電動(dòng)外擺門設(shè)計(jì)

史兆杰

（金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司，江蘇蘇州215000）

電動(dòng)外擺門設(shè)計(jì)

史兆杰

（金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司，江蘇蘇州215000）

電動(dòng)外擺門是輕型客車的重要部件，基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主要介紹電動(dòng)外擺門的設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法、制造材料、車門控制等幾個(gè)方面，對(duì)電動(dòng)外擺門設(shè)計(jì)提出一些經(jīng)驗(yàn)或建議。

客車；電動(dòng)外擺門；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；車門控制

電動(dòng)外擺門是輕型客車的重要部件，具有開度大、密封性好、開關(guān)方便、剛性較好等優(yōu)點(diǎn)。隨著客車的發(fā)展，特別是輕型客車的發(fā)展，電動(dòng)外擺門應(yīng)用越來越廣。相比大客車的氣動(dòng)外擺門，受輕型客車外形為曲面、結(jié)構(gòu)受限制、驅(qū)動(dòng)方式等方面差異的影響，電動(dòng)外擺門設(shè)計(jì)與之有一定的差異。

最初的國(guó)內(nèi)應(yīng)用的電動(dòng)外擺門都來源于進(jìn)口，2000年左右，國(guó)內(nèi)有客車企業(yè)購(gòu)買德國(guó)博得（BODE）公司的電動(dòng)外擺門部件裝車，但其價(jià)格昂貴，且不太適應(yīng)中國(guó)的總體路況，導(dǎo)致可靠性不高。在強(qiáng)烈的市場(chǎng)需求下，國(guó)內(nèi)一些客車及零部件企業(yè)借鑒博得、日本考斯特、德國(guó)奔馳客車等的同期產(chǎn)品開始仿制和改進(jìn)，并經(jīng)過十多年的改進(jìn)、發(fā)展，目前已經(jīng)成熟，已大批量裝車應(yīng)用于市場(chǎng)，并形成了一套有效的參數(shù)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)規(guī)范等等，但還沒有形成電動(dòng)外擺門的系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)知識(shí)。為此，本文結(jié)合作者從事的電動(dòng)外擺門設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，主要介紹電動(dòng)外擺門的設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法、制造材料、車門控制等幾個(gè)方面，這些內(nèi)容包含并體現(xiàn)了目前電動(dòng)外擺門研發(fā)的創(chuàng)新點(diǎn)，希望對(duì)電動(dòng)外擺門設(shè)計(jì)提供一些經(jīng)驗(yàn)或建議。

1 外擺式外擺門的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 外擺門的結(jié)構(gòu)

通常情況下，外擺門由車門總成、擺臂總成、平橫桿總成、電動(dòng)門泵、鎖止機(jī)構(gòu)、密封膠條等幾部分組成，具體如圖1所示。

圖1 外擺門總成圖

1.2 外擺門的運(yùn)動(dòng)原理

外擺門的運(yùn)動(dòng)原理為雙搖桿機(jī)構(gòu)，其原理簡(jiǎn)化如圖2所示。圖2中BC桿為車門，CE桿為擺臂，BD桿為平衡桿（約束桿）。當(dāng)CE桿繞E點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，BD桿也繞D點(diǎn)按同一方向運(yùn)動(dòng)，BC桿隨之作平行移動(dòng)。

圖2 外擺門的設(shè)計(jì)要求

2 外擺門的設(shè)計(jì)要求

2.1 外擺門設(shè)計(jì)的法規(guī)要求

（1）外擺門的寬度、高度、開度、踏步位置等結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合國(guó)標(biāo)要求，大中型客車外擺門符合GB13094-2007客車結(jié)構(gòu)安全要求，輕型客車符合GB18986-2003輕型客車結(jié)構(gòu)安全要求，專用校車符合GB 24407-2012專用校車安全技術(shù)條件；

（2）外擺門上的玻璃應(yīng)采用安全玻璃，其性能符合GB9656－2003的規(guī)定；

（3）外擺門的內(nèi)飾材料應(yīng)采用阻燃材料，其阻燃性應(yīng)符合GB8410-2006規(guī)定；

（4）外擺門的外側(cè)及內(nèi)側(cè)表面不得有可能使人致傷的尖銳突出物，其內(nèi)側(cè)表面應(yīng)符合GB11552-2009乘用車內(nèi)部凸出物規(guī)定，其外側(cè)表面應(yīng)符合GB11566-2009乘用車外部凸出物規(guī)定；

