車門開閉感評價與優化

陳緩鄧智偉劉立群張宗華鄧衛東潘毓濱

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

車門開閉感評價與優化

陳緩鄧智偉劉立群張宗華鄧衛東潘毓濱

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

分析了影響車門開閉感的主要因素，將車門開啟力、車門開啟聲音、車門關門聲音、最小關門速度和背壓力作為評價車門開閉感的評價參數。以此對某SUV車型提出了優化方案。對比該車型優化前、后的車門開閉感評價參數測量結果可知，優化后各參數均有不同程度的減小，優化措施有效，解決了其車門開閉感較差的問題。

車門開閉感是指車輛開關門力和開關門聲音等給人的主觀感覺，其作為影響汽車操作舒適性的重要指標，受到用戶廣泛關注。車門開閉感由于影響因素眾多，尚無統一的評價參數和標準，一直都是車身設計中的難點。

1 車門開閉感評價

轎車車門通常采用旋轉式車門，本文所有的分析和論述均是針對旋轉式車門。車門開閉感評價是對車門開閉性能的綜合評價，目前各大汽車廠商對于車門開閉感的評價參數和標準不盡相同。本文通過查閱國內、外相關文獻并結合工作實踐，分析總結出了車門開閉感的評價參數和評價方法，并將其應用于某SUV車型的車門開閉感評價。

1.1 評價參數

討論車門開閉感的評價參數，首先應該分析開關門過程，如圖1所示。在正常的開門過程中，人手持續對車門外把手施加不斷變化的拉力，使車門從關閉狀態打開至車門最大開度，在此過程中可明顯感受到幾次力的峰值，依次出現在外把手打開門鎖時（產生車門開啟力）、越過限位器一級開度時（產生限位器一級開門阻力）、越過限位器二級開度時（產生限位器二級開門阻力），同時還可感受到打開門鎖時的聲音（車門開啟聲音）和開門過程中聲音是否異常。在正常的關門過程中，人手在車門外把手處或在其附近門邊緣處施加一個瞬時力，使車門從最大開度至關閉狀態，在此過程中可感覺到瞬時力大小（車門關閉力）和關門聲音。從以上車門的開閉過程分析，可得出車門開閉感的評價參數為車門開啟力、限位器一級開門阻力、限位器二級開門阻力、車門開啟聲音、車門關閉力、車門關門聲音。上述參數一般是指能使車門開啟或完全關閉的最小值。

目前關于車門開門性能的相關文獻很少，而關于關門性能的研究相對較多。車門關閉力由于很難定義其測量條件，如施力方向、施力時間以及能使車門完全關閉的臨界狀態，故在各大整車企業中，一般用最小關門速度和背壓力代替關閉力來評價關門性能。

綜上所述，本文將車門開啟力、車門開啟聲音、車門關門聲音、最小關門速度和背壓力作為車門開閉感的評價參數。

1.2 評價方法

車門開閉感的評價方法有主觀評價和客觀評價2種。主觀評價主要通過反復開關車門進行。一般認為，好的車門開門時，聲音柔和，開門力適中，手感好，關門時發出“嘭”的聲音，給人的感覺是車門剛度好，結實耐用，即開關門力適中，各個擋位清晰，無異響。差的車門開門時，有“嘣”的釋放聲，開門力過大或過小，手感差，關門時給人感覺輕薄，發出“啪”的聲音，即關門力過大或過小，各個擋位不清晰，開關門過程中伴有金屬異常噪聲。常用的開閉感主觀評價方法有成對比較法和等級評分法。成對比較法是將待評價樣本成對進行比較，據此做出相關的比較評價；等級評分法一般是采用10分制，得分越高表明車門開閉感越好，以6分為是否可以接受的分界線。客觀評價是通過試驗測量評價參數來評估車門開閉感。

僅通過主觀評價很難全面考察車門開閉感，而且不利于查找影響開閉感的原因及問題的解決。因此，在車門開閉感評價時，可以以主觀評價為起點，通過客觀評價來評估，特別是對主觀評價較差的項目需通過客觀評價來查找原因。

1.3 評價案例

采用上述車門開閉感評價方法和參數對某SUV車型A在生產調試階段的多臺樣車及其對標車某SUV車型B進行了評價。

主觀評價采用10分制評價方法，主觀評價人員由車身設計工程師、NVH工程師、商品性評價師、質量工程師和市場銷售人員共數十人組成。評價結果見表1。

表1 A/B車門開閉感主觀評價結果對比

客觀評價時由于A車是生產調試階段樣車，制造精度不是很穩定，故隨機抽取8臺樣車進行各評價參數的測量，并除去其中偏差較大的3個測量結果，最后對剩余的5個測量結果求平均值得到A車的最終評價結果。A車、B車最終客觀評價結果見表2，可知客觀評價結果也是B車車門開閉感明顯優于A車。

