車門開閉感評價與優(yōu)化

陳緩鄧智偉劉立群張宗華鄧衛(wèi)東潘毓濱

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

車門開閉感評價與優(yōu)化

陳緩鄧智偉劉立群張宗華鄧衛(wèi)東潘毓濱

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

分析了影響車門開閉感的主要因素，將車門開啟力、車門開啟聲音、車門關門聲音、最小關門速度和背壓力作為評價車門開閉感的評價參數(shù)。以此對某SUV車型提出了優(yōu)化方案。對比該車型優(yōu)化前、后的車門開閉感評價參數(shù)測量結(jié)果可知，優(yōu)化后各參數(shù)均有不同程度的減小，優(yōu)化措施有效，解決了其車門開閉感較差的問題。

車門開閉感是指車輛開關門力和開關門聲音等給人的主觀感覺，其作為影響汽車操作舒適性的重要指標，受到用戶廣泛關注。車門開閉感由于影響因素眾多，尚無統(tǒng)一的評價參數(shù)和標準，一直都是車身設計中的難點。

1 車門開閉感評價

轎車車門通常采用旋轉(zhuǎn)式車門，本文所有的分析和論述均是針對旋轉(zhuǎn)式車門。車門開閉感評價是對車門開閉性能的綜合評價，目前各大汽車廠商對于車門開閉感的評價參數(shù)和標準不盡相同。本文通過查閱國內(nèi)、外相關文獻并結(jié)合工作實踐，分析總結(jié)出了車門開閉感的評價參數(shù)和評價方法，并將其應用于某SUV車型的車門開閉感評價。

1.1 評價參數(shù)

討論車門開閉感的評價參數(shù)，首先應該分析開關門過程，如圖1所示。在正常的開門過程中，人手持續(xù)對車門外把手施加不斷變化的拉力，使車門從關閉狀態(tài)打開至車門最大開度，在此過程中可明顯感受到幾次力的峰值，依次出現(xiàn)在外把手打開門鎖時（產(chǎn)生車門開啟力）、越過限位器一級開度時（產(chǎn)生限位器一級開門阻力）、越過限位器二級開度時（產(chǎn)生限位器二級開門阻力），同時還可感受到打開門鎖時的聲音（車門開啟聲音）和開門過程中聲音是否異常。在正常的關門過程中，人手在車門外把手處或在其附近門邊緣處施加一個瞬時力，使車門從最大開度至關閉狀態(tài)，在此過程中可感覺到瞬時力大?。ㄜ囬T關閉力）和關門聲音。從以上車門的開閉過程分析，可得出車門開閉感的評價參數(shù)為車門開啟力、限位器一級開門阻力、限位器二級開門阻力、車門開啟聲音、車門關閉力、車門關門聲音。上述參數(shù)一般是指能使車門開啟或完全關閉的最小值。

目前關于車門開門性能的相關文獻很少，而關于關門性能的研究相對較多。車門關閉力由于很難定義其測量條件，如施力方向、施力時間以及能使車門完全關閉的臨界狀態(tài)，故在各大整車企業(yè)中，一般用最小關門速度和背壓力代替關閉力來評價關門性能。

綜上所述，本文將車門開啟力、車門開啟聲音、車門關門聲音、最小關門速度和背壓力作為車門開閉感的評價參數(shù)。

1.2 評價方法

車門開閉感的評價方法有主觀評價和客觀評價2種。主觀評價主要通過反復開關車門進行。一般認為，好的車門開門時，聲音柔和，開門力適中，手感好，關門時發(fā)出“嘭”的聲音，給人的感覺是車門剛度好，結(jié)實耐用，即開關門力適中，各個擋位清晰，無異響。差的車門開門時，有“嘣”的釋放聲，開門力過大或過小，手感差，關門時給人感覺輕薄，發(fā)出“啪”的聲音，即關門力過大或過小，各個擋位不清晰，開關門過程中伴有金屬異常噪聲。常用的開閉感主觀評價方法有成對比較法和等級評分法。成對比較法是將待評價樣本成對進行比較，據(jù)此做出相關的比較評價；等級評分法一般是采用10分制，得分越高表明車門開閉感越好，以6分為是否可以接受的分界線?？陀^評價是通過試驗測量評價參數(shù)來評估車門開閉感。

僅通過主觀評價很難全面考察車門開閉感，而且不利于查找影響開閉感的原因及問題的解決。因此，在車門開閉感評價時，可以以主觀評價為起點，通過客觀評價來評估，特別是對主觀評價較差的項目需通過客觀評價來查找原因。

1.3 評價案例

采用上述車門開閉感評價方法和參數(shù)對某SUV車型A在生產(chǎn)調(diào)試階段的多臺樣車及其對標車某SUV車型B進行了評價。

主觀評價采用10分制評價方法，主觀評價人員由車身設計工程師、NVH工程師、商品性評價師、質(zhì)量工程師和市場銷售人員共數(shù)十人組成。評價結(jié)果見表1。