（5）外擺門應(yīng)急控制器的數(shù)量、位置、標(biāo)志等應(yīng)符合GB7258－2012機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件的規(guī)定；

（6）外擺門密封性應(yīng)滿足整車防雨密封性要求，密封設(shè)計(jì)應(yīng)滿足QC/T 646.1-2000《汽車粉塵密封性試驗(yàn)粉塵洞法》及QC/T 476-2007《客車防雨密封性限值及試驗(yàn)方法》實(shí)驗(yàn)要求而無滲漏。

2.2 外擺門的其它設(shè)計(jì)要求

除了要滿足上述法規(guī)要求外，還須滿足以下要求：

（1）車門應(yīng)啟閉靈活、平穩(wěn)、速度適中，接近關(guān)閉時(shí)應(yīng)有效緩沖，行駛中能有效鎖止；

（2）外擺門可由駕駛員、售票員單獨(dú)控制或共同控制，但必須設(shè)有表示外擺門所處狀態(tài)的信號(hào)裝置；

（3）為防止電動(dòng)外擺門開閉過程中夾傷乘客，電動(dòng)門泵夾緊力應(yīng)不大于250 N，在任何情況下，車門啟閉時(shí)應(yīng)緩速，如在啟閉過程中遇到障礙物，車門應(yīng)立即停止關(guān)閉或自動(dòng)開啟。另，為防止門縫夾傷乘客，應(yīng)在車門門的全長(zhǎng)上安裝寬度至少為40 mm的橡膠密封條；

（4）除城市客車外，其余客車都應(yīng)安裝門鎖；若門上有門鎖，即使在車外將門鎖住，仍能從車內(nèi)開啟車門。另，車外開門裝置離地高度（空載時(shí)）不大于1 800 mm；

（5）車門外形與整車協(xié)調(diào)，無凹陷，行車時(shí)空氣阻力小，造型美觀，車門外形弧度與車身曲線一致；

（6）車門上不允許有妨礙駕駛員視野的裝飾物或附加物；

（7）車門制造工藝好，便于批量生產(chǎn)。

3 外擺門各鉸接點(diǎn)位置的確定

確定電動(dòng)外擺門機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)的主要有計(jì)算法和作圖法。計(jì)算法理論價(jià)值高，但很復(fù)雜，并不實(shí)用，所以企業(yè)人員一般用作圖法，是實(shí)踐工作中總結(jié)出來的一種簡(jiǎn)單實(shí)用的有效方法。在設(shè)計(jì)中也形成了自己的作圖法，該方法融合了人機(jī)知識(shí)、汽車法規(guī)、理論力學(xué)知識(shí)等方面的知識(shí)。設(shè)計(jì)時(shí)，一般通過該方法確定好鉸接點(diǎn)，而后通過計(jì)算機(jī)模擬來檢查其合理性。

3.1 擺臂回轉(zhuǎn)中心E點(diǎn)的確定

用作圖法確定擺臂回轉(zhuǎn)中心E點(diǎn)的位置。具體步驟如下：

（1）如圖3所示，根據(jù)車門與門框密封膠條型式以及鎖止塊高度確定車門門扇與門框間隙，一般取S=36～40 mm；C點(diǎn)是擺臂與門扇上活動(dòng)鉸接點(diǎn)，C到門扇內(nèi)沿距離G一般取是40～100 mm（取決于車身側(cè)圍曲線）；門泵轉(zhuǎn)軸中心到其安裝面的距離A一般取57 mm；外擺門至門框的距離N為80～130 mm；車門寬度T為35～50 mm；

圖3 擺臂回轉(zhuǎn)中心示意圖

（2）門泵安裝面到門框的尺寸W一般取值為0，檢查門泵邊界至門框的尺寸Y是否符合要求，尺寸Y值應(yīng)保證此處裝膠條后的有效寬度大于450 mm，如不符合要求可適當(dāng)加大W值，W值最大值為40 mm；

（3）初定C點(diǎn)，為保證車門兩側(cè)受力均勻，車門開啟不同門框干涉，初定C點(diǎn)的X值為0.5L；連接CC’，作CC’中垂線m，m線同P線的交點(diǎn)為E.

