汽車車門的設(shè)計(jì)方法探討

胡真遠(yuǎn) 潘如順

摘要：現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展對(duì)汽車設(shè)計(jì)也提出了更高要求。即便是車門設(shè)計(jì)也要追求性能的綜合與完善，涉及多個(gè)方面的內(nèi)容。車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化關(guān)系到汽車的使用體驗(yàn)，也影響汽車的安全與視野性，更牽涉到噪聲與密封性問(wèn)題。汽車車門設(shè)計(jì)方法也遵循既定的流程。其本身較為獨(dú)立但內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多附件使得其設(shè)計(jì)必須追求精益求精。本文主要就汽車車車門設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以期帶來(lái)汽車車門設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，優(yōu)化汽車使用體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：汽車車門;設(shè)計(jì)思路;設(shè)計(jì)流程 密封

引言：車門的結(jié)構(gòu)型式很多，主要旋轉(zhuǎn)門、拉門、折疊門和外擺車門，本文主要介紹旋轉(zhuǎn)車門。車門的作用是，乘員上下車時(shí)打開(kāi)和關(guān)上，行駛時(shí)防止乘員掉出來(lái)，并防止乘員和車室內(nèi)被風(fēng)吹雨淋。車門是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的總成，它的設(shè)計(jì)將直接影響到安全性、視野性、方便性、密封性及噪音等方面的性能。車門的設(shè)計(jì)過(guò)程是整車開(kāi)發(fā)流程中的一部分，主要分為概念設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)兩大主要階段。概念設(shè)計(jì)階段主要是根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)車型或經(jīng)驗(yàn)值制定車門的主要性能指標(biāo)，再根據(jù)造型曲面的輸出、結(jié)構(gòu)配置等輸入條件布置車門、繪制主要斷面;工程設(shè)計(jì)階段主要是實(shí)現(xiàn)概念階段所提出的要求，同時(shí)完成三維數(shù)據(jù)等細(xì)節(jié)的工作。下面討論的是車門概念設(shè)計(jì)階段的主要工作。

一、汽車車門的設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)

明確設(shè)計(jì)要求才能最確保設(shè)計(jì)方向的準(zhǔn)確。車門設(shè)計(jì)要求體現(xiàn)在開(kāi)度上，確保上下車的便利。體現(xiàn)在安全性上，行車過(guò)程中車門不會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，確保人身安全。體現(xiàn)在開(kāi)關(guān)方便上，重點(diǎn)是玻璃自由升降且操作簡(jiǎn)單。體現(xiàn)在密封性上，車門必須足夠剛，不容易變形，行車過(guò)程中不會(huì)有過(guò)多的噪音。體現(xiàn)在設(shè)計(jì)工藝上。沖壓方便，附件安裝方便，外形與車身協(xié)調(diào)。

車門結(jié)構(gòu)主要是車門的構(gòu)成，分殼體、附件和內(nèi)飾蓋板幾大部分。殼體有整體式和框架式之分，整體式車門的玻璃窗框與外板一體沖壓完成，而框架式對(duì)應(yīng)的是玻璃窗框需要螺絲固定或焊接，車門殼體一般由厚度在一毫米左右的鋼板沖壓外板和內(nèi)板焊接完成。外板包住內(nèi)板。主要部件是內(nèi)板，內(nèi)板上有不同形狀的加強(qiáng)筋和孔洞，方便附件安裝，內(nèi)飾蓋板主要是起遮蓋作用，讓車門更美化。

