基于造型CAS面的車門鉸鏈及車門分縫布置的設(shè)計(jì)研究

李文璽，唐淳，雷學(xué)明

（江淮汽車技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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基于造型CAS面的車門鉸鏈及車門分縫布置的設(shè)計(jì)研究

李文璽，唐淳，雷學(xué)明

（江淮汽車技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：隨著中國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和國(guó)內(nèi)消費(fèi)者消費(fèi)層次升級(jí)，消費(fèi)者對(duì)汽車品質(zhì)要求越來越高，車門作為客戶接觸汽車本身的第一道系統(tǒng)，對(duì)客戶感受極其重要。而在汽車正向設(shè)計(jì)中，汽車車門鉸鏈布置對(duì)車門操作品質(zhì)影響極大。文章重點(diǎn)介紹了在造型設(shè)計(jì)階段基于造型CAS面的車門鉸鏈布置方法及其評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)基于產(chǎn)品制造公差進(jìn)行車門鉸鏈布置和車門分縫布置分析校核。

關(guān)鍵詞：車門鉸鏈；車門分縫；前限制點(diǎn)；后限制點(diǎn)；限制線

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.008

Research of auto door hinge and parting line layout base on CAS

Li Wenxi, Tang Chun, Lei Xueming
（Jianghuai Automobile Technology Center, Anhui HeFei 230601）

Abatract: With the rapid development of Chinese automobile industry and the upgrade of consumer spending levers，consumers require increasing high quality of auto.Be the first part consumers touch in auto, the door quality is vecy important.In the auto design，hinge arrangement on the door has enormous influence on the quality of operation.This paper mainly introduces the door hinge layout method and the evaluation index.And introduces the check method of door parting line feasibility base on the product manufacturing tolerance.

Keywords:door hinge; door parting line; forward limit point; rearward limit point; limit line

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-25-05

前言

汽車車門鉸鏈作為汽車車門系統(tǒng)中最基礎(chǔ)和最重要的部件，對(duì)汽車車門品質(zhì)產(chǎn)生最直接的影響。而在汽車設(shè)計(jì)中，對(duì)于車門系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來說，在造型輸出CAS后，車門鉸鏈?zhǔn)亲钕刃枰M(jìn)行布置和確定的部件之一。車門鉸鏈布置需要考慮對(duì)關(guān)門力的影響、及車門分縫等的可行性以及工藝可行性。

一般來說，在造型設(shè)計(jì)階段，根據(jù)CAS和造型意圖，我們需要確定如下參數(shù)和問題點(diǎn)：

（1）車門鉸鏈相對(duì)于CAS面的位置：該問題對(duì)車門工藝可行性以及車門的功能實(shí)現(xiàn)具有重要影響；

（2）車門鉸鏈傾角參數(shù)：車門鉸鏈傾角參數(shù)是對(duì)車門品質(zhì)影響最大的因素，其決定了車門自關(guān)效果及車門開門力；

（3）車門分縫線設(shè)計(jì)可行性分析：在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)產(chǎn)品制造水平進(jìn)行車門分縫線設(shè)計(jì)可行性分析校核，確保車門在極限偏差工況下運(yùn)動(dòng)時(shí)仍能與周邊部件保持一定間隙，保護(hù)車門或其他部件。

本文主要介紹了基于造型CAS面的車門鉸鏈基本布置方法、力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法及其評(píng)價(jià)依據(jù)、基于產(chǎn)品制造公差的車門分縫可行性校核方法等。

1、車門鉸鏈基本布置及鉸鏈布置評(píng)價(jià)

1.1 車門鉸鏈布置基本步驟及思路

1.1.1 確定鉸鏈平臺(tái)

一般情況下，考慮產(chǎn)品開發(fā)成本、制造成本以及管理成本等因素，在滿足產(chǎn)品布置要求和性能要求的前提下，不建議重新開發(fā)鉸鏈，而應(yīng)優(yōu)先考慮從本公司現(xiàn)有鉸鏈平臺(tái)中選用合適的平臺(tái)。

