拉帶式車門限位器的布置與設(shè)計方法研究

孫龍飛　劉洋　葛坤　吳維

摘 要：本文闡述了拉帶式汽車車門限位器的布置與設(shè)計方法，介紹了限位器功能原理、結(jié)構(gòu)形式，提出了限位器的布置要點，詳細說明了限位器主臂軌跡的設(shè)計，對多種工況進行分析，介紹了限位主臂的形狀設(shè)計的方法，對車門限位器零件的開發(fā)設(shè)計具有一定意義。

關(guān)鍵詞：車門；限位器；布置與設(shè)計；限位器主臂

中圖分類號：U463.82 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2016）06-0049-05

Abstract： In this paper， The method of layout and design of automobile door check was described， and introduced the function and structure of door check. Detailed on the check arm trajectory design and analyzed the various of working conditions. Introduced the limiting shape design method.

Key Words： Vehicle door； Door check； Layout and design； The check arm

1 前言

車門限位器是汽車車門系統(tǒng)的一個重要部件，對車門開閉舒適性與安全性有重要作用，限位器設(shè)計的好壞直接影響了整車的品質(zhì)。本文闡述了一種限位器的布置與設(shè)計方法，主要包括限位器布置原則、限位臂軌跡設(shè)計、限位器力臂計算與驗證、機構(gòu)運動校核、限位器形狀設(shè)計，對一般車門限位器的布置與設(shè)計有一定的指導(dǎo)作用。

2 車門限位器的功能與工作原理

2.1 車門限位器的功能

車門限位器布置在車門上下鉸鏈之間，主要起到三部分功能：

1）在車門開閉過程中為車門提供2～3個限位檔位；

2）保證汽車停泊在坡道（上坡/下坡）時，限位器能夠保證車門至少停在某一檔位，車門不自動開閉；

3）在操作車門開閉的過程中給予一定的阻尼，保證開關(guān)車門時具有良好的手感。

2.2 車門限位器的工作原理

車門限位器的工作原理是通過車門的開閉，帶動安裝在車門上的限位器盒，使限位器盒里的彈性元件與限位器主臂產(chǎn)生相對運動，靠主臂的形狀使彈性元件產(chǎn)生或大或小的彈性力，擠壓主臂產(chǎn)生摩擦限位力，最終達到開關(guān)門的手感要求和車門限位的目的。

2.3 車門限位器的結(jié)構(gòu)形式

車門限位器的結(jié)構(gòu)形式有很多種，使用最廣泛的是拉帶式限位器，除此之外還有鉸鏈一體式限位器和限位鉤+限位桿式限位器，本文僅對拉帶式限位器的布置與設(shè)計方法進行討論。

拉帶式車門限位器結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般包括限位盒、限位主臂、限位器安裝支架和末端緩沖塊四部分，其中限位主臂與限位盒是關(guān)鍵部件，設(shè)計難度較高。限位器安裝支架和末端緩沖塊一般可參考已有結(jié)構(gòu)，設(shè)計難度較低。

限位主臂一般分為包塑和沖壓件兩種，包塑主臂具有美觀、精度高、噪音小、成本較高的特點，主要用于乘用車；沖壓件主臂成本較低，但精度低、噪音大且不美觀，主要用于低成本的商用車。

限位盒根據(jù)限位元件的不同可分為橡膠塊和金屬彈簧兩種，結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中橡膠塊式具有重量小、成本低、受溫度影響大、性能不穩(wěn)定的特點；金屬彈簧式具有重量大、成本高、受溫度影響小、性能穩(wěn)定的特點。

3 車門限位器的布置

車門限位器的布置相對比較獨立，在設(shè)計中需要保證限位器與其它部件的安全間隙，所以限位器的布置一般在其它部件布置完畢之后。限位器布置的輸入條件包括所用限位器的結(jié)構(gòu)類型、車門旋轉(zhuǎn)中心線、玻璃導(dǎo)軌位置、車門玻璃運動包絡(luò)、車門數(shù)據(jù)、側(cè)圍數(shù)據(jù)、密封條數(shù)據(jù)、車門護板數(shù)據(jù)。

3.1 車門限位器布置空間要求

為了減小車門限位器工作時的摩擦阻力，提高限位器的使用壽命，降低開發(fā)難度，一般要求限位器的布置位置遠離車門鉸鏈旋轉(zhuǎn)中心，即鉸鏈中心線的最小力臂盡量大。在總布置階段，應(yīng)保證車門的厚度能夠滿足限位器布置的空間要求。

3.2 與周邊零件的安全間隙要求

為了保證車門限位器的運行可靠性，需要保證限位器與周邊零件的安全間隙。

通常限位器的最大開啟角度應(yīng)比車門鉸鏈的開啟角度小大約5°；

限位器的旋轉(zhuǎn)軸與鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸線應(yīng)平行；

