旋转式车门关闭力优化设计

2017-01-20刘堃郑喜霖韩洋

中国设备工程 2017年4期

关键词：密封条铰链车门

刘堃，郑喜霖，韩洋

（1.北京汽车研究总院有限公司；2.北京汽车集团有限公司，北京 1 0 1 3 0 0）

旋转式车门关闭力优化设计

刘堃1，郑喜霖2，韩洋1

（1.北京汽车研究总院有限公司；2.北京汽车集团有限公司，北京 1 0 1 3 0 0）

车门作为使用频率最高的车身开闭件，其开闭的轻便性、灵活性是用户关注的重要性能之一。车辆使用过程中，车门关闭力过大一直是用户反应最多的问题之一。本文首先规范了关闭力评价方法，之后定性分析各因素对关闭力的影响、通过能量法计算关门能量，最后针对车门关闭力过大问题制定解决方案。

旋转式；车门；关闭力；优化

1 范围

本设计不适用于推拉式滑动门、折叠门和具有自动吸合功能的车门，旋转式侧开尾门可作参考。

2 概述

2.1 车门系统组成

车门系统一般由车门钣金总成、车门附件与车门内饰组成。

2.2 车门系统主要部件功能简介

车门钣金总成主要由车门内板、车门外板、防撞梁、窗框加强板、铰链加强板、锁加强板等焊接而成。车门附件主要包括铰链和限位系统、门锁系统、玻璃升降系统、密封系统等，直接影响车门的使用性能。车门内饰主要包括内饰板、芯材、衬垫等组成，其除了用于装饰车门外，还可以起到隔声、吸声、防止灰尘、雨水等作用。

3 术语和定义

3.1 最小关闭速度

车辆空载且车窗均关闭的情况下，让车辆在水平面上保持驻车状态，车门上的A点通过B点位置时，恰好能使车门关闭的速度。

3.2 车门静态关闭力

从门锁与锁扣接触位置匀速关闭车门，直至门锁完全锁止所需要的最小关闭力。

3.3 门框密封条

通过卡口卡接或胶条粘接等方式固定在车门内板上的密封条。

3.4 门洞密封条

卡接在门洞止口上的密封条。

4 车门关闭力评价

车门关闭力评价方法。目前，车门关闭力评价方法分为主观评价与客观评价。主观评价是客户以心理预期的关闭力关闭车门时，根据是否关闭、关闭程度对车门关闭力的感受。客观评价以关闭力的大小来评价，实际实施过程中以“车门最小关闭速度”进行表征。

5 关闭力影响因素分析

最小关闭速度可直接反应关门时最小能量，即最小的关闭力；静态的关闭力一定程度客观反映密封力。实际应在保证必要密封力的前提下，控制最小关闭速度在标准范围内。车门关闭的力学过程，需要克服车门铰链、限位器的摩擦阻力、驾驶室内压缩空气的气压阻力、密封条的压缩反力以及车门门锁的阻力等。铰链轴的倾斜角度、零部件的制造精度、装配等也会对其产生影响。

5.1 密封条对关闭力影响分析

（1）车门密封条介绍。车门与门洞止口在设计时保留密封间隙。密封间隙在总装车间通过车门密封条来密封，其中密封条根据安装位置的不同，分为门框密封条与门洞密封条。门框密封条通过卡扣卡接或胶条粘结在车门内板上，门洞密封条通常卡接在门洞止口上。车门密封条不仅可以防止雨水、尘土、风、噪音进入车内，同时，在车门关闭过程中还起到缓冲作用。

