車門關(guān)閉力在白車身生產(chǎn)過程中的優(yōu)化與控制

徐文歡，謝添，牛瑋，張秋花

(北京奔馳汽車有限公司，北京 100176)

0 引言

近年來，隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，客戶對汽車各方面性能的要求越來越高。車門關(guān)閉力在整車性能評價中是一個重要指標。J D Power的新車質(zhì)量調(diào)查顯示，客戶對于車門關(guān)閉力超差問題的抱怨次數(shù)呈逐漸增長的趨勢，因此車門關(guān)閉力超差成為各大汽車廠商亟待解決的問題。在車門關(guān)閉過程中，氣體壓縮阻力和膠條壓縮阻力一般占車門關(guān)閉過程中總阻力的90%左右。而車門內(nèi)間隙則是決定膠條壓縮阻力的主要因素之一。因此，在白車身生產(chǎn)階段，對車門內(nèi)間隙的控制會對車門關(guān)閉力的大小產(chǎn)生很大影響。

以北京奔馳某車型的車門關(guān)閉力為研究對象，從白車身零件尺寸與車門裝配過程等方面對車門關(guān)閉力的控制進行了分析。在生產(chǎn)中，通過優(yōu)化車門外板尺寸、側(cè)圍外板尺寸、側(cè)圍門洞法蘭邊尺寸等方式優(yōu)化了零件尺寸對內(nèi)間隙的影響；通過優(yōu)化車門裝配Y向位置控制理念等方式改善了車門裝配對內(nèi)間隙的影響。在以上幾方面的共同作用下，某車型以往出現(xiàn)的車門關(guān)閉力穩(wěn)定性差、部分車門關(guān)閉力過大等問題得到了有效的改善。

1 車門關(guān)閉力的評價方法及影響因素

1.1 車門關(guān)閉力的評價方法

車門關(guān)閉力的評價方式分為主觀評價方式和客觀評價方式。對于用戶來說，通常用手感受車門關(guān)閉力的大小，是一種主觀評價方式[1]。但該評價方式因人而異，無法具體衡量關(guān)閉力的大小。在實際生產(chǎn)中，主要通過測量車門關(guān)閉能量來客觀地衡量關(guān)閉力的大小。一般通過車門關(guān)閉速度或彈簧拉伸長度測量車門的關(guān)閉能量。

目前在戴姆勒標準中，使用測量彈簧拉伸長度的方式衡量車門關(guān)閉力的大小。在車輛空載且車門關(guān)閉的情況下，使車輛在水平面上保持駐車狀態(tài)，將拉力測試儀通過吸盤固定在車窗上，通過手持控制設(shè)備調(diào)節(jié)拉力測試儀的伸長，即車門開啟后鎖體距離鎖柱的距離。按照距離從大到小的順序關(guān)閉車門，測量車門可被關(guān)閉的最小距離，如圖1所示。一般情況下，汽車車門在滿足密封性能的前提下，車門可被關(guān)閉的最小距離隨車輛生產(chǎn)時間的不同而不同。通常下線24 h之后的車，測量標準為(100±20)mm。

圖1 車門關(guān)閉拉力測量示意圖[2]

1.2 車門關(guān)閉力的影響因素

如圖2所示，車門關(guān)閉過程中，通過能耗來克服的阻力有[3]：接觸密封條之前，阻力主要有：限位器摩擦阻力、鉸鏈摩擦阻力、車門重心的位移變化；接觸密封條后，阻力主要有：限位器摩擦阻力、鉸鏈摩擦阻力、車門重心位移變化、空氣阻力、密封條形變的阻力、車鎖摩擦力等。

圖2 車門關(guān)閉過程阻力

影響車門關(guān)閉力的因素雖然很多，但它們對關(guān)閉力的貢獻大小各有不同。其中影響最大的是氣壓阻力，其次是密封條。這兩個因素共占了能量損失的90%，故應(yīng)著重考慮這兩因素，如果能量影響因素模擬判斷不準確，后續(xù)生產(chǎn)制造過程中很難彌補這個缺陷[4]。

2 白車身生產(chǎn)過程對車門關(guān)閉力的影響

2.1 白車身車門內(nèi)間隙對車門關(guān)閉力的影響分析

白車身制造精度除了影響整車的外觀質(zhì)量，還對密封、振動、噪聲、能耗等性能，尤其是車門關(guān)閉力產(chǎn)生直接影響[5]。如圖3所示，車門密封條分為安裝在車門上的頭道密封條和安裝在側(cè)圍上的門框密封條。其中門框密封條不但要保證密封性，還要承受關(guān)門時的沖擊力。車門關(guān)閉過程中密封條反向作用力的大小主要由密封條本身的壓縮負載特性和壓縮量決定。密封條的壓縮負載特性取決于其截面設(shè)計及泡管的壓縮負荷，而密封條的壓縮量則取決于車門與側(cè)圍之間的配合間隙及密封條本身的截面設(shè)計[6]。

