車門概念設(shè)計

張鳳利

摘要：車門的設(shè)計過程是整車開發(fā)流程中的一部分，主要分為產(chǎn)品策劃、概念設(shè)計和工程設(shè)計三大主要階段。其中，概念設(shè)計階段承上啟下，是整個車門設(shè)計開發(fā)過程中的關(guān)鍵活動，涵蓋了主要的工程分析和設(shè)計工作，主要工作是確定造型方案和參數(shù)，隨著造型的確定而完成。

關(guān)鍵詞：車門；概念；設(shè)計

車門概念設(shè)計主要有三項工作內(nèi)容：初版主斷面設(shè)計、車門布置、造型可行分析。主斷面本質(zhì)上是一種有效的設(shè)計工具，是保證車門布置和造型可行性分析能高效準(zhǔn)確開展的設(shè)計方法，貫穿于整個概念設(shè)計階段。而造型可行性分析是在車門布置過程中進(jìn)行的，被包含于車門布置的工作中，比如車門分縫線的確認(rèn)就是鉸鏈布置的主要內(nèi)容，所以車門概念設(shè)計的核心工作就是車門布置設(shè)計。

車門布置設(shè)計內(nèi)容包括：○1外部輸入條件確認(rèn)○2車門鉸鏈布置○3車門內(nèi)部布置○4與側(cè)圍配合設(shè)計。這幾項工作你中有我，我中有你，設(shè)計過程中沒有絕對的先后順序，本文將結(jié)合個人的工作經(jīng)驗一一介紹。

1.外部輸入條件確認(rèn)

車門設(shè)計前需要初步確定以下的輸入條件：車身側(cè)面造型面（包括玻璃面）、門洞止口（B線）、腰線（C線）、窗口（D線）、及門縫線，如圖1所示。

其中門洞止口B線關(guān)系到很多人機(jī)控制尺寸，由總布置提供，是必須遵守的基準(zhǔn)，但有可調(diào)整的范圍；而D線、C線、門縫線是造型初步定義的，是需要車門工程師以B線為基準(zhǔn)，通過車門周邊的斷面設(shè)計去校核和確認(rèn)。

在工程結(jié)構(gòu)允許的條件下，我們應(yīng)盡量在不動B線的前提下通過調(diào)整斷面尺寸參數(shù)努力去保證造型的工程可行性，當(dāng)通過調(diào)整斷面尺寸參數(shù)仍然不能保證造型的情況下，可以嘗試去協(xié)調(diào)人機(jī)工程師去調(diào)整B線，但這個調(diào)整是非常有限的。當(dāng)通過B線調(diào)整仍不能使造型滿足工程可行性，那么就必須要求造型師對造型進(jìn)行調(diào)整，這時車門工程師應(yīng)向造型師提供可行的造型方案建議及邊界條件，以保證其調(diào)整的準(zhǔn)確性。

1.1門洞止口的確定

如圖2所示，門洞止口線直接影響乘員出入的方便性，受A1、A2、B1、B2、C1、C2、D等人機(jī)控制尺寸約束。當(dāng)H點確定下來以后，人機(jī)工程師可根據(jù)這些約束初步定義門洞止口的X、Z向位置。

門洞止口Y向的形狀和位置在腰線以上窗框部分，與玻璃面相關(guān)，一般為玻璃面的偏置面（尤其對于輥壓窗框來說），需定義玻璃面后通過窗框周邊的斷面來定義；在腰線以下的門肚部分，與車門內(nèi)板相關(guān)，而車門內(nèi)板同時受車門內(nèi)部布置空間要求和車室內(nèi)部人機(jī)空間要求的約束，需要同車門內(nèi)部布置工作一同進(jìn)行，并同時保證肘部空間等人機(jī)要求，需通過車門橫向主截面來定義，如圖5；此外，要保證圖3中的K值以保證進(jìn)出方便性。

1.2門縫的確定

門縫是側(cè)面造型的主要分塊線，門縫的大小及位置直接影響車門運動的最小間隙。當(dāng)門洞止口（比較硬性的要求）初步定義后，我們要盡量通過對鉸鏈軸線的調(diào)整來保證造型分縫的可行，但一定要保證鉸鏈安裝結(jié)構(gòu)的工藝性、側(cè)圍門柱截面尺寸及門框的密封結(jié)構(gòu)。當(dāng)造型提供的門縫不符合要求時，我們可通過K線法向造型提供一個可行的區(qū)域，如圖4所示。

前邊界保證車門開啟最大時與鉸鏈本身及門柱的最小間隙5mm，是鉸鏈座及側(cè)圍門柱5mm偏置面繞軸線反向翻轉(zhuǎn)最大角度（考慮過開5°）后與造型面的交線；后邊界保證車門與翼子板或后車門的最小運動間隙2.5mm的經(jīng)驗值，是在危險截面處（造型面距軸線最遠(yuǎn)點處），K線反求到外造型面上的線。

