基于兩門小車型車門密封條系統(tǒng)的關(guān)門能量優(yōu)化

王麗敏 付勇

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，人們從使用功能發(fā)展到對外觀（使用）品質(zhì)等一系列要求。汽車關(guān)門品質(zhì)也成為衡量的重要指標(biāo)。既要保證關(guān)門過程中的厚重感，也要能輕松關(guān)門。這就對我們整車關(guān)門系統(tǒng)的研發(fā)提出了較大的挑戰(zhàn)。而兩門小型車內(nèi)部空間小，空氣阻尼增大，成為研究關(guān)門能量中最典型的問題，我們就以兩門車作為研究對象，通過改變密封條截面和周邊匹配關(guān)系，達(dá)到優(yōu)化關(guān)門能量的目的。

2 關(guān)門速度的影響因素

通過測速儀器對實車進(jìn)行條件選擇（保證其他的環(huán)境變量不變）測量，測試結(jié)果接近真實值（客戶實際用車環(huán)境），得到測量數(shù)據(jù)。在關(guān)門過程中主要有車門自重、空氣阻力、密封條、密封間空氣阻尼、門鎖、限位器、鉸鏈等因素影響。從測量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，其中車門自重與開關(guān)門品質(zhì)提升為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

關(guān)門力（速度）主要影響因素包括空氣阻力、密封系統(tǒng)、密封間空氣阻力、門鎖、限位器、鉸鏈，其中空氣阻力占比39% 排第一位，密封膠條占比35%排第二位。由于（兩門小車型）汽車內(nèi)部空間大小受限，我們本文主要從密封條方向分析關(guān)門能量，提高關(guān)門的品質(zhì)。

圖1 關(guān)門速度影響因素

3 密封條物理模型分析

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)論文研究和實車相關(guān)驗證，密封系統(tǒng)影響因素理論分析中，密封條對車門關(guān)門力或速度的影響主要包括密封條的彈性力以及密封條氣孔的阻尼力。把密封條分割成N 小段，每段長度一定，通過疊加每一小段密封條消耗的能量得到整段密封條的能量消耗總和。

3.1 彈性力模型

彈性力主要是指在開關(guān)門過程中，密封條與鈑金之間的相互作用力。關(guān)門瞬間：密封條的干涉量、壓縮負(fù)荷值越大，則相應(yīng)受到的彈性力值就越大，反之則小。如下圖所示：

圖2 彈性力模型及對應(yīng)公式

3.2 阻尼力模型

阻尼力是指汽車（車門）在關(guān)閉過程中，關(guān)門速度（或力）的大小與泡管的面積、干涉量、排氣孔間距直接相關(guān)。其中定義公式為：

4 密封條CAE 斷面前期處理分析

CAE 分析是設(shè)計階段必不可少的工具，通過根據(jù)對斷面力值及變形情況的分析，確定斷面數(shù)據(jù)的合理性。針對關(guān)門力大的問題我們用Marc 軟件對現(xiàn)有密封斷面（應(yīng)用于四門大車型的斷面）進(jìn)行分析，結(jié)合前期關(guān)門速度影響因素，在空氣阻力增大占比第一的小車門車型中，密封條壓縮負(fù)荷值需要優(yōu)化，以匹配兩門小車型。

4.1 車門側(cè)密封條分析處理

作為整車的第一道密封，車門側(cè)密封條在密封系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，設(shè)計過程中的問題分析更加重要。我們從密封條的內(nèi)部空間、干涉量、壓縮接觸面等多方面分析，保證密封條斷面CLD 值設(shè)計達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

圖3 彈尼力模型及對應(yīng)公式

4.1.1 ROOF斷面分析

在保證壓縮干涉量不變的前提下（干涉量要求3.5mm）：增加泡管的接觸面積、第一道防水唇邊海綿膠與密封膠區(qū)域從新劃分，這兩方面來優(yōu)化密封條斷面，來滿足密封條密封、低風(fēng)噪、關(guān)門品質(zhì)的要求。通過CAE分析在正壓和過壓后的變形情況，統(tǒng)計出對應(yīng)的力值曲線，從而達(dá)到A-A（Roof 段）斷面的設(shè)計要求。更改前斷面變形后存在尖點接觸，造成應(yīng)力集中的情況，關(guān)門回彈力過大，從力值曲線可以看出更改后曲線平順，滿足設(shè)計要求，具體結(jié)構(gòu)如下圖4 所示：

圖4 roof段對比分析模型

4.1.2 鉸鏈及鎖側(cè)斷面要求

在第一道密封系統(tǒng)中，鉸鏈及鎖側(cè)斷面斷面占據(jù)第一道密封的四分之三，關(guān)門力貢獻(xiàn)值占據(jù)三分之二。，斷面的前期設(shè)計也至關(guān)重要。我們分別從鉸鏈（密封條設(shè)計干涉量5.5mm）和鎖側(cè)（密封條設(shè)計干涉量5.0mm）對密封條進(jìn)行前期的分析處理，優(yōu)化現(xiàn)有的斷面，優(yōu)化后鉸鏈側(cè)干涉量4.0mm和鎖側(cè)干涉量4.0mm，對截面進(jìn)行CAE 模擬分析處理，得到密封條壓縮后的斷面變形情況及對應(yīng)的力值曲線，設(shè)計出滿足兩門小車專用的斷面，具體分析處理信息如下圖5 所示。

