車門系統(tǒng)的關(guān)鍵性能設(shè)計(jì)研究

韋啟生

摘 要：隨著汽車科技迅速的發(fā)展，車門系統(tǒng)作為汽車使用頻率最高的關(guān)鍵部件，為駕駛員和乘客提供出入車輛的通道，承載著安全、密封性、美觀性等功能，而人們對車門系統(tǒng)的性能要求也越來越高。本文詳細(xì)介紹了車門系統(tǒng)的關(guān)鍵性能及相關(guān)設(shè)計(jì)研究，希望對新產(chǎn)品開發(fā)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：車門系統(tǒng) 關(guān)鍵性能 強(qiáng)度 主斷面

Abstract：With the rapid development of automotive science and technology， the door system， as the most frequently used key component of the car， provides to entry and exit the vehicle for the driver and passengers， bearing the safety， sealing， aesthetic and other functions， and the People have higher and higher requirements on the performance of the car door system.This paper introduces the key performance and related design research of the door system in detail， hoping to provide valuable experience for the development of new products.

Key words： The car door system， key performance， strength，the main section

1 引言

在激烈的汽車市場競爭中，企業(yè)要提升競爭力，就要不斷提高汽車的性能品質(zhì)，滿足客戶對汽車駕駛、舒適、安全等性能的需求。車門系統(tǒng)作為整車重要的部分，它的綜合性能直接關(guān)系到整車的性能品質(zhì)及客戶的滿意度。車門系統(tǒng)的關(guān)鍵性能設(shè)計(jì)研究，對汽車工業(yè)的發(fā)展有著極其重要的作用。

2 車門系統(tǒng)的關(guān)鍵性能

2.1 使用方便性。開關(guān)門方便，輕便自如，限位可靠；上下車方便，具有足夠的開度，并能使車門停在最大開度；玻璃升降順暢。

2.2 安全可靠性。具有足夠的剛度、強(qiáng)度，不易變形下沉；行車時(shí)平穩(wěn)，無振動噪響，NVH性能優(yōu)；各零部件性能可靠，不干涉；車門能鎖住，不會自動打開；防腐性能優(yōu)；碰撞安全。

2.3 密封性。雨、雪、塵不能進(jìn)入車內(nèi)，具有良好的氣密封性。

2.4 視野性。視野開闊，車門窗口盡量大，三角窗位置、大小、形狀布置合理。

2.5 工藝性。易于生產(chǎn)制造，便于安裝附件，拆裝維修便利。

2.6 外觀性。外型上與整車協(xié)調(diào)，外觀視覺效果良好。

3 車門系統(tǒng)的關(guān)鍵性能設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)的基本要求：

3.1.1 車門開關(guān)需要滿足乘客的使用需求，車門的位置、形狀及開口空間需要合理設(shè)計(jì)，要確保車門能夠停留在最大開度位置上，玻璃升降順暢無阻，開關(guān)門操作力、開關(guān)門速度符合要求。

3.1.2 車門需要滿足剛度和強(qiáng)度的指標(biāo)要求，車門的使用安全可靠，車輛的側(cè)面碰撞符合標(biāo)準(zhǔn)；車門的靜態(tài)間隙和運(yùn)動間隙合理，部件間無干涉現(xiàn)象；門鎖安全可靠，車輛行駛過程中不會自動打開；密封道數(shù)合理，排水孔布置合理，吸音材料優(yōu)質(zhì)，NVH性能優(yōu)；涂膠量及位置布置合理。

3.1.3 根據(jù)要求選擇密封道數(shù)，密封膠條與門鈑金、飾板匹配合理，保證車門系統(tǒng)具有較好的密封性能。

3.1.4 視野寬闊，透光面大，滿足各向視野要求。

3.1.5 滿足車門制造的沖壓、焊接、涂裝、總裝四大工藝要求，滿足拆裝維修便利性的要求。

3.1.6 車門與整車造型協(xié)調(diào)一致，包括外表面形狀、尺寸及門縫的設(shè)計(jì)等。

3.2 車門強(qiáng)度要求：

3.2.1 過開強(qiáng)度

車門全開狀態(tài)下，在車門打開方向施加過行程所需要的載荷時(shí)，應(yīng)該滿足以下要求：

（1）施加250N載荷時(shí)：車門下沉量小于1mm，開啟方向角度變形小于10度；

（2）施加290N載荷時(shí)：車門與車身其他部件之間沒有干涉；

（3）施加450N載荷時(shí)：未發(fā)生開裂及使性能降低的變形現(xiàn)象；

（4）車門過開工況下，車門內(nèi)板所承受的最大應(yīng)力小于137MPa，鉸鏈加強(qiáng)板所承受的最大應(yīng)力小于155MPa。

3.2.2 向下加載負(fù)荷強(qiáng)度

在車門后端施加規(guī)定的載荷時(shí)，需要滿足：施加500N載荷時(shí)，向下位移量小于10mm，發(fā)生永久變形的位移量小于1mm。

3.2.3 全力關(guān)門強(qiáng)度

在車門全開狀態(tài)下，把車門從全開位置用全力關(guān)閉車門時(shí)，車門鈑金、升級系統(tǒng)、門鎖系統(tǒng)及其他部位不能發(fā)生開裂及使性能降低的變形現(xiàn)象。