車門與側(cè)圍之間的配合間隙即車門內(nèi)間隙，是影響密封條壓縮阻力的主要因素之一。車門內(nèi)間隙主要分為以下3個部分：(1)車門上沿與側(cè)圍門洞的間隙；(2)車門下部與側(cè)圍門檻的間隙；(3)窗框與側(cè)圍B柱的間隙。頭道密封膠條主要與側(cè)圍在X和Z方向發(fā)生壓縮，對關(guān)閉力影響較小。對車門關(guān)閉力影響較大的是門框膠條，該位置的車門內(nèi)間隙取決于車門內(nèi)飾板到側(cè)圍門洞法蘭邊的距離。白車身的尺寸及裝配則是影響車身間隙面差及車門內(nèi)間隙的主要因素。

圖3 車門內(nèi)間隙示意圖

2.2 車身尺寸對車門內(nèi)間隙的影響

白車身是由數(shù)百個零件焊接拼裝而成的，其中包含大量金屬板材，具有彈性大，易變性的特點，在制造過程中難免發(fā)生尺寸偏差。車身尺寸偏差是主要來源于以下4個方面[7]:(1)產(chǎn)品設(shè)計；(2)焊接夾具；(3)零件偏差；(4)焊接變形。車身生產(chǎn)過程十分復(fù)雜，白車身生產(chǎn)過程的主要偏差源在焊接、裝配過程中耦合、傳播、積累形成白車身的綜合偏差。車門分總成尺寸及側(cè)圍尺寸都會直接或間接影響車門的內(nèi)間隙。

2.3 車門裝配對車門內(nèi)間隙的影響

車門裝配質(zhì)量是影響乘用車整體性能的主要因素之一。車門裝配質(zhì)量不良，不僅會影響車身的整體美觀，還可能導(dǎo)致噪聲、密封不良、關(guān)門力大等一系列問題。影響車門裝配狀態(tài)的主要因素有車門尺寸偏差、車身開口尺寸偏差、車門裝配過程偏差以及涂裝和總裝的影響。車門的裝配狀態(tài)也直接控制著車門內(nèi)間隙的大小，尤其車門在Y向的裝配位置對門框密封條的工作間隙有著決定性作用。

3 白車身零件尺寸的控制及優(yōu)化

3.1 車門外板尺寸的分析與優(yōu)化

左后門分總成上角區(qū)域外閃是導(dǎo)致北京奔馳某車型左后門關(guān)閉力偏大的主要原因之一。由于左后門上角外閃，導(dǎo)致車門鎖柱Y向調(diào)整過程中無法外放車門，從而減小了車門與側(cè)圍法蘭邊之間的內(nèi)間隙。

為了驗證左后門外板上角區(qū)域外閃對關(guān)閉力的影響，進行了車門平順度調(diào)整前、后關(guān)閉力測量結(jié)果對比實驗，如表1所示(測量點如圖4所示)。實驗結(jié)果表明：將車門鎖柱Y向向外調(diào)整后，車門平順外閃，車門內(nèi)間隙增大，車門關(guān)閉力出現(xiàn)明顯下降。由于車門初始關(guān)閉力的差異及平順調(diào)整量的不同，關(guān)閉力可下降10～40 mm(以彈簧伸長衡量)。計算車門平順調(diào)整平均值可知，車門Y向向外調(diào)整0.5 mm后，關(guān)閉力下降可達20～40 mm。通過沖壓件內(nèi)板與外板尺寸的優(yōu)化，左后門上角區(qū)域由外閃1.0 mm(如圖5所示)改善至外閃0.5 mm，有助于減小左后門關(guān)閉力。

表1 車門平順度調(diào)整與車門關(guān)閉力的關(guān)系

圖4 車門平順測量點示意圖

圖5 左后門上角尺寸優(yōu)化示意圖

3.2 側(cè)圍門洞開口區(qū)域的尺寸分析與優(yōu)化

側(cè)圍門洞法蘭邊是門框膠條的安裝位置，其Y向尺寸直接影響車門與側(cè)圍法蘭邊的內(nèi)間隙。車門關(guān)閉過程中門框膠條會對車門施加反向壓力，其中距離車門鉸鏈越遠的位置在車門關(guān)閉過程中的反向阻力力矩越大。因此，側(cè)圍法蘭邊距離鎖柱區(qū)域越近、距離鉸鏈區(qū)域越遠的位置，其Y向尺寸對車門關(guān)閉力的影響越大。

