前所述，移门在使用了一段时间后，当下支架滚轮滚过限位器弹片时，上导轨外侧发生变形。因为导轨只与滚轮接触，因此导轨发生变形的原因只可能是：滚轮作用于导轨的载荷超过了导轨的承载极限。导致滚轮作用于导轨的载荷急剧增大的原因可能有三种：(1)导轨的微小变形和偏差在使用过程中被积累放大;(2)限位器的弹片被滚轮多次滚压之后磨损、变形;(3)滚轮与导轨磨损，导致两者之间摩擦系数增大。这三种可能的原因均可以通过 CAE仿真模拟的办法进行评估，通过改变计算模型的输入条件可以验证这些因素对于移门与导轨运动状态的影响。
有限元分析
分析移门系统经过限位器时，各滚轮与导轨的受力情况，以及限位器的变形情况。由于移门系统包含的部件较多，为提高计算速度，对计算模型作了相应的简化。根据分析的重点，模型中详细建立了滚轮、滚轮a，仅保留其质量分布特性。有限元模型如图3所示支架，导轨和限位器等部件，对于移门的内、外板、保险杠、门锁等部件则简化为集中质量和转动惯量单元。
图3 移门运动分析有限元模型
为模拟上述三种可能的因素对滚轮与导轨间载荷的影响，我们在计算模型中对相关输入信息做了相应的调整。对于因素(1)，调整导轨的形状与位置来模拟实际情况中可能的偏差;对于因素(2)，调整限位器弹片的厚度与形状来模拟簧片经过挤压和磨损后的情况;对于因素(3)，调整滚轮与导轨间的摩擦系数来模拟摩擦增大的情况。
通过改变上述参数进行仿真计算，考察导轨与滚轮间的作用力，很快找出导致移门运动失效、导轨变形的根本原因是导轨与滚轮间的摩擦系数的不稳定，在正常使用一段时间后会增大。如图4为当摩擦系数依次为 0.02、0.05、0.1、0.2 时，上支架滚轮与导轨之间的接触力曲线。由此可知，当滚轮与导轨间的摩擦系数为 0.02、0.05、0.1时，滚轮作用于导轨的载荷均存在一个极限值，当滚轮滚经限位器后，滚轮与导轨之间的作用力会逐渐减小:当滚轮与导轨间的摩擦系数增大到 0.2时，滚轮与导轨间的载荷呈现发散的趋势接触力不断增大，直到超出导轨的承载能力而变形损坏。
图4 上支架前滚轮作用于与导轨的载荷
图5为摩擦系数为 0.2时，滚过限位器后上支架滚轮与导轨的接触情况。由此可知，上支架的前滚轮与导轨的外侧接触，后滚轮与导轨的内侧接触。在开启过程中，移门通过绞接点带动上支架运动，形成逆时针方向力矩，加剧了滚轮与导轨之间的正压力，从而近一步提高摩擦阻力。当滚轮与导轨之间的摩擦系数大到一定程度时，移门力的增加不足以克服摩擦阻力的增加，会形成自锁，令接触力呈发散的趋势，最终超出导轨的承载能力，破坏导轨。
图5上支架滚轮与导轨的接触情况(u=0.2)
依据以上仿真计算可知，导致导轨变形的原因有两个:(1)滚轮与导轨之间的摩擦系数在使用后因磨损而增大，形成自锁;(2)上支架与车门绞接点距离滚轮距离较远，开启过程中形成较大逆时针力矩，加大了滚轮与导轨间的正压力。针对以上分析结果，改进从两方面入手:(1)保证滚轮与导轨间的摩擦系数可以维持在稳定的较低水平;(2)减小上导轨支架与车门绞接点到滚轮之间的距离。改进(1)需要找到耐磨性更好的替代材料，受现实条件限制没有采用。采用改进方案(2)，重新设计的上支架结构，如图6所示。
图6 上支架结构改进前后对比
结构改进后，上支架滚轮与导轨之间的接触力曲线如图7所示。改进后，即使摩擦系数达到0.2，上支架滚轮与导轨之间的接触力依然成收敛趋势，不再出现自锁的情况，改进效果明显。最后通过试验验证，采用该方案后移门运动可靠性大大提高，可以满足使用要求。
图7 改进后，上支架前滚轮作用于与导轨的载荷
结论
（1）移门运动的可靠性受诸多因素影响，其中尤其以滚轮的摩擦特性、支架的结构形式影响最大；
（2）为提高移门的运动可靠性，滚轮支架与车门的绞接点距离滚轮的距离应该尽可能短；
（3）滚轮在使用一段时间后会磨损，摩擦系数有可能增大，从而影响移门的运动可靠性，应尽可能选用耐磨性较好的材料制做滚轮；
（4）ABAQUS/Explicit 可以较好的模拟移门开关过程以及滚轮与导轨之间的摩擦，很好的再现和预测了试验。