1.1.2 確定鉸鏈傾角參數(shù)

一般情況下，為考慮車門適當(dāng)?shù)淖躁P(guān)性能或其他性能，提高產(chǎn)品操作品質(zhì)感，在布置車門鉸鏈時(shí)需要考慮一定的內(nèi)傾角度或后傾角度。一般情況下，內(nèi)傾角度推薦2°至3.5°，后傾角一般應(yīng)小于2°。具體以水平重力矩參數(shù)判斷傾角設(shè)計(jì)可行性，具體計(jì)算方法如下：

圖1　車門鉸鏈傾角計(jì)算基本參數(shù)

其中：

G：車門關(guān)閉時(shí)重心位置；

G’：車門開啟α?xí)r重心位置；

D：車門重心到鉸鏈軸距離；

α ：車門開啟角度；

η ：車門關(guān)閉時(shí)，重心到鉸鏈軸的垂線與y平面的夾角；

β：車門鉸鏈內(nèi)傾角；

γ：車門鉸鏈后傾角；

λ：駐坡角度（計(jì)算水平重力矩時(shí)為0）；

G1、G2:重力在車門開啟平面上的分力；

Hcs：兩側(cè)車輪中心高度差（計(jì)算水平重力矩時(shí)為0）；

WC：輪距

其中自關(guān)力：

重力矩：

通過上述曲線圖可以看出車門水平重力矩隨著車門開啟角度變化的趨勢(shì)，一般情況下，前車門水平重力矩應(yīng)在5Nm～10Nm之前，后車門水平重力矩應(yīng)在2Nm～5Nm之間，過小的水平重力矩會(huì)導(dǎo)致車門自關(guān)性差，過大的水平重力矩會(huì)導(dǎo)致車門開門力過大。

圖2　某車型前門水平重力矩曲線圖

圖3　某車型后門水平重力矩曲線圖

1.1.3 鉸鏈位置布置

根據(jù)造型給出的初步車門分縫線及很多成熟車型的典型斷面，同時(shí)考慮相關(guān)工藝需求和人機(jī)工程需求初步進(jìn)行鉸鏈布置，并圍繞該鉸鏈位置進(jìn)行后續(xù)其他部件的布置分析，在此就不再詳述。

2、基于產(chǎn)品制造公差的車門分縫分析校核介紹

2.1 目前基本的分析校核方法

2.1.1 前車門校核方法介紹

在車門鉸鏈及車門分縫設(shè)計(jì)中，需要充分考慮周邊部件的制造公差，在各種極限情況下均需滿足相應(yīng)的功能和性能要求。

一般情況下，常用的車門分縫校核方法有兩種，以下進(jìn)行詳細(xì)介紹。

方法一：如圖4所示：

圖4　前車門分縫校核方法一示意圖

圖5　局部視圖P

圖6　局部視圖T

如圖5，在進(jìn)行校核時(shí)需要充分考慮翼子板制造公差、車門分縫面差的制造調(diào)整公差。一般情況下需要將翼子板特征向外偏置0.5mm，車門外板包邊處考慮Y向±0.8mm的公差，同時(shí)將車門包邊X向前移0.8mm。當(dāng)然，根據(jù)每個(gè)公司的制造水平和對(duì)產(chǎn)品外觀品質(zhì)的要求不同，以上參數(shù)均可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

如圖6，在進(jìn)行設(shè)計(jì)校核時(shí)，需要充分考慮車門鉸鏈的安裝公差。一般情況下，X向鉸鏈軸心公差設(shè)定為±1.0mm（可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整），Y向鉸鏈軸心公差設(shè)定為± 1.5mm（可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整），設(shè)定完后可以得出鉸鏈軸心的四個(gè)極限位置點(diǎn)A、B、C、D，一般情況下，A點(diǎn)和B點(diǎn)是車門運(yùn)動(dòng)中工作環(huán)境最為惡劣的極限點(diǎn)。