（4）以所求的E點(diǎn)作為門泵的旋轉(zhuǎn)中心，檢查門泵能裝下，如裝下門泵，E點(diǎn)即為所求；如裝不下門泵，則C點(diǎn)左移至C1，求出E1點(diǎn)，再查此點(diǎn)查門泵能否裝下，如此重復(fù)步驟直至找到合適的點(diǎn)（以門泵剛好裝下為宜），并以此點(diǎn)作為門泵的旋轉(zhuǎn)中心。見圖3.

3.2 擺臂與車門鉸接中心點(diǎn)C的確定

根據(jù)確定的E點(diǎn)求作C點(diǎn)（參圖4），初定C1點(diǎn)的位置為0.5L（在門中心線上），在以E點(diǎn)為圓心，EC1為半徑，求得C1’點(diǎn)，根據(jù)以C1’點(diǎn)，檢查N1值是否符合要求，如符合要求，C1點(diǎn)即為所求C點(diǎn)。如不符合要求，再選擇C2點(diǎn)，檢查N2是否符合要求，如此重復(fù)步驟，直到選到合乎要求C點(diǎn)為止。另，不同大小H值對(duì)N值的大小有一定影響，進(jìn)而影響到C點(diǎn)確定，設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮H值、N值（參圖4、圖5）。一般盡量保證C點(diǎn)偏離門中心0～50 mm，偏得越多，門扇開啟角度越大，但乘客門的穩(wěn)定性下降。

圖4 擺臂與車門鉸接中心點(diǎn)示意圖一

圖5 擺臂與車門鉸接中心點(diǎn)示意圖二

3.3 平衡桿鉸接點(diǎn)D的確定

（1）確定B點(diǎn)。B點(diǎn)是門扇下鉸接點(diǎn)，到門扇內(nèi)沿距離一般是40～70 mm，并盡量靠近門扇前端（如圖6）。

圖6 平衡桿鉸接點(diǎn)示意圖

（2）如圖6，通過門扇上的特征點(diǎn)Q作一條與車門側(cè)壁相交成1°～3°的斜線QF，并將EC的延長(zhǎng)線與此斜線相交與F點(diǎn)，該點(diǎn)是設(shè)計(jì)希望的車門瞬心中心。連接FB并延長(zhǎng)，使之與BB’的垂直平分線u相交與D點(diǎn)，該點(diǎn)即為平衡桿的鉸接點(diǎn)。QF的傾斜程度直接影響車門開啟位置運(yùn)動(dòng)軌跡，傾角越小，沿X軸位移越小，效果越明顯。

（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，B點(diǎn)也布置在門扇后端，作圖的方法相同。

4 外擺門系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)

4.1 外擺門系統(tǒng)各零部件常見材料

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，外擺門系統(tǒng)各零部的材料可從表1所示的類別中選取。

表1 外擺門系統(tǒng)各零部件常見材料表

4.2 外擺門外表曲面和門玻璃外形的確定

（1）外擺門外表曲面一般要和相鄰車身外表曲面的造型相一致并呼應(yīng)；

（2）外擺門門玻璃的底邊較高影響駕駛員視野時(shí)，推薦在門扇靠下部設(shè)置附加的門玻璃；

（3）一般避免外擺門外表曲面做臺(tái)階或筋線。臺(tái)階、筋線會(huì)對(duì)車門密封的設(shè)計(jì)提出更高要求，并使可制造工藝性下降；

（4）臺(tái)階、筋線無法避免時(shí)，外擺門一般按照內(nèi)置密封設(shè)計(jì)，這樣密封面遠(yuǎn)離有臺(tái)階、筋線的外表面，使密封面連續(xù)、圓滑的過渡。

4.3 外擺門門扇常見材料和工藝

（1）常見的外擺門有鋁合金外擺門、鐵外擺門、玻璃鋼外擺門等幾種，推薦采用鋁合金外擺門，其優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕、重量輕、可塑性強(qiáng)，其門扇周邊鋁型材斷面可設(shè)計(jì)有安裝密封膠條的槽。

