翼子板及門結(jié)構(gòu)參數(shù)對A柱門縫通道的 敏感性分析

高 嬋，朱煒昱

（上汽大眾汽車有限公司 前期開發(fā)科，上海 202101）

關(guān)鍵字：翼子板結(jié)構(gòu)參數(shù)；門縫；敏感性

引言

車門外板是車門鈑金總成的外覆蓋件，也是與造型面直接相關(guān)的零件[1]。車門大面的造型決定了汽車整體的造型語言，在造型面上，經(jīng)常會有起伏劇烈的造型特征線，增加了設(shè)計門縫通道的難度。在實際開發(fā)過程中，為了降低成本，節(jié)省開發(fā)費提高開發(fā)效率，A柱門縫所涉及的零件需要滿足技術(shù)側(cè)碰等要求，導(dǎo)致了門縫通道的設(shè)計要求和造型設(shè)計需求沖突，直接增加設(shè)計出滿足開閉件運動要求門縫的困難。因此，對A柱門縫通道優(yōu)化和分析，在前期開發(fā)階段至關(guān)重要。

1 A柱門縫通道的設(shè)計要求

A柱門縫為A面上翼子板折邊與前門包邊之間的縫隙。如圖1所示，這條縫隙的存在，是為了滿足車門開關(guān)運動過程中始終和周邊零件保持一定距離的要求。除此之外門縫走勢還需要滿足造型美觀協(xié)調(diào)的要求。同一個造型大面，可能存在著多條滿足開關(guān)間隙要求的門縫。為了給造型更自由更寬松的設(shè)計條件和更高的開發(fā)效率，建議開發(fā)前期繪制出門縫通道，即找出A面上所有滿足門縫要求的前后限制邊界。這樣造型繪制門縫的時候，只需在這個通道范圍內(nèi)找到一條最符合造型語言特征的門縫即可。

圖1 A柱門縫通道示意圖

A柱門縫通道前邊界是，當前門最大開啟時，前門與側(cè)圍（包括鉸鏈螺栓）滿足最小間隙要求時，翼子板折邊的極限位置。A柱門縫后邊界描述的是，在前門的開關(guān)運動過程中，與周邊零件滿足最小間隙要求的前門包的邊極限位置。圖2所示為軸線與造型面關(guān)系。

圖2 軸線與造型面

A柱門縫通道在設(shè)計時，需要考慮到門安裝及運動過程中鈑金件的安裝公差等，包括鉸鏈軸，翼子板，前門以及門過開的角度等。需要考慮到的極限情景包括：

（1）前門過開時，前門需要與周邊零件保持最小間隙。

（2）前門開關(guān)運動過程中，需要與周邊零件保持最小間隙。

（3）帶塑料件（如門護板等）裝卸過程中需要與周邊零件保持最小間隙。

2 A柱門縫通道的影響因素以及優(yōu)化方案

2.1 鉸鏈的布置

車門鉸鏈位置非常關(guān)鍵，決定車門開縫位置的同時，還對造型大面和A，B柱走勢都有很大的影響[2]。鉸鏈的內(nèi)傾角和后傾角要滿足車門在開啟和關(guān)閉過程中受力及開關(guān)門時離地間隙要求[3]。鉸鏈軸線內(nèi)傾角通常建議在2°到3°之間，后傾角在－1.5°到2.5°之間。在相同鉸鏈傾角的情況下，鉸鏈跨距越大，鉸鏈抵抗重力矩所需的力就越小，跨距建議大于400 mm。布置時，上鉸鏈受限于窗框線，下鉸鏈需避開側(cè)碰區(qū)[4]。門縫通道前邊界在鉸鏈螺栓位置處會有相應(yīng)凸起部分，后邊界在造型變化劇烈位置會有階躍突變。因此應(yīng)盡量避免將這兩個苛刻部分位于同一高度位置。否則如圖3(a)所示，在造型特征變化劇烈部分布置鉸鏈軸，門縫通道的前邊界與后邊界直接干涉，造成門縫無解。而鉸鏈避開特征劇烈位置布置時，如圖3(b)布置鉸鏈，此造型門縫有解。

圖3 鉸鏈軸布置位置

2.2 鉸鏈螺栓的結(jié)構(gòu)

在門縫通道前邊界苛刻情況下建議優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)緊湊的鉸鏈螺栓。以某款SUV為例，如圖4(a)所示，當前門開啟到最大角度時，前門包邊與螺栓干涉1.1 mm，替換一顆結(jié)構(gòu)緊湊的螺栓后，如圖4(b)所示，兩者間隙變?yōu)?.9 mm。在鉸鏈位置相同的條件下，大幅改善苛刻情況。