在實(shí)際校核分析中，前車門包邊的幾個(gè)極限位置以鉸鏈中心的極限位置為圓心旋轉(zhuǎn)到設(shè)定角度和過開角度時(shí)，考察車門在運(yùn)動(dòng)過程中是否與翼子板等其他部件干涉，以及車門在過開角度情況下是否與鉸鏈（含安裝緊固件）或側(cè)圍等其他部件，如果均不存在干涉，則設(shè)計(jì)可行，反之需要調(diào)整鉸鏈布置或車門分縫位置，也可通過提高生產(chǎn)工藝進(jìn)行改善。

方法二：如圖7所示：

圖7　前車門分縫校核方法二示意圖

如圖7，在進(jìn)行校核時(shí)，為了簡(jiǎn)化校核過程，不再對(duì)鉸鏈、翼子板以及車門包邊等部件制造公差進(jìn)行細(xì)化，而是將車門包邊放大2mm后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程及過開狀態(tài)下的校核，起判斷依據(jù)與前述方法一相同。

2.1.2 后車門校核方法介紹

一般情況下，與前車門相同，常用的后車門分縫校核方法有兩種，以下進(jìn)行詳細(xì)介紹。

方法一：如圖8所示：

圖8　后車門分縫校核方法一示意圖

圖9　局部視圖M

如圖9，與前門類似，在進(jìn)行校核時(shí)需要考慮相關(guān)部件的制造公差和前門的過關(guān)量。一般情況下，后門整體X向需前移1mm，后門包邊處考慮Y向±1mm調(diào)整公差，前門包邊處考慮3mm過關(guān)量，相關(guān)參數(shù)也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

與前門相同，X向鉸鏈軸心公差設(shè)定為±1.0mm（可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整），Y向鉸鏈軸心公差設(shè)定為±1.5mm（可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整），設(shè)定完后可以得出鉸鏈軸心的四個(gè)極限位置點(diǎn)。

在實(shí)際校核分析中，與前門相同，后車門包邊以及分縫位置處拐角的幾個(gè)極限位置以鉸鏈中心的極限位置為圓心旋轉(zhuǎn)到設(shè)定角度和過開角度時(shí)，考察后車門在運(yùn)動(dòng)過程中是否與前門等其他部件干涉，以及車門在過開角度情況下是否與鉸鏈（含安裝緊固件）或側(cè)圍等其他部件，如果均不存在干涉，則設(shè)計(jì)可行，反之需要調(diào)整鉸鏈布置或車門分縫位置，也可通過提高生產(chǎn)工藝進(jìn)行改善。

方法二：如圖10所示：

圖10　后車門分縫校核方法二示意圖

在實(shí)際校核中，前門僅考慮2mm過關(guān)量，后門分縫處拐角X向前移1.7mm，后門包邊放大2mm，以鉸鏈設(shè)計(jì)軸心位置進(jìn)行校核，判斷依據(jù)與前述幾項(xiàng)一致，不再詳述。

2.2 基于產(chǎn)品制造公差的車門分縫范圍校核

在實(shí)際校核中，為保證產(chǎn)品分析可靠性，需要在鉸鏈軸向放心進(jìn)行密封斷面分析，一般推薦在軸向方向每40mm進(jìn)行斷面校核分析。而在鉸鏈布置處需要進(jìn)行鉸鏈中部以及鉸鏈底板翻邊處的校核分析，具體如下圖11中F1-F1、F2-F2及F3-F3斷面：

圖11　鉸鏈處斷面分析部位示意圖

根據(jù)車門實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況可見，如車門分縫相對(duì)鉸鏈軸線靠前時(shí)，車門在過開情況下易與側(cè)圍或鉸鏈干涉，而車門分縫相對(duì)鉸鏈軸線較為靠后時(shí)，車門在開啟過程中易與周邊部件干涉（前門運(yùn)動(dòng)時(shí)易與翼子板干涉，后門運(yùn)動(dòng)時(shí)易與前門干涉）。根據(jù)該原理，我們?cè)谶M(jìn)行車門分縫范圍確定時(shí)即可將前限制點(diǎn)和后限制點(diǎn)分開進(jìn)行校核求解。以下介紹主要以上述校核方法二作為主要方法進(jìn)行。