表1 A/B車門開閉感主觀評價結(jié)果對比

客觀評價時由于A車是生產(chǎn)調(diào)試階段樣車，制造精度不是很穩(wěn)定，故隨機抽取8臺樣車進行各評價參數(shù)的測量，并除去其中偏差較大的3個測量結(jié)果，最后對剩余的5個測量結(jié)果求平均值得到A車的最終評價結(jié)果。A車、B車最終客觀評價結(jié)果見表2，可知客觀評價結(jié)果也是B車車門開閉感明顯優(yōu)于A車。

表2 A車和B車車門開閉感客觀評價結(jié)果對比

2 影響因素分析

針對A車車門開啟力、開啟聲音、背壓力及最小關門速度偏大的問題，進行影響因素分析。車門與側(cè)圍的制造精度對車門開閉感的各評價參數(shù)有不同程度的影響，但本文主要研究設計上的影響因素。

研究表明，車門開啟力主要與車門外開系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關。車門開啟時“嘣”的釋放聲主要是由背壓力過大造成。而背壓力和最小關門速度主要與空氣阻力、車門密封條阻力、門鎖閉鎖阻力和車門重力產(chǎn)生的自閉力有關。經(jīng)驗表明，若車門正常關閉前車門緩沖塊與側(cè)圍干涉，會顯著增大背壓力，對車門最小關門速度也會有所影響。

2.1 車門外開系統(tǒng)

通過對外把手、門鎖結(jié)構(gòu)及外開解鎖過程進行分析，可得到車門開啟力的簡化力學模型如圖2所示。則當F×L1cosβ≥N×L2cos（90°-α-β）+T成立時，可以通過外把手打開車門。式中，F(xiàn)為外把手操作力，N為門鎖解鎖力，T為扭簧扭矩，α為2個力臂的相對夾角，β為外把手力臂夾角。從中可知，要減小外把手操作力值，可以通過減小門鎖解鎖力、扭簧扭矩、門鎖作用力臂和增大外把手作用力臂等途徑實現(xiàn)。

2.2 緩沖塊

車門緩沖塊可在車門過關時防止車門與側(cè)圍干涉并對門鎖起保護作用。車門正常關閉前，緩沖塊應與側(cè)圍無干涉，否則會導致背壓力顯著增大，并影響其他車門開閉感評價參數(shù)。

2.3 空氣阻力

若車輛未設計單向排氣閥門并假定整車密封性良好，當轎車車門窗關閉時，在車門開始接觸膠條至完全關閉的瞬間，可以認為是一空氣壓縮過程。由于在空氣擠壓瞬間車門的位移量很小，因此這一過程可以近似采用理想氣體狀態(tài)方程來描述。空氣阻力在此過程中所作的功為：

式中，P0為標準大氣壓；V0為車門關閉前駕駛室容積空間（密封條未被壓縮空間）；V為車門關閉后駕駛室容積空間（密封條已被壓縮）；A0為車門的迎風面積；S為密封條的壓縮量。

從式（1）中可看出，要減小空氣阻力，可以通過減小密封條壓縮量、減小車門迎風面積和增大駕駛室容積空間等途徑實現(xiàn)。

2.4 密封條阻力

相關研究表明，在車門關閉過程中，大多數(shù)區(qū)域的密封膠條主要承受法向的受力變形，因此，在關門密封條阻力研究中主要對相關區(qū)域密封條的法向受力變形進行分析，為此做以下簡化。

a.車門關閉時車門門框垂直壓縮密封條；

b.密封條在小變形范圍內(nèi)為線性彈性變形，彈性系數(shù)為k；

c.按照車門設計的一般規(guī)范，密封條壓縮量S≤10 mm；

d.密封條沿周長方向均勻受力，在車門關閉過程中，密封條阻力所做的總功為：

式中，L為密封條長度。

從式（2）可看出，關門時密封條阻力與密封條壓縮量、長度及壓縮彈性系數(shù)成正比。

2.5 車門自閉力

車門鉸鏈軸線通常具有一定傾角，設計時一般讓鉸鏈軸線具有一定的內(nèi)傾角和后傾角。在車門開閉過程中，當車門重力與鉸鏈軸線處于同一平面時（將該平面定義為平衡平面，車門所處的位置定義為平衡位置），車門重力不會使車門產(chǎn)生繞鉸鏈軸線的關門力矩，而車門處于其他位置時車門重力會使車門產(chǎn)生繞鉸鏈軸線的關門力矩，從而使車門具有自動關閉的趨勢（當車輛處于下坡時，可能會產(chǎn)生自動開啟的趨勢），改善關門輕便性。當車輛處于平地時，在車門關閉過程中，車門重力所做的功為：

車門質(zhì)心位置示意圖如圖3所示，其中，Hθ、Hθ0分別為車門關閉位置和與平衡位置成θ角位置的車門質(zhì)心高度；G為車門系統(tǒng)重力；α1為鉸鏈軸線的后傾角；β1為鉸鏈軸線的內(nèi)傾角；a為車門系統(tǒng)質(zhì)心到鉸鏈軸線的距離；θ為車門開啟位置與平衡位置的夾角。

