基于气压阻的某车型关门速度的优化

赖乾文 覃天庞 蒋文海

【摘 要】汽车的关门速度是衡量汽车质量的一项重要参数。关门速度涉及整车气密性、胶条结构、车门装配、泄压阀等众多因素。文章从泄压阀的角度出发，分别采用仿真和实验的手段对某车型泄压阀对于关门速度的影响进行了研究，研究表明泄压阀位置、大小对关门速度有直接的影响，最终通过改善泄压阀的结构，降低了关门速度。

【关键词】关门速度;泄压阀;优化

【中图分类号】U463.834 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）05-0020-04

1 概述

汽车的关门速度对于汽车整车品质至关重要。根据调查显示，车门关闭力过大是新车受抱怨的众多质量问题之一[1]。对于自主品牌，车门关闭难的问题尤为突出。车门关闭力大一方面表现为车门关闭时需要较大力度，另一方面表现为较高的关闭速度使车门与车身产生剧烈碰撞，导致车内气压急剧升高，给乘客不良的体验。影响关门速度的因素有门的重量、铰链、限位器、密封胶条、门锁、气压阻，其中气压阻力占30%～50%，密封胶条约占40%[2]，是影响车门关闭力的主要因素。同时，胶条本身也会影响关门过程的气压阻力，因此考虑从气压阻力层面优化某车型关门力。

2 某车型车身状态调查

经反映，某车型关门速度过高，车门关闭力大，要改善这种状态，需先对该车型车身状态进行测量，并对标竞品车，了解问题所在。为此，准备了某车型及其对标车型1、2、3，测量其在正常状态及封堵车身缝隙下整车气密性和关门速度。

2.1 车身气密性测量及结果

测量某车型及其对标车的车身泄漏量（如图1所示）。仪器往车身通气，当车内的气压稳定时测量泄漏量。仪器中的烟雾发生器可以产生大量烟雾，方便识别车身泄漏位置，便于封堵。

依次将压力调整为25 Pa、50 Pa、75 Pa、100 Pa，得到各车型的泄漏量（留空表示超出整车气密测试仪量程），见表1。

由表1可以得出结论：

（1）在压力较低（25 Pa和50 Pa）时，某车型和对标车整车泄漏量相差不大;压力较高时（75 Pa和100 Pa），某车型和对标车整车泄漏量相差较高。

（2）在封堵全部泄压阀时，某车型泄漏量明显高于对标车型。说明其整车不可控泄漏量较高，整车气密性较差。

封堵车身缝隙后再次测量某车型及其对标车的车身泄漏量（如图2所示），依次将压力调整为25 Pa，50 Pa，75 Pa，100 Pa，得到各车型的泄漏量（见表2）。

由表2可以得出以下结论。

（1）与不封堵车身缝隙相比，封堵车身缝隙后某车型整车的泄漏量与对标车的差距有所减小，这验证了“某车型整车不可控泄漏量较对标车型高”的结论。

（2）封堵车身缝隙后，某车型整车的泄漏量与对标车相近，而封堵泄压阀后，某车型泄漏量明显高于对标车型，说明某车型车门关闭时主要靠车身缝隙排气减压，泄压阀排气性能低于对标车型，还存在优化空间。

2.2 关门速度测量及结果

测量不同工况下某车型及其对标车左前门关门速度。测量采用车门测速仪（如图3、图4所示）。

测量未封堵车门缝隙下左前门的关门速度，所得数据见表3。

其中，封堵一侧泄压阀和封堵全部泄压阀均为在其他车门全关的条件下測量。

由表3可以得出以下结论。

（1）某车型关门速度显著高于对标车型，最大相差0.3 m·s-1。

（2）对比四门全关与封堵全部泄压阀的左前门关速度可以发现，封堵前后某车型的关门速度均为最高，且变化最小，增大14%，最大为对标车3，为33%。说明某车型泄压阀作用相对于其他车型，发挥作用较低，尚有优化空间。