圖4 螺栓圖

2.3 鉸鏈軸距造型大面的距離

鉸鏈軸距造型大面的距離直接影響門縫通道后邊界的位置，鉸鏈軸距A面距離越遠，門縫通道后邊界越靠前，門縫通道越窄，越不利于造型開縫。所以在鉸鏈安裝位置不變的情況下，建議選擇長鉸鏈臂，縮短鉸鏈軸到造型面的距離，從而增大門縫通道寬度。

2.4 造型大面的特征起伏

如圖5所示，在造型特征起伏劇烈處門縫通道的后邊界會有一個階躍式的變化。從某一個確定的高度位置H開始，門縫通道的后邊界就從位置2變?yōu)槲恢?。這是因為在造型特征起伏劇烈的地方會多一解。在階躍位置做截面如圖6所示，可以看出，門縫位置1和2都能滿足極限位置的要求。即考慮各種公差情況下，前門開關(guān)運動過程中，翼子板和前門保持最小間距要求1 mm時，同時有兩個解滿足這個極限要求。當前門縫的位置在A面上沿著X軸方向移動時，前門 圓角包邊的運動軌跡距翼子板包邊間距逐漸減小，在位置1處，達到了最小的間距要求1 mm。越過這個點的位置，門縫位置繼續(xù)沿著X軸向前走，就會發(fā)現(xiàn)，運動軌跡與翼子板包邊的間距繼續(xù)減小，不滿足1 mm間距要求。然而當跨過造型特征圓弧的時候，間距反而慢慢增大，到達位置2的時候，間距又達到了滿足要求的1 mm。雖然有兩個解，門縫后邊界的極限位置只能限制在了位置1。這就導(dǎo)致在A面上，門縫通道在有造型特征的地方會有一個階躍式的突變。

圖5 造型特征起伏處

圖6 造型特征起伏處

2.5 前門最大開啟角度

在未安裝限位器之前，門的開啟最大角度一般在72°～78°。如圖7(a)所示，以某款SUV為例，門側(cè)鉸鏈安裝角度為10°，由于鉸鏈結(jié)構(gòu)的自身限制，當開啟77°時，門側(cè)鉸鏈結(jié)構(gòu)和側(cè)圍鉸鏈結(jié)構(gòu)相碰，從而達到前門最大開啟位置。而此時，前門包邊與A柱鉸鏈螺栓干涉0.5 mm。當門側(cè)鉸鏈安裝角度調(diào)整為12°時。如圖7(b)所示，前門最大開啟角度減小為75°。當開啟的最大角度減小，就避免了前門包邊與A柱鉸鏈的干涉，使得前門與鉸鏈螺栓之間的間隙增大為1.5 mm。值得注意的是，門側(cè)鉸鏈安裝角度調(diào)整不能過大，需要保證前門的最大開啟角度。

圖7 鉸鏈螺栓

2.6 翼子板和前門包邊結(jié)構(gòu)

如圖8所展示翼子板和前門包邊結(jié)構(gòu)，這些參數(shù)與鈑金件沖壓成型性以及門縫通后邊界相關(guān)?？傮w來說，翼子板結(jié)構(gòu)圓角越小，A柱門縫通道的后邊界就越靠后，相同的條件下，門縫通道就會變寬。但翼子板圓角過小會影響鈑金沖壓成型性，建議外圓角1.2 mm到1.8 mm范圍內(nèi)，內(nèi)圓角控制在不超過1.8 mm。翼子板小翻邊越短，門縫通道越寬。當沒有小翻邊的時候，門縫通道寬度最大。小翻邊長度一般建議不大于0.3 mm。小翻邊的拔模角度建議大于3°。翼子板斜切翻邊角度建議大于45°。前門包邊圓角半徑建議1.2 mm。

圖8 翼子板及門包邊結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對門縫通道后邊界的敏感性

為了更好地了解結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)對門縫通道后邊界的影響，在這一節(jié)主要進行參數(shù)對門縫通道的敏感性分析。每個參數(shù)都有不同的單位和物理意義，所以敏感性定義如下：

如圖9所示，x代表了門縫通道后邊界觀察點X軸的坐標，?x表示門縫通道后邊界沿X軸方向移動的距離。?x為正，說明門縫通道后邊界沿X軸向后移動，意味門縫通道變大，利于門縫通道的設(shè)計。?x為負，說明門縫通道后邊界沿X軸向前移動，門縫通道變窄，會增加門縫的設(shè)計布置的困難。k代表如下定義的結(jié)構(gòu)參數(shù)值：

圖9 門縫通道示意圖

（1）翼子板外圓角半徑Rka；

（2）翼子板內(nèi)圓角半徑Rki；

（3）翼子板小翻邊長度Lk；

（4）翼子板小翻邊拔模角Wk；

（5）翼子板斜切翻邊角度Wki；

（6）門包邊圓角半徑Rt。

?k表示參數(shù)在初始位置時1%的上浮量。?xcrit表示參數(shù)上調(diào)1%時門縫通道后邊界觀察點的X坐標值與參數(shù)初始值時觀察點X坐標值的變化量。