圖5 B-B鉸鏈和鎖側(cè)對比分析模型

4.2 車身側(cè)密封條分析處理

作為整車的密封系統(tǒng)次密封，車身側(cè)密封條在整體關(guān)門能量貢獻(xiàn)值不大。但是在整個空間中，對空氣阻力的影響較大。泡管的形狀也有相應(yīng)的貢獻(xiàn)值。泡管內(nèi)部空間小，排氣孔開設(shè)不當(dāng)，在過沖的情況下，造成反彈的力值增大；另外泡管較小，在整體外觀上看，泡管無法蓋住鋼帶印，整體泡管形狀不協(xié)調(diào)，造成感知質(zhì)量較差。我們通過調(diào)整現(xiàn)有密封條斷面的干涉量，干涉量由原來1.5mm 調(diào)整0.5mm，整體泡管形狀不發(fā)生改變，通過CAE 分析變形后截面及力值的曲線，確認(rèn)最終的開模斷面。如下圖6 所示。

圖6 門框條（車身側(cè)密封條）對比分析模型

5 實車對比分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)（密封條的）彈性力及阻尼力計算公式，將更改前的零件制作5 套，更改后零件制作5 套。其中斷面A-A 斷面排氣孔為200mm 間距，直徑為3mm，B-B 斷面排氣孔為200mm 直徑為3mm 兩套；3 套按照A-A 斷面排氣孔為100mm 間距，直徑為3mm，B-B 斷面排氣孔為100mm 間隙執(zhí)行，直徑為3mm。新斷面2 套按照現(xiàn)有斷面排氣孔執(zhí)行，3 套按照A-A 斷面排氣孔為100mm 間距，直徑為3mm，B-B 斷面排氣孔為100mm，直徑為3mm 執(zhí)行，用同一臺車測量對應(yīng)的數(shù)值。如下表1所示。

表1 實驗對比數(shù)據(jù)

備注：（1）Vta-整車完好，四門玻璃全關(guān)，四門全關(guān)條件下測試其中一個門的關(guān)門最小速度；（2）Vts—整車完好，四門玻璃全關(guān)，開尾門/或開其它側(cè)門，測試其中一個門的關(guān)門最小速度；（3）Vp—整車完好，四門玻璃全關(guān)，開尾門/或開其它側(cè)門，拆除次道密封，僅有主道密封條的條件下測試其中一個門的關(guān)門最小速度；（4）Vh—整車完好，四門玻璃全關(guān)，開尾門/或開其它側(cè)門，拆除全部密封條，僅有保持件條件下測試其中一個門的關(guān)門最小速度；（5）Vs—整車完好，四門玻璃全關(guān)，開尾門/或開其它側(cè)門，還原次道密封，僅有次道密封條的條件下測試其中一個門的關(guān)門最小速度。

根據(jù)實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得出，更改后斷面整體關(guān)門能量降低，密封條總能耗降低1.6J，而且排氣孔更改后也能降低對應(yīng)的線速度，從而降低關(guān)門能量。后期新項目則按照排氣孔（間距由200mm 變更為100mm）更改、優(yōu)化后斷面執(zhí)行。解決我們關(guān)門力大的問題，將斷面優(yōu)化到最優(yōu)狀態(tài)，在根據(jù)實車驗證匹配，確認(rèn)最終斷面及壓縮負(fù)荷理論數(shù)據(jù)。

6 項目車輛下線關(guān)門速度數(shù)據(jù)統(tǒng)計

對干涉量及壓縮負(fù)荷值的減小，會造成漏水和風(fēng)燥、開關(guān)門感知質(zhì)量等系列問題。我們對生產(chǎn)車輛進(jìn)行下線跟蹤，統(tǒng)計下線后淋雨漏水情況及高速路上行駛風(fēng)燥問題。隨機(jī)抽樣3 個月數(shù)據(jù)，樣本數(shù)量為200，均無漏水和風(fēng)燥問題發(fā)生，故障率為0。感知質(zhì)量開關(guān)門評審滿足NVH 要求。則證明更改有效，滿足我們基于兩門小車型開發(fā)斷面的使用要求。

7 經(jīng)驗總結(jié)及新車型研究方向

通過對某兩門車型車門及車身密封條對關(guān)門能量的優(yōu)化分析，結(jié)合構(gòu)建的物理模型、前期的CAE 分析處理，優(yōu)化我們現(xiàn)有的密封條斷面，設(shè)計出滿足兩門車密封條。針對兩門車，內(nèi)部空間小，不能按照四門車大空間來直接選用現(xiàn)有的密封條，開發(fā)兩門車密封條斷面成為現(xiàn)研究課題，設(shè)計過程中要考慮到風(fēng)噪、漏水與關(guān)門力等系列因素，要兼顧多方面的動態(tài)平衡，車身側(cè)密封條要考慮到整體外觀的感知質(zhì)量，從功能和感知等多維度滿足設(shè)計要求。在新車型開發(fā)過程中，要根據(jù)造型結(jié)構(gòu)，確定內(nèi)部空間的大小，選擇適合的斷面結(jié)構(gòu)。 按照現(xiàn)有的兩門及四門的斷面結(jié)構(gòu)，結(jié)合周邊數(shù)據(jù)匹配，物理模型計算好彈性力值及阻尼力值，達(dá)到力值的參考范圍，則滿足設(shè)計要求。