封堵车身缝隙后再次测量各车型左前门关门速度，所得数据见表4。

其中，封堵一侧泄压阀和封堵全部泄压阀均为在其他车门全关的条件下测量。

结合表3、表4可以得出以下结论：封堵车身缝隙使某车型及对标车1、2关门速度增加0.02左右，对于关门速度影响不大。

2.3 测量结果总结

经过测量某车型及其对标车车身状态的数据发现，某车型不可控泄漏量较高，且泄压阀的泄压功能较对标车型弱，鉴于对于量产车型不可控泄漏量难以控制，因此计划从泄压阀入手进行优化，分别采用CFD仿真及实车实验进行。

3 优化路线以及措施

泄压阀方面的优化可以从泄压阀本身入手，研究泄压阀尺寸、结构等对于关门速度的影响;此外，从泄压阀作用于车身方面入手，研究泄压阀位置对于关门速度的影响。考虑到在车身上实施更改泄压阀位置的可操作性，为了降低实验成本，采用CFD流体仿真与实验相结合的方法进行优化。

3.1 CFD仿真分析和结果

本次CFD仿真主要研究泄压阀大小、位置与关门力的关系，为了便于处理模型，仿真中关门速度恒定，采用车门受到的气压阻力表征车门关闭力大小;仿真中车门受到的阻力大，说明在实际中对应工况下关门过程受气压阻影响大，关门速度大，反之则关门速度小。

3.1.1 不同泄压阀大小的仿真工况和结果

对车身进行建模，如图5所示。

针对不同泄压阀大小所设立工况和CFD计算结果见表5。可以看出，泄压阀的尺寸越大，即面积越大，车门所受到的扭矩峰值越小，对关门速度越有利，将泄压阀增大两倍，可以使关门瞬间扭矩降低31%。

3.1.2 不同泄压阀位置的仿真工况和结果

针对不同泄压阀位置所设立工况和CFD计算结果见表6。

由表6可以得出以下结论。

（1）当泄压阀的布置位置不同时，车门所受扭矩的变化百分比均在6%以内。

（2）不同泄压阀位置时，对车内压力峰值和扭矩的影响较小，可以认为不同泄压阀位置对关门力没有影响，因此对于内饰泄压开孔位置不做修改。

3.2 实车实验以及结果

根据仿真实验结果，同时考虑胶条对关门速度的影响，制订实车实验方案如下：？譹？訛通过等效方式，测试不同泄压阀大小方案;？譺？訛更改泄压阀结构，优化排气性能。

3.2.1 泄压阀面积大小方案

由于直接更改泄压阀大小时，需要同步更改钣金件开口大小，因此采用等效方案：先测量正常状态下关门速度，然后封堵泄压阀，调整车窗的高度，使其关门速度与正常状态相等，这时候认为车窗开口的效果与泄压阀效果相同（如图6所示）。取消泄压阀封堵，此时可以当做将泄压阀面积增大一倍。测量结果见表7。

3.2.2 泄压阀本体排气性能优化方案

经过调查研究发现，某车型泄压阀的叶片张开困难，需要克服较大的阻力，原因是泄压阀叶片与本体连接处产生干涉（如图7所示），对其连接方式进行更改，使其不再产生干涉（如图8所示）。

测量更改前后的车门关闭速度，结果见表8。

3.2.3 实车实验小结

由以上实验结果可以得知：？譹？訛增大泄压阀1倍使关门速度降低了8.5%，效果明显;？譺？訛更改泄压阀本体与叶片的连接方式，使关门速度降低8.8%，效果明显。

4 总结

本文通过研究车身的状态，与对标车进行对标，得出了影响某车型车门关闭力的一个重要因素，据此进行仿真和实车实验，得出优化某车型车门关闭力的方法：更改泄压阀本体与叶片的连接方式;增大泄压阀面积。其中，增大泄压阀面积需要同时对车身和泄压阀进行改动，涉及范围较广，而且增加成本，因此采用修改泄压阀结构的方式较为理想。

参 考 文 献

[1]Raviraj Nayak，KeeLm.OPtimization of the Side Swing Door Closing Effort[C].In：SAE TECHNICAL PAPER SERIES.Detroit，Michigan：SAE，2003.

[2]刘九五.基于装配偏差分析的车门关闭力计算研究[D].长沙：湖南大学，2015.

[3]汪寧，吴卫东，张庆如.汽车车门关闭速度与定量施力研究[J].汽车实用技术，2011（1）.