表2 A車和B車車門開閉感客觀評價結果對比

2 影響因素分析

針對A車車門開啟力、開啟聲音、背壓力及最小關門速度偏大的問題，進行影響因素分析。車門與側圍的制造精度對車門開閉感的各評價參數有不同程度的影響，但本文主要研究設計上的影響因素。

研究表明，車門開啟力主要與車門外開系統結構有關。車門開啟時“嘣”的釋放聲主要是由背壓力過大造成。而背壓力和最小關門速度主要與空氣阻力、車門密封條阻力、門鎖閉鎖阻力和車門重力產生的自閉力有關。經驗表明，若車門正常關閉前車門緩沖塊與側圍干涉，會顯著增大背壓力，對車門最小關門速度也會有所影響。

2.1 車門外開系統

通過對外把手、門鎖結構及外開解鎖過程進行分析，可得到車門開啟力的簡化力學模型如圖2所示。則當F×L1cosβ≥N×L2cos（90°-α-β）+T成立時，可以通過外把手打開車門。式中，F為外把手操作力，N為門鎖解鎖力，T為扭簧扭矩，α為2個力臂的相對夾角，β為外把手力臂夾角。從中可知，要減小外把手操作力值，可以通過減小門鎖解鎖力、扭簧扭矩、門鎖作用力臂和增大外把手作用力臂等途徑實現。

2.2 緩沖塊

車門緩沖塊可在車門過關時防止車門與側圍干涉并對門鎖起保護作用。車門正常關閉前，緩沖塊應與側圍無干涉，否則會導致背壓力顯著增大，并影響其他車門開閉感評價參數。

2.3 空氣阻力

若車輛未設計單向排氣閥門并假定整車密封性良好，當轎車車門窗關閉時，在車門開始接觸膠條至完全關閉的瞬間，可以認為是一空氣壓縮過程。由于在空氣擠壓瞬間車門的位移量很小，因此這一過程可以近似采用理想氣體狀態方程來描述。空氣阻力在此過程中所作的功為：

式中，P0為標準大氣壓；V0為車門關閉前駕駛室容積空間（密封條未被壓縮空間）；V為車門關閉后駕駛室容積空間（密封條已被壓縮）；A0為車門的迎風面積；S為密封條的壓縮量。

從式（1）中可看出，要減小空氣阻力，可以通過減小密封條壓縮量、減小車門迎風面積和增大駕駛室容積空間等途徑實現。

2.4 密封條阻力

相關研究表明，在車門關閉過程中，大多數區域的密封膠條主要承受法向的受力變形，因此，在關門密封條阻力研究中主要對相關區域密封條的法向受力變形進行分析，為此做以下簡化。

a.車門關閉時車門門框垂直壓縮密封條；

b.密封條在小變形范圍內為線性彈性變形，彈性系數為k；

c.按照車門設計的一般規范，密封條壓縮量S≤10 mm；

d.密封條沿周長方向均勻受力，在車門關閉過程中，密封條阻力所做的總功為：

式中，L為密封條長度。

從式（2）可看出，關門時密封條阻力與密封條壓縮量、長度及壓縮彈性系數成正比。

2.5 車門自閉力

車門鉸鏈軸線通常具有一定傾角，設計時一般讓鉸鏈軸線具有一定的內傾角和后傾角。在車門開閉過程中，當車門重力與鉸鏈軸線處于同一平面時（將該平面定義為平衡平面，車門所處的位置定義為平衡位置），車門重力不會使車門產生繞鉸鏈軸線的關門力矩，而車門處于其他位置時車門重力會使車門產生繞鉸鏈軸線的關門力矩，從而使車門具有自動關閉的趨勢（當車輛處于下坡時，可能會產生自動開啟的趨勢），改善關門輕便性。當車輛處于平地時，在車門關閉過程中，車門重力所做的功為：

車門質心位置示意圖如圖3所示，其中，Hθ、Hθ0分別為車門關閉位置和與平衡位置成θ角位置的車門質心高度；G為車門系統重力；α1為鉸鏈軸線的后傾角；β1為鉸鏈軸線的內傾角；a為車門系統質心到鉸鏈軸線的距離；θ為車門開啟位置與平衡位置的夾角。

