旋轉式車門關閉力優化設計

劉堃，鄭喜霖，韓洋

（1.北京汽車研究總院有限公司；2.北京汽車集團有限公司，北京 1 0 1 3 0 0）

旋轉式車門關閉力優化設計

劉堃1，鄭喜霖2，韓洋1

（1.北京汽車研究總院有限公司；2.北京汽車集團有限公司，北京 1 0 1 3 0 0）

車門作為使用頻率最高的車身開閉件，其開閉的輕便性、靈活性是用戶關注的重要性能之一。車輛使用過程中，車門關閉力過大一直是用戶反應最多的問題之一。本文首先規范了關閉力評價方法，之后定性分析各因素對關閉力的影響、通過能量法計算關門能量，最后針對車門關閉力過大問題制定解決方案。

旋轉式；車門；關閉力；優化

1 范圍

本設計不適用于推拉式滑動門、折疊門和具有自動吸合功能的車門，旋轉式側開尾門可作參考。

2 概述

2.1 車門系統組成

車門系統一般由車門鈑金總成、車門附件與車門內飾組成。

2.2 車門系統主要部件功能簡介

車門鈑金總成主要由車門內板、車門外板、防撞梁、窗框加強板、鉸鏈加強板、鎖加強板等焊接而成。車門附件主要包括鉸鏈和限位系統、門鎖系統、玻璃升降系統、密封系統等，直接影響車門的使用性能。車門內飾主要包括內飾板、芯材、襯墊等組成，其除了用于裝飾車門外，還可以起到隔聲、吸聲、防止灰塵、雨水等作用。

3 術語和定義

3.1 最小關閉速度

車輛空載且車窗均關閉的情況下，讓車輛在水平面上保持駐車狀態，車門上的A點通過B點位置時，恰好能使車門關閉的速度。

3.2 車門靜態關閉力

從門鎖與鎖扣接觸位置勻速關閉車門，直至門鎖完全鎖止所需要的最小關閉力。

3.3 門框密封條

通過卡口卡接或膠條粘接等方式固定在車門內板上的密封條。

3.4 門洞密封條

卡接在門洞止口上的密封條。

4 車門關閉力評價

車門關閉力評價方法。目前，車門關閉力評價方法分為主觀評價與客觀評價。主觀評價是客戶以心理預期的關閉力關閉車門時，根據是否關閉、關閉程度對車門關閉力的感受。客觀評價以關閉力的大小來評價，實際實施過程中以“車門最小關閉速度”進行表征。

5 關閉力影響因素分析

最小關閉速度可直接反應關門時最小能量，即最小的關閉力；靜態的關閉力一定程度客觀反映密封力。實際應在保證必要密封力的前提下，控制最小關閉速度在標準范圍內。車門關閉的力學過程，需要克服車門鉸鏈、限位器的摩擦阻力、駕駛室內壓縮空氣的氣壓阻力、密封條的壓縮反力以及車門門鎖的阻力等。鉸鏈軸的傾斜角度、零部件的制造精度、裝配等也會對其產生影響。

5.1 密封條對關閉力影響分析

（1）車門密封條介紹。車門與門洞止口在設計時保留密封間隙。密封間隙在總裝車間通過車門密封條來密封，其中密封條根據安裝位置的不同，分為門框密封條與門洞密封條。門框密封條通過卡扣卡接或膠條粘結在車門內板上，門洞密封條通常卡接在門洞止口上。車門密封條不僅可以防止雨水、塵土、風、噪音進入車內，同時，在車門關閉過程中還起到緩沖作用。

（2）封條對關閉力影響。車門關閉過程中，密封條受到擠壓，密封條變形從而吸收車門關閉能量。車門密封條吸收的能量越少，關閉車門所需的能量也就越少。車門關閉能量不單純同密封條系統吸收的能量成正比，其同整車制造質量及車門車身匹配也有很大關系。調整密封條的密封力可降低車門關閉力。①密封條參數優化。當車門關閉力過大，從以下幾個角度排查密封條相關因素：第一，實測密封間隙是否滿足設計要求。一般密封間隙的公差是設計值±1.0 mm，過大，會導致車門、噪音，密封失效；間隙過小則會導致車門關閉力增大。第二，密封條壓縮負荷是否滿足設計要求。密封條壓縮負荷規定了密封條單位長度的密封力，其值越高，反映密封條的壓縮反力越大，關閉力也越大。②密封條排氣孔影響。適當增加排氣孔的直徑和降低排氣孔的間距會降低關閉力與靜態密封力。