（2）封条对关闭力影响。车门关闭过程中，密封条受到挤压，密封条变形从而吸收车门关闭能量。车门密封条吸收的能量越少，关闭车门所需的能量也就越少。车门关闭能量不单纯同密封条系统吸收的能量成正比，其同整车制造质量及车门车身匹配也有很大关系。调整密封条的密封力可降低车门关闭力。①密封条参数优化。当车门关闭力过大，从以下几个角度排查密封条相关因素：第一，实测密封间隙是否满足设计要求。一般密封间隙的公差是设计值±1.0 mm，过大，会导致车门、噪音，密封失效；间隙过小则会导致车门关闭力增大。第二，密封条压缩负荷是否满足设计要求。密封条压缩负荷规定了密封条单位长度的密封力，其值越高，反映密封条的压缩反力越大，关闭力也越大。②密封条排气孔影响。适当增加排气孔的直径和降低排气孔的间距会降低关闭力与静态密封力。

5.2 密封间隙对关闭力影响分析

对应密封条位置，车门与侧围之间的间隙为密封间隙，当密封条断面一定时，密封间隙直接决定密封条压缩量，影响关闭力大小。影响密封间隙的主要因素为车身与车门的制造精度以及车门的装配精度。

（1）车身与车门的制造精度。根据设计经验，密封间隙精度一般为±1.0 mm。影响其精度的因素主要包括，车门内板密封面轮廓度、侧围门洞面轮廓度、铰链安装面轮廓度。

（2）车门的装配误差。根据要求装配车门钣金总成，如果车门装配完成后相对于车身向内偏差过多，密封间隙将明显减小，关闭力显著增加；反之，密封条压缩反力减小，导致车门密封性能降低

5.3 气阻效应对关闭力影响分析

根据某公司的相关研究表明，车门关闭，空气阻力所消耗的关门能量占整个关门能量的3 0%～5 0%。所以气压阻力对关闭力有着举足轻重的作用。

（1）气压阻力形成原理。在车门关闭过程中，车门区域扫过的空气被瞬间压入车厢内，车厢内的气压瞬间升高，在气压升高的同时，被挤压的空气通过泄压阀以及车门缝隙流出，但瞬间空气的压入量远大于空气的压出量，使得车内气压瞬间升高，导致关门阻力变大。

（2）气压阻力的影响因素。气压阻力大小：空气的压入量与压出量。空气压入量因素：车门关闭速度、车门关闭前的开度、车门尺寸。空气压出量因素：受控空气泄漏量、不受控空气泄漏量

（3）气压阻力的减少措施。压入量大于压出量时，则车内产生气压阻力，故减少气压阻力的主要途径为：减少空气压入量和增加空气压出量。

影响空气压入量的3个因素与汽车的造型设计、车门布置等因素有关，不易更改。可从空气压出量考虑改进措施：①增加受控空气的泄漏量。增加受控空气的泄漏量来减少车门关闭瞬间空气阻力的增加，如泄压阀的面积。②减少不受控空气泄漏路径上的阻力。疏通不受控空气泄漏路径，减少不受控空气在泄漏过程中的阻力，减少气压阻力。

5.4 车门铰链对关闭力影响

（1）铰链轴线。根据设计经验，铰链轴线在x=0平面上的投影与z轴之间的内倾角不超过3°；铰链轴线在y=0平面上的投影与z轴之间的后倾角不超过3°。此时关闭过程中，因重力势能辅助，有助于关闭。但其在开门时有反作用，不宜太大。

（2）铰链转动力矩。铰链自身存在摩擦扭矩。当扭矩过大时会影响车门开启或关闭的平顺性。

（3）同轴度。由于铰链制造或装配误差的不同轴，会增加铰链的转动力矩，导致车门关闭力或开门力增大。一般同轴度要求为φ0.5 mm。

5.5 限位器对关闭力影响分析

限位器提供给车门2～3个开关档位，且能保证在任意一个档位停住。通过调整限位器臂轮廓可改善限位器对车门开闭的影响。

5.6 锁对关闭力影响分析

车门锁由锁体与锁扣组成，车门关闭过程中，锁扣与锁体的接触后，会对车门的关闭产生阻力效应。锁扣接触到锁体的瞬间，阻力达到最大值。