3.2.4 車門子系統(tǒng)耐久強(qiáng)度

在過底漆的白車身上安裝車門總成，實(shí)施5萬次外部開關(guān)門耐久試驗(yàn)和5萬次內(nèi)部開關(guān)門耐久試驗(yàn)時(shí)，需要滿足以下要求：

（1）內(nèi)外開手柄操作部件無損壞、卡滯及異響等異常情況。

（2）車門的整個(gè)運(yùn)動系統(tǒng)運(yùn)動順暢，無明顯的卡滯及異響等異常情況。

（3）各部件功能使用正常，能夠正常操作。

（4）試驗(yàn)后，車門全開時(shí)的門下垂量小于2mm。

（5）試驗(yàn)后，車門的操作力、最小關(guān)門速度均要求小于試驗(yàn)前的130%。

（6）不出現(xiàn)永久變形、彎曲、裂縫、焊點(diǎn)開裂、干涉、緊固件松動等情況。

3.3 設(shè)計(jì)的輸入條件：

包過總體布置圖、設(shè)計(jì)概念描述、造型數(shù)據(jù)、車身主斷面及樣車參考信息等。

3.3.1 總體布置圖

總體布置圖是造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的尺寸控制圖。其根據(jù)汽車的總體方案、整車參數(shù)及性能要求，提出對各總成及部件的布置和特性參數(shù)等設(shè)計(jì)要求，協(xié)調(diào)整車與各總成之間的布置關(guān)系和參數(shù)匹配關(guān)系，以達(dá)到產(chǎn)品目標(biāo)要求。根據(jù)總體布置圖，設(shè)計(jì)車門結(jié)構(gòu)，確定車門數(shù)量、門洞開口位置、車門開度等關(guān)鍵參數(shù)。

3.3.2 設(shè)計(jì)概念描述

設(shè)計(jì)概念描述，在項(xiàng)目開發(fā)前期，結(jié)合對標(biāo)分析數(shù)據(jù)對零件或子系統(tǒng)零部件確定目標(biāo)和方案，包括以下內(nèi)容：對標(biāo)分析數(shù)據(jù)、質(zhì)量、成本、重量、性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)方案、配置情況、設(shè)計(jì)說明、設(shè)計(jì)潛在失效模式分析、零件清單、實(shí)驗(yàn)大綱、投資成本及子系統(tǒng)開發(fā)主計(jì)劃等。

3.3.3 造型數(shù)據(jù)

造型數(shù)據(jù)作為車門設(shè)計(jì)最重要的設(shè)計(jì)依據(jù)之一，它定義了車門的位置、外形尺寸及門縫線位置。在車身造型數(shù)據(jù)凍結(jié)前，須對車身造型數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)合理地工程可行性分析，使其符合工程化要求，需要分析考慮以下內(nèi)容：

（1）車門圓角檢查：沖壓成形可行性，與造型風(fēng)格協(xié)調(diào)一致性。

（2）門周圍的間隙值定義：門開啟過程中，與周圍零件的最小間隙要求；車身的造型風(fēng)格；制造工藝水平；對標(biāo)車的間隙值；車門使用過程中部件變形、門下沉量等因素。

（3）門周圍的面差定義：人的視覺感知，車身的造型風(fēng)格，防水措施，對標(biāo)車的面差值。

（4）車門的特征分析：

①車門玻璃面分析。玻璃面的形狀、尺寸及曲率分布狀況等。

②輥壓窗框結(jié)構(gòu)可行性分析。輥壓窗框表面應(yīng)與玻璃面平行，其間距與相關(guān)斷面形狀相匹配。合理定義玻璃外表面與車門外板的距離，確保部件有足夠的安裝空間和運(yùn)動間隙。

③車門外開把手凹坑設(shè)計(jì)分析，包過凹坑的形狀及尺寸。需考慮乘員使用的方便性，考慮安裝門把手的工具能否順利地進(jìn)入所需的位置。

④車門腰線部位的形狀分析。需考慮車門腰線部位要安裝外水切密封條，要確保外水切密封條安裝到車門外板上后，水切密封條和車門腰線部位的形狀協(xié)調(diào)一致。