2.2.1 車門分縫前限制點(diǎn)提取

根據(jù)上述介紹，在某一斷面中，以過開情況下車門包邊與側(cè)圍或鉸鏈干涉出現(xiàn)時(shí)的分縫位置作為前限制點(diǎn)進(jìn)行求解，具體如下：

做一條經(jīng)過鉸鏈軸心P點(diǎn)平行于X方向的直線，在鉸鏈位置以外的其他區(qū)域，其與鉸鏈軸線P點(diǎn)的高度H為鉸鏈安裝底面與鉸鏈軸線的距離h，而在鉸鏈中心位置（圖12中F2-F2位置），H=h-t（t為鉸鏈底板料厚），在鉸鏈翻邊處（圖12中F1-F1和F3-F3）位置，H=h-t-f（f為鉸鏈底板翻邊高度）。然后將車門包邊（放大2mm包邊）圍繞鉸鏈軸線P點(diǎn)旋轉(zhuǎn)β角度（車門過開角度），通過調(diào)整L1尺寸找到車門包邊與側(cè)圍或鉸鏈剛好干涉時(shí)的位置，該點(diǎn)即為前限制點(diǎn)。

圖12　前門前限制點(diǎn)提取示意圖

圖13　后門前限制點(diǎn)提取示意圖

2.2.2 車門分縫后限制點(diǎn)提取

根據(jù)上述介紹，在某一斷面中，以車門在開啟過程中與周邊部件出現(xiàn)干涉的分縫點(diǎn)作為后限制點(diǎn)進(jìn)行求解，具體如下：

做以鉸鏈軸心P點(diǎn)為圓心且與車門包邊（前門為包邊放大2mm曲線，后門為分縫處拐角前移1.7mm曲線）相切的圓，通過調(diào)整L2尺寸找到車門在運(yùn)行過程中與其他部件剛好干涉的位置點(diǎn)，該點(diǎn)即為后限制點(diǎn)。

圖14　前門后限制點(diǎn)提取示意圖

圖15　后門后限制點(diǎn)提取示意圖

2.2.3 車門分縫限制線提取

如下圖，在某一斷面中，以前述提取到的前限制點(diǎn)和后限制點(diǎn)為兩個(gè)端點(diǎn)做一條直線，該線即為分縫限制線。當(dāng)車門分縫在該限制線以內(nèi)時(shí)，車門分縫成立。反之，車門分縫設(shè)計(jì)存在與周邊部件干涉的風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)分縫線、或鉸鏈布置情況進(jìn)行調(diào)整，確保產(chǎn)品性能可靠。

圖17　后門限制線示意圖

3、結(jié)論

車門鉸鏈布置設(shè)計(jì)作為整車開發(fā)過程中最重要的一個(gè)階段，決定了后期轉(zhuǎn)入到實(shí)車階段后車門的一些重要性能水平。而車門分縫設(shè)計(jì)與車門鉸鏈布置設(shè)計(jì)關(guān)系非常密切，在設(shè)計(jì)階段需要充分考慮設(shè)計(jì)可靠性，以確保產(chǎn)品性能。

本文通過詳細(xì)的車門鉸鏈布置及車門分縫設(shè)計(jì)校核方法介紹，并提出前限制點(diǎn)、后限制點(diǎn)等相關(guān)概念及其提取方法，可直觀檢查鉸鏈及車門分縫布置可行性，有利于產(chǎn)品性能的達(dá)成，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供相應(yīng)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李華偉.車門鉸鏈布置研究.安徽省科協(xié)年會(huì)機(jī)械工程分會(huì)，2008.

[2] 雷學(xué)明.車門鉸鏈布置設(shè)計(jì).汽車實(shí)用技術(shù)，2015.

作者簡(jiǎn)介：李文璽，本科學(xué)歷，2007年畢業(yè)于吉林大學(xué)車輛工程專業(yè)，現(xiàn)就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，主要從事汽車車門系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

中圖分類號(hào)：U462.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)03-25-05