1.3車門玻璃面的確定

一般玻璃面都是雙曲率面且具有回轉(zhuǎn)中心，X 向的曲率半徑偏差在5mm 以內(nèi)，即玻璃前邊緣曲率半徑與后邊緣曲率半徑之差，縱向曲率半徑根據(jù)車型的不同、造型風(fēng)格的不同略有不同，一般在1100-1900mm 之間。在校核之前需先擬合出玻璃大面，一般可擬合成圓環(huán)面或腰鼓面，玻璃的運動導(dǎo)線由D線決定，一般可擬合成軸線與C線平行的螺旋線。

車門玻璃面水切以上直接影響乘員的肩部空間，如圖7中所示，一般要求玻璃到乘員肩部的最小距離為100mm。

水切以下的玻璃運動軌跡直接影響車門內(nèi)外板之間的布置，需由車門工程師分析確定，要做出初步的玻璃運動軌跡，與車門橫向主截面布置同步進(jìn)行，要保證與周邊零件防撞梁、車門內(nèi)板之間的空間尺寸是否滿足安全間隙要求。

1.4腰線的確定

前車門要求玻璃可以全部降下，如圖6所示，為一調(diào)整腰線的例子。按圖6a的腰線位置，玻璃不能全部降下而高出Y值，則需反饋造型調(diào)整腰線位置，將原腰線增高Y/2，同時將玻璃高度減少Y/2，如圖6b。

2.車門鉸鏈布置

鉸鏈的布置與門縫、門洞止口、側(cè)圍門柱尺寸、限位器及門鎖的布置諸多因素相關(guān)，同時其布置間距影響車門的下沉剛度，其姿態(tài)（傾角）影響車門開閉狀態(tài)，是概念設(shè)計的重中之重，一旦確定下來就不能輕易改動。

2.1車門鉸鏈軸線位置的布置

車門鉸鏈軸線的位置影響了車門的擺動軌跡，直接決定車門運動過程中，車門邊緣與周邊結(jié)構(gòu)（如翼子板、門柱）或前、后門之間的最小運動間隙，是門縫線設(shè)計可行性校核的前提。根據(jù)鉸鏈軸線與門縫的位置關(guān)系可分為內(nèi)開式（軸線在門縫之后）、外開式（軸線在門縫之前）。內(nèi)開比較常見，且開閉過程中容易產(chǎn)生過小的間隙，下面著重介紹內(nèi)開情況下的鉸鏈軸線的布置方法。

車門鉸鏈軸線的位置與門縫位置、運動間隙之間的關(guān)系存在一定的規(guī)律。如圖7所示，尺寸A越小，越有利于保證運動間隙，一般要求2.5mm以上，即要求鉸鏈軸線盡量向外側(cè)布置；尺寸B越大，越有利于保證運動間隙，即當(dāng)鉸鏈已調(diào)整到最外側(cè)，仍不能滿足運動間隙的要求時，可以嘗試將鉸鏈向后側(cè)移動，但要同時分析車門開啟最大角度時與門柱的安全間隙是否滿足要求，一般要求當(dāng)車門過開5°時，門邊沿與門柱或鉸鏈固定部分的最小間隙5mm以上，當(dāng)間隙不夠需調(diào)整門柱尺寸時需要側(cè)圍工程師確認(rèn)，建議盡量不要犧牲門柱的尺寸來滿足運動間隙，尤其B柱的橫向尺寸更不能輕易調(diào)整，它直接影響側(cè)碰性能。

3.3車門限位器的布置

限位器多采用拉帶式，布置時應(yīng)考慮以下事項：

3.3.1限位器旋動軸線與鉸鏈軸線應(yīng)平行。

3.3.2在車門開啟限位角（要求60°-70°）與門的寬度有關(guān)，門越寬，設(shè)計的角度可以越小，主要考慮進(jìn)入方便性。

3.3.3限位器在Z向上的布置應(yīng)盡量布置在上、下鉸鏈中間的位置上或向下偏移一段距離，視車門內(nèi)部附件布置情況調(diào)整。

3.3.4限位器臂和鉸鏈軸心線之間的距離一般要大于60mm，以保證限位器的限位轉(zhuǎn)矩。

4.車門與側(cè)圍配合設(shè)計

當(dāng)車門分縫線、門洞止口確定下來以后，就可以通過車門周邊的斷面來確定與側(cè)圍的配合結(jié)構(gòu)。車門與側(cè)圍的配合結(jié)構(gòu)設(shè)計其實就是門框密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計，但同時要考慮鉸鏈、限位器、鎖等連接部件處的安裝結(jié)構(gòu)，并處理好這些部位的密封結(jié)構(gòu)和安裝結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。設(shè)計過程一定要慎重調(diào)整門柱尺寸，因為門柱不僅支撐著車門，還是整個車身骨架的頂梁柱，直接影響車身的機(jī)械性能和碰撞性能。

4.1門框密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計

由于現(xiàn)在的客戶對車身密封性能及NVH性能的認(rèn)識和要求日益提高，現(xiàn)在的轎車一般采用兩道密封形式。最外側(cè)密封定義為主密封，一般密封條安裝于車門上，關(guān)門時壓于側(cè)圍上；內(nèi)側(cè)密封定義為輔助密封，通常安裝于門洞止口上，關(guān)門時壓在車門J面上。