⑤門外板的模態(tài)、剛度和抗凹性能分析。為滿足目標(biāo)要求，門外板需要設(shè)計(jì)具有一定數(shù)量特征線的結(jié)構(gòu)。

3.3.4 車身主斷面

車身主斷面表達(dá)了車身主要部位的結(jié)構(gòu)形式、搭接關(guān)系、間隙設(shè)定、主要控制尺寸、生產(chǎn)工藝、人機(jī)工程及法規(guī)等方面的信息。車身主斷面可以指導(dǎo)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也是工程分析的重要手段和工具。車身主斷面有如下要求：（1）DTS要求：間隙和面差；（2）制造工藝要求：最小R角、出模方向及最小出模角度；（3）工程結(jié)構(gòu)要求：分件、結(jié)構(gòu)空間、面（關(guān)鍵或有爭議的面）的寬度、尺寸鏈（有爭議的尺寸鏈）等；（4）感知工藝（精致工藝）要求：漸近角及弧高等。與車門設(shè)計(jì)有關(guān)的主斷面有（如圖1）：

（1）S01斷面是截在左前門上鉸鏈中心位置，且垂直于鉸鏈軸線。該斷面主要表達(dá)的信息：鉸鏈位置、結(jié)構(gòu)及尺寸，前門結(jié)構(gòu)及尺寸，側(cè)圍結(jié)構(gòu)，膠條結(jié)構(gòu)及與周邊搭接零件的配合關(guān)系。

（2）S02斷面是A柱上部截面，垂直于A柱做的截面。該斷面主要表達(dá)的信息：前擋玻璃側(cè)面構(gòu)造及尺寸，A柱腔體結(jié)構(gòu)及尺寸，前門上部結(jié)構(gòu)及尺寸（含密封方案），內(nèi)飾區(qū)域結(jié)構(gòu)及尺寸。

（3）S03斷面是左前門頂部YZ剖面，一般定義在乘員頭部X向正中位置。該斷面主要表達(dá)的信息：前門構(gòu)造及尺寸（含密封方案），上邊梁區(qū)域白車身及內(nèi)飾構(gòu)造及它們的尺寸，頂蓋裝飾膠條結(jié)構(gòu)及尺寸，天窗區(qū)域構(gòu)造及尺寸。

（4）S04斷面是左前、后側(cè)門及B柱腔體的XY剖面，一般定義在安全帶上安裝點(diǎn)Z向正中位置。該斷面主要表達(dá)的信息：前側(cè)門構(gòu)造及尺寸（含密封方案），后側(cè)門構(gòu)造及尺寸（含密封方案），車身B柱腔體結(jié)構(gòu)及尺寸（含安全帶上安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)方案），B柱裝飾板構(gòu)造及尺寸。

（5）S05斷面是左前側(cè)門腰部YZ剖面，一般定義在門腰部X向正中位置。該斷面主要表達(dá)的信息：前門腰部構(gòu)造及尺寸，腰部內(nèi)外膠條的結(jié)構(gòu)及尺寸，門裝飾板結(jié)構(gòu)及空間尺寸。

（6）S06斷面是截在左后側(cè)門上鉸鏈中心位置，且垂直于鉸鏈軸線。該斷面主要表達(dá)的信息：前門后部、B柱、后側(cè)門前部、后側(cè)門上鉸鏈、密封條的結(jié)構(gòu)和尺寸信息。

（7）S07斷面是左前側(cè)門中部XY剖面，一般定義在前門Z向正中位置。該斷面主要表達(dá)的信息：前門構(gòu)造及尺寸（含密封方案），鎖體及鎖扣位置及構(gòu)造尺寸，B柱構(gòu)造及尺寸，后側(cè)門構(gòu)造及尺寸（含密封方案），玻璃及玻璃導(dǎo)槽的位置及尺寸。

（8）S08斷面是左前門門檻中部YZ剖面。該斷面主要表達(dá)的信息：門檻區(qū)域鈑金的結(jié)構(gòu)及尺寸，前門內(nèi)飾及儲物方式，線束附件及車身密封形式，涂裝進(jìn)出液孔，側(cè)面視野線，舉升位置及標(biāo)識。

