基于氣壓阻力的車門關閉力過大的改善研究

張忠春 關云霞

摘要：本文對影響車門關閉力的因素進行了介紹與分析，并對氣壓阻力的形成及影響因素進行了詳細分析，結合實際，提出基于氣壓阻力的改善車門關閉力過大的策略。

關鍵詞：氣壓阻力;改善策略;車門關閉力

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）08-0093-02

一、概述

隨著科技的發展、人們生活水平的提高，顧客對汽車產品各方面的使用性能的要求提高了。作為使用頻率非常高的車門，其開關的輕便性是顧客關注度頗高的項目之一。根據國外的一家調研機構J.D.Power的一項關于新車質量調研中顯示，汽車車門的關閉力過大一直是顧客抱怨最多的問題之一[1]。而空氣阻力的大小很大程度上決定了車門關閉力的大小，根據福特公司的相關研究表明，在車門關閉過程中，空氣阻力所消耗的關門能量通常占整個關門能量的30%～50%。

二、影響車門關閉力的因素

在關門過程中，影響車門關閉力大小的因素有限位器、門鎖總成、鉸鏈及重心變化、密封條、氣壓阻力。

1.密封條。車門與門框在設計時存在一定的間隙，需要通過密封條來實現密封作用，車門關閉過程中，密封條會產生阻礙作用，關門阻力隨著密封條壓縮量的增大而增大。

2.氣壓阻力。在車門關閉過程中，車門區域掃過的空氣被壓入車內，車內氣壓瞬間升高，車內空氣通過車內前后的空調泄壓閥以及車門縫隙流出，但在關門瞬間，空氣的壓入量遠大于空氣的壓出量，導致關門阻力變大。

3.限位器。車門限位器是限制車門的最大開度，在車門關閉過程中，限位器提供一個阻力矩，每越過一個檔位都要消耗一部分關門能量。

4.鉸鏈及重心變化。鉸鏈在旋轉的過程中，與固定機構之間產生摩擦阻力，消耗關門能量，關門重心的下移會提供一部分關門能量，減少關門力。

5.門鎖總成。車門鎖總成主要分為兩部分：一部分是門鎖本體，安裝于車門側邊上，一般采用的是棘輪式的鎖緊機構;另一部分是鎖扣，安裝在側圍上。門鎖本體和鎖扣之間的精準配合，對鎖扣以及車門鉸鏈等的裝配精度提出了較高的要求。

三、基于氣壓阻力的改善策略

根據參考文獻[2]得出的實驗結論，密封條的壓縮阻力和氣壓阻力是影響車門關閉力的主要因素，而車門限位器、門鎖、車門鉸鏈及重心變化在影響因素中只占1.4%，故本文主要考慮氣壓阻力對車門關閉力產生的影響。

1.氣壓阻力的形成原理。在車門關閉過程中，車門區域所掃過的空氣被瞬間壓入到車廂內，車廂內氣壓瞬間升高，在氣壓升高的同時，被擠壓的空氣會通過車內前后的空調泄壓閥以及車門縫隙流出，但在關門的瞬間，空氣的壓入量遠大于空氣的壓出量，從而使得車內氣壓瞬間升高產生氣壓阻力，從而導致關門阻力變大，影響關門能量，根據能量守恒定律，在車門關閉的過程中，消耗了關門能量，從而促使車門關閉力的增大。