二、汽車車門設(shè)計(jì)的基本流程

居于核心的是車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循兩大原則，其一是設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的確定，其二是結(jié)構(gòu)主斷面的確定。車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又對(duì)應(yīng)三個(gè)具體的設(shè)計(jì)模塊，其一是車門運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析，其二是車門結(jié)構(gòu)CAE的分析。其三是汽車車門設(shè)計(jì)四大工藝的可行性分析，三大模塊相輔相成，共同構(gòu)成優(yōu)化的車門設(shè)計(jì)，這是車門設(shè)計(jì)的完整流程。其中設(shè)計(jì)硬件方面。主要是對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中所定義的零部件相互關(guān)系的點(diǎn)、線、面及結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，對(duì)應(yīng)安裝硬點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)硬點(diǎn)、輪廓硬點(diǎn)和性能硬點(diǎn)四類設(shè)計(jì)，硬點(diǎn)確定，本質(zhì)上是設(shè)置調(diào)整優(yōu)化的過(guò)程。設(shè)計(jì)方案的調(diào)整對(duì)應(yīng)的就是部分設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的調(diào)整。設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的調(diào)整應(yīng)避免盲目性和隨意性，需要與相關(guān)部門協(xié)商。在其他部門認(rèn)可允許的情況下，進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，主要集中于分縫線的調(diào)整、門鎖結(jié)構(gòu)的調(diào)整、密封間隙的調(diào)整、玻璃升降器位置的調(diào)整等等。而主斷面是汽車某一局部典型結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵斷面，對(duì)應(yīng)的是零件主要特征和相互關(guān)系，涉及到零件的尺寸、配合關(guān)系、參考標(biāo)準(zhǔn)等等。在具體的設(shè)計(jì)中，基于成熟車型的主斷面進(jìn)行調(diào)整，以成熟車型主斷面設(shè)計(jì)為參考，獲得新的設(shè)計(jì)主斷面。

三、汽車車門的設(shè)計(jì)方法

（一）車門開(kāi)度的設(shè)計(jì)

車門設(shè)計(jì)當(dāng)中要考慮到上下車的便利性，車門的開(kāi)度要根據(jù)實(shí)際的需求來(lái)設(shè)置，最核心的就是車門開(kāi)啟后確保停止在最大開(kāi)度上。主要通過(guò)開(kāi)展上下車的便捷性測(cè)試，達(dá)到初期設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。

（二）車門鉸鏈的設(shè)計(jì)

車體設(shè)計(jì)當(dāng)中較為重要的一部分是車門鉸鏈設(shè)計(jì)，對(duì)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)要求較高。當(dāng)車輛停止運(yùn)行打開(kāi)車門的時(shí)候，確保車門下邊緣處有效的規(guī)避與地面的刮擦。如果鉸鏈設(shè)計(jì)當(dāng)中出現(xiàn)軸線外傾或前傾，會(huì)導(dǎo)致車門開(kāi)啟過(guò)程中下沉。車門鉸鏈的軸線設(shè)計(jì)，遵循優(yōu)選內(nèi)斜的原則。

（三）汽車車門鎖的設(shè)計(jì)

車門鎖設(shè)計(jì)與布置中基于三角形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原理，門鎖的位置與上下鉸鏈的位置構(gòu)成穩(wěn)定的三角形狀，達(dá)到車門鎖優(yōu)化布置的目的。車門鎖的優(yōu)化布置需要考慮到高度問(wèn)題。布置在車門質(zhì)心或略高于車門質(zhì)心的位置上。通俗的理解就是上下兩種鉸鏈的中間地方，可以適當(dāng)?shù)叵蛏掀凭嚯x，進(jìn)行車門鎖的優(yōu)化調(diào)整。具體來(lái)說(shuō)，車門鎖的布置優(yōu)化需要考慮三點(diǎn)，為最大限度滿足所的工作要求，兼顧車內(nèi)板的沖壓特性，鎖的安裝面應(yīng)與Y軸方向呈四度左右的傾斜角度。其二，為延長(zhǎng)鎖使用壽命角度切入角度設(shè)置要求鎖在關(guān)閉的瞬間，鎖鉤進(jìn)入鎖扣的切入角度控制在90度左右，盡量是在90度以內(nèi)。第三，考慮到玻璃的升降空間是否充分。除了玻璃，還有運(yùn)動(dòng)拉桿機(jī)構(gòu)，鎖體上的其他配件也要合理規(guī)避玻璃運(yùn)動(dòng)軌跡，確保其具備合理的升降空間。

（四）限位器的布設(shè)

