翼子板及门结构参数对A柱门缝通道的敏感性分析

2021-09-09朱炜昱

汽车实用技术 2021年16期

高婵，朱炜昱

（上汽大众汽车有限公司前期开发科，上海 202101）

关键字：翼子板结构参数；门缝；敏感性

引言

车门外板是车门钣金总成的外覆盖件，也是与造型面直接相关的零件[1]。车门大面的造型决定了汽车整体的造型语言，在造型面上，经常会有起伏剧烈的造型特征线，增加了设计门缝通道的难度。在实际开发过程中，为了降低成本，节省开发费提高开发效率，A柱门缝所涉及的零件需要满足技术侧碰等要求，导致了门缝通道的设计要求和造型设计需求冲突，直接增加设计出满足开闭件运动要求门缝的困难。因此，对A柱门缝通道优化和分析，在前期开发阶段至关重要。

1 A柱门缝通道的设计要求

A柱门缝为A面上翼子板折边与前门包边之间的缝隙。如图1所示，这条缝隙的存在，是为了满足车门开关运动过程中始终和周边零件保持一定距离的要求。除此之外门缝走势还需要满足造型美观协调的要求。同一个造型大面，可能存在着多条满足开关间隙要求的门缝。为了给造型更自由更宽松的设计条件和更高的开发效率，建议开发前期绘制出门缝通道，即找出A面上所有满足门缝要求的前后限制边界。这样造型绘制门缝的时候，只需在这个通道范围内找到一条最符合造型语言特征的门缝即可。

图1 A柱门缝通道示意图

A柱门缝通道前边界是，当前门最大开启时，前门与侧围（包括铰链螺栓）满足最小间隙要求时，翼子板折边的极限位置。A柱门缝后边界描述的是，在前门的开关运动过程中，与周边零件满足最小间隙要求的前门包的边极限位置。图2所示为轴线与造型面关系。

图2 轴线与造型面

A柱门缝通道在设计时，需要考虑到门安装及运动过程中钣金件的安装公差等，包括铰链轴，翼子板，前门以及门过开的角度等。需要考虑到的极限情景包括：

（1）前门过开时，前门需要与周边零件保持最小间隙。

（2）前门开关运动过程中，需要与周边零件保持最小间隙。

（3）带塑料件（如门护板等）装卸过程中需要与周边零件保持最小间隙。

2 A柱门缝通道的影响因素以及优化方案

2.1 铰链的布置

车门铰链位置非常关键，决定车门开缝位置的同时，还对造型大面和A，B柱走势都有很大的影响[2]。铰链的内倾角和后倾角要满足车门在开启和关闭过程中受力及开关门时离地间隙要求[3]。铰链轴线内倾角通常建议在2°到3°之间，后倾角在－1.5°到2.5°之间。在相同铰链倾角的情况下，铰链跨距越大，铰链抵抗重力矩所需的力就越小，跨距建议大于400 mm。布置时，上铰链受限于窗框线，下铰链需避开侧碰区[4]。门缝通道前边界在铰链螺栓位置处会有相应凸起部分，后边界在造型变化剧烈位置会有阶跃突变。因此应尽量避免将这两个苛刻部分位于同一高度位置。否则如图3(a)所示，在造型特征变化剧烈部分布置铰链轴，门缝通道的前边界与后边界直接干涉，造成门缝无解。而铰链避开特征剧烈位置布置时，如图3(b)布置铰链，此造型门缝有解。

图3 铰链轴布置位置

2.2 铰链螺栓的结构

在门缝通道前边界苛刻情况下建议优先选择结构紧凑的铰链螺栓。以某款SUV为例，如图4(a)所示，当前门开启到最大角度时，前门包边与螺栓干涉1.1 mm，替换一颗结构紧凑的螺栓后，如图4(b)所示，两者间隙变为3.9 mm。在铰链位置相同的条件下，大幅改善苛刻情况。

图4 螺栓图

2.3 铰链轴距造型大面的距离

铰链轴距造型大面的距离直接影响门缝通道后边界的位置，铰链轴距A面距离越远，门缝通道后边界越靠前，门缝通道越窄，越不利于造型开缝。所以在铰链安装位置不变的情况下，建议选择长铰链臂，缩短铰链轴到造型面的距离，从而增大门缝通道宽度。

2.4 造型大面的特征起伏

如图5所示，在造型特征起伏剧烈处门缝通道的后边界会有一个阶跃式的变化。从某一个确定的高度位置H开始，门缝通道的后边界就从位置2变为位置1。这是因为在造型特征起伏剧烈的地方会多一解。在阶跃位置做截面如图6所示，可以看出，门缝位置1和2都能满足极限位置的要求。即考虑各种公差情况下，前门开关运动过程中，翼子板和前门保持最小间距要求1 mm时，同时有两个解满足这个极限要求。当前门缝的位置在A面上沿着X轴方向移动时，前门圆角包边的运动轨迹距翼子板包边间距逐渐减小，在位置1处，达到了最小的间距要求1 mm。越过这个点的位置，门缝位置继续沿着X轴向前走，就会发现，运动轨迹与翼子板包边的间距继续减小，不满足1 mm间距要求。然而当跨过造型特征圆弧的时候，间距反而慢慢增大，到达位置2的时候，间距又达到了满足要求的1 mm。虽然有两个解，门缝后边界的极限位置只能限制在了位置1。这就导致在A面上，门缝通道在有造型特征的地方会有一个阶跃式的突变。