（9）S09斷面是左后側(cè)門頂部YZ剖面，一般定義在乘員頭部X向正中位置。該斷面主要表達(dá)的信息：后排乘員頭部區(qū)域車輛結(jié)構(gòu)及尺寸，側(cè)圍外板上邊梁區(qū)域結(jié)構(gòu)及尺寸，車門與側(cè)圍外板間隙與面差，門密封邊的信息，頂蓋裝飾膠條結(jié)構(gòu)及尺寸，各翻邊的拔模角，側(cè)圍鈑金密封面的圓角要求。

（10）S10斷面是左側(cè)C柱中間的XY剖面，一般定義在C柱安全帶上固定點(diǎn)處。該斷面主要表達(dá)的信息：后側(cè)門構(gòu)造及尺寸（含密封方案），C柱上端結(jié)構(gòu)及尺寸，內(nèi)裝飾結(jié)構(gòu)，后側(cè)窗結(jié)構(gòu)及尺寸（含密封方案），中排座椅安全帶上固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)及尺寸。

（11）S11斷面是左側(cè)C柱下端后輪罩處的截面。該斷面主要表達(dá)的信息：后側(cè)門構(gòu)造及尺寸（含密封方案），C柱下部白車身及內(nèi)飾構(gòu)造及它們的尺寸，后地板結(jié)構(gòu)及尺寸，部件間搭接關(guān)系。

（12）S12斷面是左后側(cè)門門檻中部YZ剖面。該斷面主要表達(dá)的信息：門檻區(qū)域車輛結(jié)構(gòu)及尺寸，顯示門檻內(nèi)外板的結(jié)構(gòu)形式，線束附件以及車身密封形式，定義門內(nèi)板到門檻外表面的距離，車身門檻區(qū)域的鈑金的構(gòu)造、腔體尺寸，翻邊結(jié)構(gòu)的拔模角度，圓角的半徑要求。

3.3.5 樣車參考信息

車門在設(shè)計(jì)的時(shí)候，選擇一款車型、風(fēng)格、檔次類同的樣車以參考相關(guān)信息，會使得設(shè)計(jì)工作事半功倍。主要參考樣車內(nèi)容：開關(guān)門操作力，最小關(guān)門速度，門開度及限位器開啟角度，車門零件結(jié)構(gòu)、尺寸、參數(shù)及布置，車門間隙及面差，緩沖膠塞數(shù)量，零件剛度、強(qiáng)度及模態(tài)，零件數(shù)量及重量，孔類型，焊點(diǎn)焊縫，車門包邊，線束走向，電泳液通過路徑，主斷面，密封情況，補(bǔ)強(qiáng)膠、減振膠及緊固件信息等。

4 車門系統(tǒng)的關(guān)鍵性能驗(yàn)證

4.1 車門運(yùn)動分析驗(yàn)證

（1）運(yùn)動分析：分析運(yùn)動部件在運(yùn)動過程中，與周圍零部件的運(yùn)動間隙值。在造型凍結(jié)前，須對門縫開口的位置與尺寸，進(jìn)行運(yùn)動校核，滿足車門在運(yùn)動過程中的最小間隙值要求。車門的運(yùn)動分析包括：帶限位器的車門運(yùn)動、玻璃升降運(yùn)動及鎖系統(tǒng)運(yùn)動分析。

（2）拆裝分析：拆裝分析的目的是模擬零部件的裝配和拆卸過程，來判斷零部件的裝配和折卸的可行性。車門折裝分析包括升降器和玻璃拆裝分析，為了進(jìn)行拆裝分析，需要定義好運(yùn)動部件和固定部件。

4.2 CAE分析驗(yàn)證

CAE分析包過：剛度、強(qiáng)度分析，機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析，NVH分析，抗凹性分析，門下垂分析，鈑金件沖壓成型模擬分析，車輛碰撞模擬分析，疲勞分析和空氣動力學(xué)分析等。

4.3 實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)的項(xiàng)目主要有：汽車路試試驗(yàn)（包過試驗(yàn)場測試、道路測試、風(fēng)洞試驗(yàn)、碰撞試驗(yàn)等），車門開關(guān)耐久試驗(yàn)，車門過載試驗(yàn)，車輛淋雨試驗(yàn)等。

5 結(jié)語

本文詳解了車門系統(tǒng)關(guān)鍵性能的內(nèi)容及相關(guān)設(shè)計(jì)研究，為新車型開發(fā)提供建議和參考。當(dāng)我們在開發(fā)新車型時(shí)，我們要與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新，不斷地優(yōu)化車門系統(tǒng)的關(guān)鍵性能，提升車輛的整體性能，提升企業(yè)的競爭力，提高自我的技術(shù)水平，為汽車“智能化、網(wǎng)聯(lián)化、輕量化、低碳化”新趨勢的發(fā)展努力做出卓越的貢獻(xiàn)。

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