從式（3）可以看出，在一定開啟角度條件下，車門重力所做的功與車門總質量、車門系統質心到鉸鏈軸線距離、車門鉸鏈軸線的內傾角和后傾角成正比。

3 優化措施及驗證

由上述分析得出，減小車門開啟力的途徑有減小門鎖解鎖力、減小扭簧扭矩、減小門鎖作用力臂和增大外把手作用力臂；減小車門開啟聲音的途徑有減小背壓力，優化門鎖結構；減小車門背壓力和最小關門速度的途徑有保證關門緩沖塊與側圍無干涉，減小密封條壓縮量、長度及彈性系數，減小車門迎風面積，增大駕駛室容積空間，增大車門鉸鏈軸線內傾角和后傾角，增大車門質心與鉸鏈的距離。

A車已處于生產調試階段，車門迎風面積、駕駛室容積空間已不可改變，密封條壓縮量、長度、鉸鏈軸線傾角及車門質心位置的變更將需要較大變更費用和較長變更時間，也很難更改。通過分別測量車門安裝和不安裝緩沖塊2種狀態，發現前門前者比后者大160N左右，后門前者比后者大100 N左右。經分析，造成兩者背壓力差距較大的原因主要有兩個：一個是緩沖塊硬度超標（壓縮2mm，實測所需負荷108 N，設計目標值45±13.5 N）；另一個是車門關閉前緩沖塊與側圍干涉。對于車門關閉前緩沖塊與側圍干涉的原因，分別從制造和設計兩方面進行了分析。前、后門緩沖塊安裝面與側圍間隙的設計公差為±1.2 mm，緩沖塊高度設計公差為±0.6mm。通過對之前的評價車輛進行檢測發現，雖然緩沖塊高度滿足公差要求，但發現緩沖塊安裝面與側圍間隙均有不同程度的超差。若制造精度滿足設計要求，緩沖塊與側圍的間隙設計值為1mm，通過公差疊加，可得出緩沖塊與側圍間隙在-0.8～2.8mm范圍內波動，在車門關閉時緩沖塊可能與側圍干涉；而前、后車門所用門鎖的過關行程為7.4mm，則可將緩沖塊與側圍的設計間隙增大到2mm，既能保證車門正常關閉前緩沖塊與側圍無干涉，又能在車門過關時起到緩沖和保護門鎖的作用。另外，通過與供應商的交流與溝通，發現外把手扭簧的扭力矩和門鎖的內部結構有優化空間。

由此，除了調整緩沖塊的材料硬度使其達到設計要求，并提高車門和側圍的制造精度外，對A車采取了以下優化措施：將緩沖塊與側圍的間隙設計值由1 mm增大到2 mm以保證車門正常關閉前緩沖塊與側圍無干涉，減小外把手扭簧扭矩，優化門鎖內部結構，減小密封條彈性系數。

優化后，A車的開閉感評價參數測量結果見表3。

表3 優化后A車車門開閉感客觀評價結果

對比A車優化前、后的車門開閉感評價參數測量結果可知，各參數均有不同程度的減小，A車已與B車車門開閉感水平相當，優化措施有效。

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2孫義勇，張軍，勾中彪，等.汽車關門聲品質評價與優化.中國汽車工程學會年會論文集.SAE-C2009C154:1495—1499.

3嚴忠，唐榮平，裘芝敏，等.汽車車門關閉力的計算.公路與汽運，2007（3）:5～7.

4楊蕾，張淑敏，李應軍.面向最優關門能量的轎車車門設計.機械制造，2006（3）:40～42.

（責任編輯簾青）

修改稿收到日期為2014年7月1日。

Evaluation and Optim ization of Vehicle Door Opening and Closing Feel

Chen Huan，Deng Zhiwei，Liu Liquan，Zhang Zonghua，Deng Weidong
（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd Automotive Engineering Institute）

The main factors affecting door opening-closing feel are analyzed in the paper，door opening force，door opening sound，door closing sound，minimum closing speed and back pressure are used as parameters to evaluate vehicle door opening-closing feel，on this basis，optimization is proposed for a SUV.It is known by comparing door openingclosing evaluation parameters measurement of the SUV before and after optimization that，after optimization，the parameters diminish at varying degrees，proving that the optimization is effective，thus improving door opening-closing feel.

Door,Door opening force,Door closing force,M inimum door closing velocity, Evaluation

車門開啟力關門力最小關門速度評價

U463.83+4

A

1000-3703（2014）08-0013-03