（2）鋁合金外擺門鋁型材厚度一般為1.5～2 mm，鋁蒙皮厚度一般為2.0～3 mm；

（3）由于鋁型材焊接強(qiáng)度及鋁門剛度的不足，門扇骨架宜選用型鋼。若車門骨架厚度為40 mm，宜選用30 mm×30 mm×1.5 mm的型鋼；若骨架厚度為50 mm，宜選用30 mm×40 mm×1.5 mm的型鋼。

（4）鐵外擺門常采用矩形管骨架、鍍鋅板蒙皮的形式，矩形管壁厚度1.5～2 mm，蒙皮厚度為1.2 mm左右；

（5）目前外擺門玻璃一般都采用粘貼式，應(yīng)根據(jù)門玻璃在粘貼處的厚度和膠層厚度來確定門玻璃止口的臺(tái)階尺寸，膠層推薦的厚度應(yīng)達(dá)到4～6 mm；

4.4 外擺門密封設(shè)計(jì)

外擺門密封性應(yīng)滿足整車防雨防塵密封性要求。外擺門對(duì)密封的要求較高，一般要求采用雙密封。雙密封又分為外密封和內(nèi)密封兩種型式（如圖7），外密封對(duì)車門安裝精度要求不高，容錯(cuò)能力強(qiáng)應(yīng)用較廣，但近年來，越來越多外擺門采用內(nèi)置密封的雙密封乘客門，車門外側(cè)只有一個(gè)8～10 mm縫隙，外觀比較美觀，但對(duì)制造精度要求高。

圖7 常見密封結(jié)構(gòu)[1]

5 電動(dòng)門泵

電動(dòng)門泵是電動(dòng)外擺門的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由電動(dòng)機(jī)、蝸桿及齒輪減速器、電氣控制、附件總成組成（如圖8所示）。

圖8 電動(dòng)門泵外形圖

5.1 電動(dòng)門泵主要技術(shù)參數(shù)

由于工作條件十分苛刻，電動(dòng)門泵的主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合表2規(guī)定。

表2 電動(dòng)門泵的主要技術(shù)參數(shù)

5.2 控制原理

目前外擺門的控制已采用集成電路，其基本控制原理圖如圖9所示。車門為打開狀態(tài)時(shí)，按下關(guān)門控制開關(guān)K1，相應(yīng)繼電器工作，實(shí)現(xiàn)關(guān)門動(dòng)作；車門為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，按下開門控制開關(guān)K2，相應(yīng)繼電器工作，實(shí)現(xiàn)開門動(dòng)作；如車門在關(guān)閉中遇到阻力，車門會(huì)停止關(guān)閉并打開，實(shí)現(xiàn)防夾功能。

6 結(jié)束語

本文總結(jié)了電動(dòng)外擺門的設(shè)計(jì)的要求、規(guī)范和重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，有利于同行業(yè)人參考，進(jìn)而提高我國(guó)電動(dòng)外擺門的設(shè)計(jì)水平。由于外擺式門的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部分運(yùn)動(dòng)聯(lián)系緊密，因此設(shè)計(jì)起來比較麻煩，設(shè)計(jì)時(shí)請(qǐng)務(wù)必應(yīng)用三維計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查、強(qiáng)度分析，以盡可能減少設(shè)計(jì)失誤，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率，推動(dòng)客車技術(shù)向精細(xì)化發(fā)展。

[1]陳水軍，于偉.外擺式乘客門密封結(jié)構(gòu)淺析[J].客車技術(shù)與研究，2004，26（2）：20-21.

Design of Electric Swing-out Doors for Coaches

SHI Zhao-jie
（Jinlong United Automobile Industry(Suzhou)Co.，Ltd.，Suzhou Jiangsu 215000，China）

The electric swing-out passenger door is a very important part of the light-duty bus.Asked on the experience，this paper expounds and analyses its design requirement，structural features，selecting-material and door control system，provides a method to determine structural parameters and gives reference data for design.

bus；electric swing-out door；structural design；door control system

TH122

A

1672-545X（2017）03-0029-04

2016-12-28

史兆杰（1972-），男，安徽太和人，學(xué)士，工程師，研究方向：汽車車身設(shè)計(jì)。