從式（3）可以看出，在一定開啟角度條件下，車門重力所做的功與車門總質(zhì)量、車門系統(tǒng)質(zhì)心到鉸鏈軸線距離、車門鉸鏈軸線的內(nèi)傾角和后傾角成正比。

3 優(yōu)化措施及驗證

由上述分析得出，減小車門開啟力的途徑有減小門鎖解鎖力、減小扭簧扭矩、減小門鎖作用力臂和增大外把手作用力臂；減小車門開啟聲音的途徑有減小背壓力，優(yōu)化門鎖結(jié)構(gòu)；減小車門背壓力和最小關門速度的途徑有保證關門緩沖塊與側(cè)圍無干涉，減小密封條壓縮量、長度及彈性系數(shù)，減小車門迎風面積，增大駕駛室容積空間，增大車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角和后傾角，增大車門質(zhì)心與鉸鏈的距離。

A車已處于生產(chǎn)調(diào)試階段，車門迎風面積、駕駛室容積空間已不可改變，密封條壓縮量、長度、鉸鏈軸線傾角及車門質(zhì)心位置的變更將需要較大變更費用和較長變更時間，也很難更改。通過分別測量車門安裝和不安裝緩沖塊2種狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)前門前者比后者大160N左右，后門前者比后者大100 N左右。經(jīng)分析，造成兩者背壓力差距較大的原因主要有兩個：一個是緩沖塊硬度超標（壓縮2mm，實測所需負荷108 N，設計目標值45±13.5 N）；另一個是車門關閉前緩沖塊與側(cè)圍干涉。對于車門關閉前緩沖塊與側(cè)圍干涉的原因，分別從制造和設計兩方面進行了分析。前、后門緩沖塊安裝面與側(cè)圍間隙的設計公差為±1.2 mm，緩沖塊高度設計公差為±0.6mm。通過對之前的評價車輛進行檢測發(fā)現(xiàn)，雖然緩沖塊高度滿足公差要求，但發(fā)現(xiàn)緩沖塊安裝面與側(cè)圍間隙均有不同程度的超差。若制造精度滿足設計要求，緩沖塊與側(cè)圍的間隙設計值為1mm，通過公差疊加，可得出緩沖塊與側(cè)圍間隙在-0.8～2.8mm范圍內(nèi)波動，在車門關閉時緩沖塊可能與側(cè)圍干涉；而前、后車門所用門鎖的過關行程為7.4mm，則可將緩沖塊與側(cè)圍的設計間隙增大到2mm，既能保證車門正常關閉前緩沖塊與側(cè)圍無干涉，又能在車門過關時起到緩沖和保護門鎖的作用。另外，通過與供應商的交流與溝通，發(fā)現(xiàn)外把手扭簧的扭力矩和門鎖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有優(yōu)化空間。

由此，除了調(diào)整緩沖塊的材料硬度使其達到設計要求，并提高車門和側(cè)圍的制造精度外，對A車采取了以下優(yōu)化措施：將緩沖塊與側(cè)圍的間隙設計值由1 mm增大到2 mm以保證車門正常關閉前緩沖塊與側(cè)圍無干涉，減小外把手扭簧扭矩，優(yōu)化門鎖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減小密封條彈性系數(shù)。

優(yōu)化后，A車的開閉感評價參數(shù)測量結(jié)果見表3。

表3 優(yōu)化后A車車門開閉感客觀評價結(jié)果

對比A車優(yōu)化前、后的車門開閉感評價參數(shù)測量結(jié)果可知，各參數(shù)均有不同程度的減小，A車已與B車車門開閉感水平相當，優(yōu)化措施有效。

1 Raviray Nayak and Kee Im.Optimization of the Side Swing Door Closing Effort.The Society of Automotive Engineers International，2003（1）:871.

2孫義勇，張軍，勾中彪，等.汽車關門聲品質(zhì)評價與優(yōu)化.中國汽車工程學會年會論文集.SAE-C2009C154:1495—1499.

3嚴忠，唐榮平，裘芝敏，等.汽車車門關閉力的計算.公路與汽運，2007（3）:5～7.

4楊蕾，張淑敏，李應軍.面向最優(yōu)關門能量的轎車車門設計.機械制造，2006（3）:40～42.

（責任編輯簾青）

修改稿收到日期為2014年7月1日。

Evaluation and Optim ization of Vehicle Door Opening and Closing Feel

Chen Huan，Deng Zhiwei，Liu Liquan，Zhang Zonghua，Deng Weidong
（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd Automotive Engineering Institute）

The main factors affecting door opening-closing feel are analyzed in the paper，door opening force，door opening sound，door closing sound，minimum closing speed and back pressure are used as parameters to evaluate vehicle door opening-closing feel，on this basis，optimization is proposed for a SUV.It is known by comparing door openingclosing evaluation parameters measurement of the SUV before and after optimization that，after optimization，the parameters diminish at varying degrees，proving that the optimization is effective，thus improving door opening-closing feel.

Door,Door opening force,Door closing force,M inimum door closing velocity, Evaluation

車門開啟力關門力最小關門速度評價

U463.83+4

A

1000-3703（2014）08-0013-03