圖10所示為結(jié)構(gòu)重要參數(shù)對門縫通道后邊界位置的敏感性結(jié)果。由圖可知當參數(shù)如下變化時會使門縫通道的后邊界沿X軸正向移動，使門縫通道變大，優(yōu)于門縫的布置：

圖10 翼子板及門包邊結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性

（1）翼子板外圓角半徑Rka的減??；

（2）翼子板內(nèi)圓角半徑Rki的減小；

（3）翼子板小翻邊長度Lk的減小；

（4）翼子板小翻邊的拔模角度Wk的減小；

（5）前門包邊圓角半徑Rt的增加。

通過上圖可以判斷，其中對門縫通道后邊界影響最大的結(jié)構(gòu)參數(shù)是翼子板外圓角半徑Rka，當Rka增加1%，即從1.3 mm增加到1.313 mm時，門縫通道后邊界會沿X軸向前移動0.142 mm。使得門縫通道變窄。前門包邊圓角半徑增加1%時，門縫通道后邊界會向后移動0.096 mm，使得門縫通道變寬，優(yōu)于門縫的布置。而翼子板斜切翻邊角度對門縫通道的后邊界無任何影響。即翼子板斜切翻邊角度的增減都不會對門縫通道造成任何改變。它對于后邊界的敏感性為0。

如表1所示，一般來說，翼子板折邊結(jié)構(gòu)參數(shù)為，外圓角1.3 mm，內(nèi)圓角1.5 mm，小翻邊0.3 mm，小翻邊拔模角3°，同時翼子板斜切翻邊角度為45°。前門包邊為1.15 mm?？梢?，這些參數(shù)上調(diào)1%時，翼子板外圓角所導(dǎo)致的門縫通道縮小最嚴重。如果不考慮初始值的影響，敏感性最大的為翼子板小翻邊，當變化相同單位的數(shù)量級，即所有長度單位參數(shù)都增加0.1 mm的情況下，翼子板小翻邊所導(dǎo)致的門縫通道縮小量最大。

表1 敏感性分析

4 結(jié)構(gòu)參數(shù)單因素影響分析

本節(jié)對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行單因素影響分析。以下圖表縱坐標為門縫通道后邊界X軸坐標值。圖表橫坐標為參數(shù)值。

通過圖11可以看出翼子板外圓角半徑幾乎是線性變化。當每增加0.1 mm的翼子板圓角半徑，門縫通道后邊界就會前移1.2 mm左右，門縫通道就會變窄1.2 mm。

圖11 翼子板外圓角半徑

通過圖12可以看出翼子板內(nèi)圓角半徑是線性減函數(shù)。每增加0.1 mm的翼子板圓角半徑，門縫通道后邊界就會前移1 mm左右，門縫通道就會變窄1 mm。

圖12 翼子板內(nèi)圓角半徑

通過圖13可以看出前門包邊圓角半徑是線性增函數(shù)。大概是每增加0.1 mm的翼子板圓角半徑，門縫通道后邊界就會后移1 mm左右，門縫通道就會變寬1 mm。

圖13 前門包邊圓角半徑

通過圖14可以看出翼子板小翻邊長度也是線性減函數(shù)。大概是每增加0.1 mm門縫通道后邊界就會前移1.5 mm左右，門縫通道就會變窄1.5 mm。

圖14 翼子板小翻邊

通過圖15可以看出小翻邊的拔模角度越大，也會造成門縫通道的變窄。每增加1°，通道變窄0.1 mm。相對來說，翼子板小翻邊的拔模角度對于通道后邊界的敏感性最低。

圖15 翼子板小翻邊拔模角

5 結(jié)束語

本文研究了A柱門縫通道的影響因素以及結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析為實際開發(fā)工作提供切實可行的優(yōu)化措施。

對于A柱門縫通道前邊界：

（1）采取結(jié)構(gòu)緊湊的鉸鏈螺栓，來增加門過開時，前門與鉸鏈螺栓之間的距離；

（2）調(diào)整門側(cè)鉸鏈螺栓安裝角度，限制前門最大開啟的角度，來優(yōu)化前門開啟最大時，前門與螺栓之間的距離。

對于門縫通道后邊界：

（1）在空間足夠的情況下，選取長臂鉸鏈，縮小外造型A面距鉸鏈軸線的距離，使門縫通道的后邊界后移，增加門縫通道的寬度。

（2）優(yōu)化翼子板以及前門包邊的結(jié)構(gòu)參數(shù)，比如減小翼子板折邊圓角半徑等，或者增大前門包邊圓角半徑等。其中，翼子板折邊外圓角半徑最為敏感。

（3）鉸鏈的布置盡量錯開造型大面特征變化劇烈的地方。