2.氣壓阻力的影響因素。根據氣壓阻力的形成原理[3]，影響氣壓阻力大小的因素主要為空氣的壓入量和空氣的壓出量，當空氣的壓入量大于空氣的壓出量，則會產生氣壓阻力。

3.氣壓阻力的減少措施。根據以上可知，減少氣壓阻力的途徑為：減少空氣壓入量和增大空氣壓出量，由于影響空氣壓入量的因素與汽車的造型設計、車門布置等因素有關，故一般不能輕易更改，只能從影響空氣壓出量的因素考慮。①增加受控空氣的泄露量。通過增加受控空氣的泄露量來減少車門關閉力。過大的增大泄壓閥的面積會降低車內空調的制冷和制熱性能，延長車載空調的制冷和制熱時間，增加油耗損失。此外，風噪可能通過空調泄壓閥傳入車內，影響整車NVH性能，故空調泄壓閥數量需權衡多方面因素進行確定，具有一定的復雜性，故該方案不做考慮。②減少不受控空氣泄漏路徑上的阻力。在不額外增加空調泄壓閥的泄露量的情況下，通過疏通不受控空氣泄露路徑，減少不受控空氣在泄露過程中的阻力，有利于增加不受控空氣的泄露量，從而減少車內的氣壓阻力。汽車內的氣壓阻力的泄壓通道主要為空調泄壓閥，其安裝位置根據車型種類的不同略有差異，三廂車一般安裝在行李艙的左右側，而兩廂車則安裝在行李艙的后圍。空調泄壓閥的泄壓路徑上的阻力主要來源于行李艙隔板、隔音棉、行李艙左右側裝飾毯等，通過對標國外合資車，對吉利某款車型的泄壓通道進行排查和分析，找出減少其不受控空氣泄壓阻力的策略。行李艙隔板內隔音棉的優化。通過觀察行李艙隔板下的鈑金件，在安裝揚聲器的位置處設有泄壓孔，但位于鈑金上的隔音棉將該泄壓孔遮擋，造成泄壓路徑被堵塞，使得車內的氣壓阻力很難降低，增大了車門的關閉力。

改進方案：優化行李艙隔板內隔音棉的形狀，除去遮擋泄壓孔的隔音棉。

效果驗證：將優化前后的隔音棉先后在同一輛車上，且保證其他零部件及車輛狀態不變的情況下進行裝配，同一個測力計測量5次前后車門關閉力大小，如表1所示。

從試驗結果中可以得知，對比隔音棉改進前后，前門關閉力平均減少3.6kg，后門關閉力平均減少2.5kg，改進后的隔音棉能有效的促進乘員艙內空氣順利排至行李艙內，氣壓阻力減小，從而改善了車門關閉力過大的問題。行李艙側邊裝飾毯的優化。當車門關閉過程中，駕駛室內的空氣四處逃竄，大部分進入行李艙內，由于行李艙內兩側裝配有裝飾毯，使得泄壓通道被阻擋，氣壓阻力增大，增加了車門關閉力。

改進方案：在行李艙側邊裝飾毯上增設通氣格柵，且格柵位置位于空調泄壓閥處。

效果驗證：將改進前后的行李艙側邊裝飾毯先后在同一輛車上，且保證其他零部件及車輛狀態不變的情況下進行裝配，并用同一個測力計測量5次前后車門關閉力的大小，測量數據如表2所示。

從試驗結果中可以得知，對比行李艙側板裝飾毯改進前后，前門關閉力平均減少5.0kg，后門關閉力平均減少3.5kg，故在行李艙側邊裝飾毯增設通氣格柵，能有效的促進行李艙內的空氣排出車外，從而降低車內的氣壓阻力，進而改善了車門關閉力過大的問題。

四、結論

本文通過對影響車門關閉力因素的分析和研究，提出了基于氣壓阻力大小控制的改善車門關閉力過大的改善策略，通過實車測試驗證了改善策略的可行性，并得出了以下結論。

1.在影響車門關閉力的各種因素中，氣壓阻力和密封條所占的比重最大，是最主要的影響因素。

2.在車內體積一定的條件下，可以通過減少通氣孔的泄壓路徑上的阻力來減少氣壓阻力，從而改善車門關閉力過大的問題。

參考文獻：

[1]Raviraj Nayak，KeeLm. OPtimization of the Side Swing Door Closing Effort. In：SAE TECHNICAL PAPER SERIES.Detroit，Michigan：SAE，2003.

[2]楊蕾，張淑敏，李應軍.面向最優關門能量的轎車車門設計[J].機械制造，2006，（03）.

[3]劉海琳.車門關閉過程中空氣壓阻的分析及有效控制[J].上海汽車，2012，（08）.