限位器在Z方向上的布置應(yīng)盡量布置在上下鉸鏈的中間或靠下的位置，盡量在玻璃導(dǎo)軌最彎處；

限位器盒周邊要留有足夠的工具安裝空間；

限位器主臂在運動過程中與玻璃運動包絡(luò)面的安全間隙應(yīng)保證在10mm以上；

限位器主臂在運動過程中與車門內(nèi)板的安全間隙應(yīng)保證在8mm以上；

限位器主臂在運動過程中與車門密封條以及車門內(nèi)護板之間要有足夠的安全間隙；

限位器主臂運動過程中與限位盒的夾角應(yīng)盡量小，一般不大于8°；

車門內(nèi)板需預(yù)留合適的開孔尺寸，以便于工人裝配。

4 車門限位器主臂軌跡設(shè)計

車門運動時，車門限位器的限位盒繞著鉸鏈軸線運動，限位器主臂繞著自身旋轉(zhuǎn)中心運動，而運動過程中限位主臂與限位盒需保持穩(wěn)定的相對運動，因此車門限位器的主臂軌跡是一條復(fù)雜的復(fù)合曲線，限位器主臂軌跡一般采用單元逼近法。

4.1 限位主臂軌跡設(shè)計方法

限位主臂軌跡設(shè)計一般采用單元逼近法，單元逼近法是將車門最大開啟角度分為等角度的若干段，通過分段擬合的方法得到完整的限位主臂軌跡，其中分段數(shù)越多，所得到的主臂軌跡越精確，一般為了保證設(shè)計效率，分段數(shù)定義為10段即能滿足軌跡精度要求。具體繪制步驟如圖3所示：

1）將限位器盒簡化為一條直線，直線中心點作為與限位器主臂曲線的交點；

2）將車門最大開啟角度平均分為10段，將限位器盒繞鉸鏈軸心旋轉(zhuǎn)，分別和每段端點相交（如（a）所示）；

3）過限位器盒中心點作垂直于限位器盒的直線，直線長度為兩圓之間的長度（如（b）所示）；

4）將步驟3）中所作直線，從最外側(cè)一根直線開始，以限位器軸心為旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)至下一直線處，使其與之相接（如（c）所示）；

5）以此類推，最終得到限位器主臂曲線。

4.2 限位主臂軌跡驗證

限位主臂軌跡驗證主要包括限位主臂力臂驗證和主臂運動空間驗證，首先根據(jù)邊界條件建立限位器主臂相對于鉸鏈中心線的力臂模型，如圖4所示：

一般要求限位器相對于鉸鏈中心線的最小力臂X應(yīng)大于60mm，而a一般應(yīng)大于20mm，以方便限位器的安裝。

對于具體車型可利用EXCEL軟件根據(jù)公式（1）計算出車門不同開度對應(yīng)的限位主臂力臂值，最終可作出如圖5所示的力臂曲線，檢查力臂曲曲線的最小力臂X是否滿足設(shè)計要求。

完成限位力臂驗證后，可利用CATIA中的DMU模塊對限位主臂進行運動仿真，檢查限位主臂運動過程中與周邊零件的安全間隙是否滿足3.2的要求。

5 限位器主臂形狀設(shè)計

5.1 主臂限位檔位分配

設(shè)計得到限位主臂軌跡后可進行限位角度的分配，分別將限位器盒中心點由車門各個開度位置，以限位器軸為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，所得圓弧與限位主臂曲線的交點即為主臂限位檔位的位置，如圖6所示：

5.2 限位器力學(xué)計算

根據(jù)車輛實際使用環(huán)境，限位器力學(xué)模型需要考慮平路與坡路兩種工況，平路工況用于確定限位器非檔位角度的限位力，坡路工況用于確定限位器檔位角度的限位力。

5.2.1 限位器受力分析

在平路工況下開閉車門過程中，限位器會給車門一定阻力，以保證操作舒適性，力學(xué)模型如圖7所示：

5.2.3 限位器有效限位力的計算

根據(jù)公式（2）和公式（3）可分別算出平路工況下非檔位角度下的限位力矩和坡路工況下檔位角度的限位力矩，根據(jù)公式（1）可算出對應(yīng)開度下的限位器主臂限位力臂，從而可得到限位器在各開門角度（包括檔位和非檔位）對應(yīng)的限位力F2。

對限位器進行受力分析，如圖11所示，限位力F2可分解為分別與限位器盒中心線垂直和平行的分力F2x和F2y，其中F2x即為限位器的有效限位力。

5.3 限位器主臂形狀設(shè)計

車門運動過程中限位盒內(nèi)的彈性元件與限位器主臂發(fā)生彈性變形，對限位器主臂產(chǎn)生或大或小的彈性力擠壓主臂產(chǎn)生摩擦力，即為限位器的有效限位力F2x，可用公式（5）表示。

6 結(jié)論

本文闡述了拉帶式汽車車門限位器的布置要點，采用單元逼近法設(shè)計限位器主臂軌跡，分析車輛處于不同路況條件下的限位器的受力特點，建立了對應(yīng)的力學(xué)模型，通過計算可得到限位器的有效限位力，根據(jù)限位器主臂與限位器盒的受力關(guān)系做出了限位主臂的形狀。本文為拉帶式車門限位器的開發(fā)提供了思路，具有一定參考意義。

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