5.2 密封間隙對關閉力影響分析

對應密封條位置，車門與側圍之間的間隙為密封間隙，當密封條斷面一定時，密封間隙直接決定密封條壓縮量，影響關閉力大小。影響密封間隙的主要因素為車身與車門的制造精度以及車門的裝配精度。

（1）車身與車門的制造精度。根據設計經驗，密封間隙精度一般為±1.0 mm。影響其精度的因素主要包括，車門內板密封面輪廓度、側圍門洞面輪廓度、鉸鏈安裝面輪廓度。

（2）車門的裝配誤差。根據要求裝配車門鈑金總成，如果車門裝配完成后相對于車身向內偏差過多，密封間隙將明顯減小，關閉力顯著增加；反之，密封條壓縮反力減小，導致車門密封性能降低

5.3 氣阻效應對關閉力影響分析

根據某公司的相關研究表明，車門關閉，空氣阻力所消耗的關門能量占整個關門能量的3 0%～5 0%。所以氣壓阻力對關閉力有著舉足輕重的作用。

根據某公司的相關研究表明，車門關閉，空氣阻力所消耗的關門能量占整個關門能量的3 0%～5 0%。所以氣壓阻力對關閉力有著舉足輕重的作用。

（1）氣壓阻力形成原理。在車門關閉過程中，車門區域掃過的空氣被瞬間壓入車廂內，車廂內的氣壓瞬間升高，在氣壓升高的同時，被擠壓的空氣通過泄壓閥以及車門縫隙流出，但瞬間空氣的壓入量遠大于空氣的壓出量，使得車內氣壓瞬間升高，導致關門阻力變大。

（2）氣壓阻力的影響因素。氣壓阻力大小：空氣的壓入量與壓出量。 空氣壓入量因素：車門關閉速度、車門關閉前的開度、車門尺寸。空氣壓出量因素：受控空氣泄漏量、不受控空氣泄漏量

（3）氣壓阻力的減少措施。壓入量大于壓出量時，則車內產生氣壓阻力，故減少氣壓阻力的主要途徑為：減少空氣壓入量和增加空氣壓出量。

影響空氣壓入量的3個因素與汽車的造型設計、車門布置等因素有關，不易更改。可從空氣壓出量考慮改進措施：①增加受控空氣的泄漏量。增加受控空氣的泄漏量來減少車門關閉瞬間空氣阻力的增加，如泄壓閥的面積。②減少不受控空氣泄漏路徑上的阻力。疏通不受控空氣泄漏路徑，減少不受控空氣在泄漏過程中的阻力，減少氣壓阻力。

5.4 車門鉸鏈對關閉力影響

（1）鉸鏈軸線。根據設計經驗，鉸鏈軸線在x=0平面上的投影與z軸之間的內傾角不超過3°；鉸鏈軸線在y=0平面上的投影與z軸之間的后傾角不超過3°。此時關閉過程中，因重力勢能輔助，有助于關閉。但其在開門時有反作用，不宜太大。

（2）鉸鏈轉動力矩。鉸鏈自身存在摩擦扭矩。當扭矩過大時會影響車門開啟或關閉的平順性。

（3）同軸度。由于鉸鏈制造或裝配誤差的不同軸，會增加鉸鏈的轉動力矩，導致車門關閉力或開門力增大。一般同軸度要求為φ0.5 mm。

5.5 限位器對關閉力影響分析

限位器提供給車門2～3個開關檔位，且能保證在任意一個檔位停住。通過調整限位器臂輪廓可改善限位器對車門開閉的影響。

5.6 鎖對關閉力影響分析

車門鎖由鎖體與鎖扣組成，車門關閉過程中，鎖扣與鎖體的接觸后，會對車門的關閉產生阻力效應。鎖扣接觸到鎖體的瞬間，阻力達到最大值。

6 優化旋轉式車門關閉能量措施

通過能量計算可知：密封條壓縮量、密封條壓縮特性、密封條長度、車門迎風面積、駕駛室容積、車門質量、鉸鏈軸線傾角為關門能量的主要因素。

密封條長度、密封條壓縮量、車門迎風面積、駕駛室容積、車門質量、鉸鏈軸線傾角一經確定，投產后不便更改，所以設計之初應嚴格參考對標車及相關設計標準進行確定。

車輛試制或投產后如出現關門力過大時，主要通過調整密封條壓縮特性進行改善，如更改密封條材料、優化密封條斷面、增加密封條排氣孔數量、增大排氣孔直徑等。

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