右后門上框區(qū)域側(cè)圍法蘭邊外閃，是該車型右后門關(guān)閉力偏大的主要原因之一。由于右后門上框區(qū)域側(cè)圍外板加強板采用熱塑性成型超高強度鋼，其抗拉強度可達1 300 MPa，難以通過工裝調(diào)整的方式改善側(cè)圍法蘭邊局部尺寸。因此，與該零件供應(yīng)商進行了零件優(yōu)化實驗，通過側(cè)圍外板加強板尺寸優(yōu)化解決側(cè)圍門洞法蘭邊Y向尺寸不良的問題，使右后門關(guān)閉力得到了極大改善，如圖6所示。優(yōu)化前右后門上框法蘭邊局部外閃約0.9 mm，優(yōu)化后該區(qū)域尺寸回到中值。右后門關(guān)閉力在改善后平均降低約25 mm。

圖6 側(cè)圍門洞法蘭邊尺寸優(yōu)化示意圖

3.3 側(cè)圍外板型面的尺寸分析與優(yōu)化

側(cè)圍外板型面尺寸主要影響側(cè)圍與車門裝配平順度，從而間接影響車門與側(cè)圍內(nèi)間隙。車門上框裝飾條、車門外板均與側(cè)圍外板型面存在搭接關(guān)系，其平順度需滿足成車工藝要求。車門與側(cè)圍平順度超差會造成風阻增大、車門異響及外觀不良等缺陷，因此車門Y向調(diào)整也受到側(cè)圍外板型面尺寸的影響。

通過三坐標測量發(fā)現(xiàn)，左側(cè)圍外板后門上角區(qū)域局部里凹，會造成車門鎖柱Y向調(diào)整隨之里凹，從而減小車門內(nèi)間隙，增大車門關(guān)閉力(如圖7所示)。

圖7 左側(cè)圍外板型面尺寸優(yōu)化示意圖

通過調(diào)整側(cè)圍工裝，該區(qū)域由里凹約1.1 mm改善至里凹約0.4 mm，間接增大鎖柱區(qū)域內(nèi)間隙0.7 mm，使左后門關(guān)閉力有了很大改善。

4 白車身車門裝配過程的控制及優(yōu)化

除了零件尺寸外，車門裝配穩(wěn)定性也是車門內(nèi)間隙穩(wěn)定性的主要影響因素。車門裝配穩(wěn)定性既受到工裝穩(wěn)定性的影響，也受到車門間隙平順返修方式的影響。為確保車門在成車狀態(tài)下的平順度滿足工藝要求，前門與后門平順及后門與側(cè)圍平順在裝焊車間的預(yù)設(shè)公差帶較小，為(0+0.5)mm。即車門Y向平面的3個控制點為車門上鉸鏈深度、車門上角磁塊(歸零點)及車門下角平順度。

為了提高車門裝配穩(wěn)定性，減小車門內(nèi)間隙的波動，對車門Y向平面的控制點進行了調(diào)整。將車門下角平順度的公差帶放寬，調(diào)整至±0.7 mm。經(jīng)驗證，公差帶調(diào)整后車門平順仍可滿足總裝成車要求，但車門平順返修量大大減小，從而避免了車門下角等區(qū)域波動對車門裝配整體姿態(tài)的影響。從車門裝配理念上，取消了車門下角平順控制點，增加車門下鉸鏈深度控制點(如圖8所示)。車門Y向控制點的改變雖然增大了車門下角平順的波動性，但卻大大提高了車門整體裝配姿態(tài)的穩(wěn)定性，從而減少了對車門內(nèi)間隙穩(wěn)定性的影響。

圖8 車門Y向控制點優(yōu)化

5 結(jié)論

汽車車門關(guān)閉力受到眾多因素的影響，其中白車身生產(chǎn)過程控制對保證良好的關(guān)閉力起到了很大作用。白車身生產(chǎn)階段的零件尺寸與車門裝配是控制車門關(guān)閉力的關(guān)鍵。白車身生產(chǎn)過程對關(guān)閉力的影響主要體現(xiàn)在對車門內(nèi)間隙的影響上。通過優(yōu)化車門尺寸、側(cè)圍尺寸、車門裝配工藝均會使車門關(guān)閉力得到改善。

通過對北京奔馳某車型車門關(guān)閉力問題的具體分析，發(fā)現(xiàn)白車身尺寸與裝配精度和關(guān)閉力的大小緊密相關(guān)。白車身尺寸與裝配的優(yōu)化解決了該車型后門關(guān)閉力偏大的問題，同時也通過系統(tǒng)的分析改善了車門關(guān)閉力的穩(wěn)定性。在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時，對車門關(guān)閉力的優(yōu)化也創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

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