图5 造型特征起伏处

图6 造型特征起伏处

2.5 前门最大开启角度

在未安装限位器之前，门的开启最大角度一般在72°～78°。如图7(a)所示，以某款SUV为例，门侧铰链安装角度为10°，由于铰链结构的自身限制，当开启77°时，门侧铰链结构和侧围铰链结构相碰，从而达到前门最大开启位置。而此时，前门包边与A柱铰链螺栓干涉0.5 mm。当门侧铰链安装角度调整为12°时。如图7(b)所示，前门最大开启角度减小为75°。当开启的最大角度减小，就避免了前门包边与A柱铰链的干涉，使得前门与铰链螺栓之间的间隙增大为1.5 mm。值得注意的是，门侧铰链安装角度调整不能过大，需要保证前门的最大开启角度。

图7 铰链螺栓

2.6 翼子板和前门包边结构

如图8所展示翼子板和前门包边结构，这些参数与钣金件冲压成型性以及门缝通后边界相关。总体来说，翼子板结构圆角越小，A柱门缝通道的后边界就越靠后，相同的条件下，门缝通道就会变宽。但翼子板圆角过小会影响钣金冲压成型性，建议外圆角1.2 mm到1.8 mm范围内，内圆角控制在不超过1.8 mm。翼子板小翻边越短，门缝通道越宽。当没有小翻边的时候，门缝通道宽度最大。小翻边长度一般建议不大于0.3 mm。小翻边的拔模角度建议大于3°。翼子板斜切翻边角度建议大于45°。前门包边圆角半径建议1.2 mm。

图8 翼子板及门包边结构参数

3 结构参数对门缝通道后边界的敏感性

为了更好地了解结构的重要参数对门缝通道后边界的影响，在这一节主要进行参数对门缝通道的敏感性分析。每个参数都有不同的单位和物理意义，所以敏感性定义如下：

如图9所示，x代表了门缝通道后边界观察点X轴的坐标，∆x表示门缝通道后边界沿X轴方向移动的距离。∆x为正，说明门缝通道后边界沿X轴向后移动，意味门缝通道变大，利于门缝通道的设计。∆x为负，说明门缝通道后边界沿X轴向前移动，门缝通道变窄，会增加门缝的设计布置的困难。k代表如下定义的结构参数值：

图9 门缝通道示意图

（1）翼子板外圆角半径Rka；

（2）翼子板内圆角半径Rki；

（3）翼子板小翻边长度Lk；

（4）翼子板小翻边拔模角Wk；

（5）翼子板斜切翻边角度Wki；

（6）门包边圆角半径Rt。

∆k表示参数在初始位置时1%的上浮量。∆xcrit表示参数上调1%时门缝通道后边界观察点的X坐标值与参数初始值时观察点X坐标值的变化量。

图10所示为结构重要参数对门缝通道后边界位置的敏感性结果。由图可知当参数如下变化时会使门缝通道的后边界沿X轴正向移动，使门缝通道变大，优于门缝的布置：

图10 翼子板及门包边结构参数敏感性

（1）翼子板外圆角半径Rka的减小；

（2）翼子板内圆角半径Rki的减小；

（3）翼子板小翻边长度Lk的减小；

（4）翼子板小翻边的拔模角度Wk的减小；

（5）前门包边圆角半径Rt的增加。

通过上图可以判断，其中对门缝通道后边界影响最大的结构参数是翼子板外圆角半径Rka，当Rka增加1%，即从1.3 mm增加到1.313 mm时，门缝通道后边界会沿X轴向前移动0.142 mm。使得门缝通道变窄。前门包边圆角半径增加1%时，门缝通道后边界会向后移动0.096 mm，使得门缝通道变宽，优于门缝的布置。而翼子板斜切翻边角度对门缝通道的后边界无任何影响。即翼子板斜切翻边角度的增减都不会对门缝通道造成任何改变。它对于后边界的敏感性为0。

如表1所示，一般来说，翼子板折边结构参数为，外圆角1.3 mm，内圆角1.5 mm，小翻边0.3 mm，小翻边拔模角3°，同时翼子板斜切翻边角度为45°。前门包边为1.15 mm。可见，这些参数上调1%时，翼子板外圆角所导致的门缝通道缩小最严重。如果不考虑初始值的影响，敏感性最大的为翼子板小翻边，当变化相同单位的数量级，即所有长度单位参数都增加0.1 mm的情况下，翼子板小翻边所导致的门缝通道缩小量最大。