限位器的主要作用是對(duì)車門的開(kāi)啟角度進(jìn)行合理性的限制，以此提供開(kāi)關(guān)門的助力，起到車門開(kāi)啟及關(guān)閉速度減緩的作用，也優(yōu)化了開(kāi)關(guān)門的手感體驗(yàn)。限位器的軸線必須與鉸鏈的軸線保持平衡，在布置上盡量選擇在上下鉸鏈中間的位置，或者是適當(dāng)?shù)南蛳缕埔欢ǖ木嚯x，限位器設(shè)計(jì)主要是限位臂軌跡設(shè)計(jì)，最常用的設(shè)計(jì)方法是作圖法。

（五）汽車車門密封設(shè)計(jì)

車門作為獨(dú)立的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)當(dāng)中也要考慮到汽車的整體密封性。當(dāng)汽車密封性良好，乘車人員與外界會(huì)有一定程度的隔離，會(huì)減少車內(nèi)的噪音，也防止門腔出現(xiàn)積水或滲水的情況，因此在車門密封設(shè)計(jì)師常常增設(shè)幾道密封條，加強(qiáng)氣密性優(yōu)化，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

四、四大工藝的具體分析

（一）沖壓可行性分析啦。

沖壓可行性分析，前提是設(shè)計(jì)完成前后對(duì)完成的鈑金件進(jìn)行多次有限元分析，最大限度確保鈑金件的穩(wěn)定，防止撕裂及滑移?；诰唧w的有限元分析結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)。在確保可沖壓質(zhì)量的情況下，簡(jiǎn)化工序，控制成本。

（二）焊接的可行性分析

焊接可行性分析主要圍繞檢查相關(guān)焊接區(qū)域的面積開(kāi)展，重點(diǎn)是查看面積是否滿足焊接基礎(chǔ)需求。當(dāng)基礎(chǔ)需求無(wú)法滿足時(shí)，進(jìn)行焊接工藝的改良。比如說(shuō)點(diǎn)焊改為塞焊。

（三）涂裝的可行性分析

涂裝可行性分析，重點(diǎn)檢查涂裝過(guò)程中是否存在漏液及排氣孔損壞等情況，檢查排氣孔是否存在封堵的情況。漏雨和噪音的產(chǎn)生也是涂裝可行性分析的一大方面。做好各方面因素的綜合分析，才能創(chuàng)建安全的涂裝操作空間。

（四）總裝的可行性分析

配件分析到位，需要進(jìn)行總裝的可行性分析，重點(diǎn)是安裝空間的優(yōu)化，在明確具體整改方案的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)，進(jìn)行完整細(xì)致的分析，直到生產(chǎn)要求最優(yōu)化。

五、車門密封條壓縮變形特性設(shè)計(jì)

車門在關(guān)閉過(guò)程中，密封條受到壓縮產(chǎn)生變形時(shí)對(duì)擠壓面的反力作用等于其壓縮負(fù)荷。車門密封條變形量與壓縮負(fù)荷的關(guān)系稱之為壓縮變形特性，它與密封結(jié)構(gòu)的可靠性和車門關(guān)閉力關(guān)系密切，是車門密封條最基本特性，是密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。車門關(guān)閉時(shí)，氣流所引起的氣壓阻力和密封條的反力是影響轎車關(guān)閉力的主要因素，兩者消耗的能量基本是車門的關(guān)閉能量，其中密封條的作用比重可達(dá)30%～50%;而車門的重力、限位器、鉸鏈、門鎖的作用可以相互抵消。

結(jié)束語(yǔ)：汽車車門設(shè)計(jì)遵循既定的設(shè)計(jì)流程，基于具體的設(shè)計(jì)方法，本文立足于汽車車門設(shè)計(jì)，從多個(gè)維度和方向，對(duì)車門設(shè)計(jì)做了具體的闡述，無(wú)論是硬點(diǎn)的設(shè)計(jì)還是斷面的設(shè)計(jì)都做了具體說(shuō)明。車門設(shè)計(jì)是獨(dú)立系統(tǒng)而綜合的工程，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，才能確保設(shè)計(jì)效果的最佳化。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹忠.汽車車門關(guān)閉力的計(jì)算[J]公路與汽運(yùn)2007（3）.

[2]楊琳.汽車車門系統(tǒng)相關(guān)的研究.車輛工程2008.

[3]蔣明明.乘用車車門密封條結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究.安徽理工大學(xué).2017.