密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時主要考慮三個方面：壓縮量、壓縮面積、壓縮方向與支撐方向的一致性。壓縮量在保證密封性能要求的同時也要考慮對車門的反力，不能太小也不能過大，一般為有效壓縮尺寸的1/3～1/2；壓縮面積是保證實際產(chǎn)品上密封條的壓縮量有效發(fā)揮的保證，越大壓縮效果越好，同時也起到消化車門與側(cè)圍X、Z向的裝配誤差性的作用；此外，密封條布置時，一定要考慮車門在關(guān)閉過程中密封條是如何接觸、受力和壓縮的，應(yīng)盡可能使壓縮方與密封條支撐方向一致，防止密封條因受力方向變化而扭曲、撕裂。

具體要求如圖12所示，對于兩道密封結(jié)構(gòu)，主密封的壓縮量圖中A尺寸一般要求為5～7mm，密封間隙C1一般定義為9～12mm，視密封條口型而定，壓縮面積圖中尺寸弧長S1一般要求10mm以上，壓縮面應(yīng)與密封條的壓入方向盡量垂直，且要求車門內(nèi)板上應(yīng)有相應(yīng)的支持面，盡量與壓縮面方向一致；輔助密封的壓縮量圖中B尺寸一般要求為3～5mm ，密封間隙一般定義為12～16mm，視密封條口型而定，壓縮面積圖中尺寸弧長S2一般要求5mm以上即可，止口與車門內(nèi)板J面形成一對有效的壓縮和支持面，方向一致。

對于一道密封結(jié)構(gòu)，門洞止口的密封便成了唯一的一道主密封，圖中壓縮量B一般要為5～7mm，密封間隙一般仍定義為12～16mm，視密封條口型而定，壓縮面積圖中尺寸弧長S2一般要求10mm以上。

此外在后面的工程細(xì)化時，還要注意密封面應(yīng)平滑光順，無突然變化，面與面之間用大圓角過渡，圓角半徑一般要求大于50mm。

4.2鉸鏈處的配合設(shè)計

如圖13所示，密封條只能布置鉸鏈的內(nèi)側(cè)，對于兩道密封，車門側(cè)面上一般要做出一個臺階，以便布置第一道密封條。當(dāng)車門厚度確定后，根據(jù)門洞密封結(jié)構(gòu)可以確定尺寸S，則圖中門柱厚度尺寸T由鉸鏈軸線Y向位置尺寸A及鉸鏈自身高度尺寸H所決定。而門柱寬度尺寸W由尺寸F、L決定，尺寸F要保證鉸鏈安裝，而尺寸L由密封間隙、鈑金拔模角及尺寸T決定，車門內(nèi)板拔模角一般要求4°以上?？梢姡颂幟芊饨Y(jié)構(gòu)、鉸鏈布置、鉸鏈自身尺寸、車門厚度都會影響門柱尺寸，因此設(shè)計時要與側(cè)圍工程師充分討論，鉸鏈布置及選型時要充分考慮門柱的尺寸要求。

4.3限位器處的配合設(shè)計

如圖14a所示，出于密封考慮，限位器要布置在兩道密封之間。出于對安裝強(qiáng)度的考慮，限位器Y向最好布置在門柱截面的中心部位，也便于門柱內(nèi)限位器加強(qiáng)板及螺母板的布置，但同時要考慮與鉸鏈軸線的距離，如前所述，保證限位器的限位轉(zhuǎn)矩，限位器臂和鉸鏈軸心線之間的距離一般要大于60mm。

門柱Y向尺寸H要保證限位器加強(qiáng)板及螺母板的布置，當(dāng)此尺寸不足時，門柱需凸兀出一塊，保證限位器安裝的同時，加強(qiáng)了門柱的剛度。但要考慮與車門開啟最大角度時的的安全間隙，要求5mm以上，還要考慮主密封面在此處的平緩過渡，如圖14b所示。

4.4門鎖處的配合設(shè)計

如圖15a，出于密封考慮，門鎖的魚嘴一定要布置在兩道密封之間，因此要控制圖中X向尺寸L，保證門洞密封條壓在車門內(nèi)板上魚嘴開口的內(nèi)側(cè)，如圖15b。

同時，門柱Y向尺寸H要保證鎖閂加強(qiáng)板及螺母板的布置，一般B柱在鎖栓安裝處要凸兀出一塊，保證鎖栓安裝的同時，加強(qiáng)了門柱的剛度。但同樣要考慮與車門開啟開閉過程中的安全間隙，要求5mm以上，還要考慮主密封面在此處的平緩過渡，如圖15b所示。

概念設(shè)計階段，根據(jù)上述車門相關(guān)的設(shè)計內(nèi)容、要求及方法初步完成附件的選型及主斷面的設(shè)計，進(jìn)而確定造型及總布置參數(shù)的工程可行性，支持概念方案的評審，待概念方案通過后，即可開展下一步的工程細(xì)化工作。