汽車門鎖系統的建模及失效研究

陸珉

摘 要：隨著我國人民生活水平的提高，汽車已經成為大眾出行的主要交通工具。門鎖作為汽車基本構造中的一部分，關系到人們的生命財產安全，因此我們必須對汽車門鎖系統進行全面而深入的了解。本文從汽車門鎖的基本結構出發，概述了汽車門鎖工作的基本原理，隨后探索了解除門鎖故障的有效方法，最后對汽車門鎖系統進行設計優化，希望本文可以為汽車門鎖系統的進一步發展提供依據和經驗參考。

關鍵詞：汽車；門鎖系統；建模；失效；優化

0 引言

汽車門鎖附屬于汽車車身，是車身的關鍵部件，汽車門鎖的質量安全和耐久性直接關系到人們的生命和財產安全，并且車鎖質量的好壞還關系到汽車被盜的可能性，總之，汽車門鎖是考核一輛車好壞的重要指標，如果在使用和試驗過程車鎖出現了問題，應該積極地采取措施進行補救，從而保證人們的生命財產安全。

1 汽車門鎖結構及其工作原理

汽車門鎖是汽車整個車身結構的重要組成部分，其可靠性和安全性直接關系到汽車行業的信譽和效益。因為目前大眾在追求生活質量的同時，對安全性的要求越來越高。通過調查可以發現，門鎖安全系數高的汽車的市場占有率更高，銷售量更高。

汽車門鎖的基本功能包括實現內開啟、外開啟、內鎖止保險、外鎖止保險及鎖緊車門等。汽車門鎖一旦出現問題，將會給車主帶來一系列的問題。比如用戶想停車，卻發現車門鎖不死，或者出現想要開門卻發現打不開車門等情況。這些問題在日常生活中都是較為常見的，因此我們必須做好門鎖的失效分析。另外，可以將汽車門鎖系統當作由很多構件組成的運動鏈。

2 失效模式解析

在正常關閉車門的過程中，鎖扣會給棘輪一個推動力，在推動力的作用下，棘爪會受到彈簧力的作用正常復位。在出現問題的時候，棘爪是不能夠正常復位的，因此車門就不能夠正常關閉，由此我們可以發現，門鎖關不上的主要原因是棘爪回彈的速度變慢，不能夠與嚙合位。下面我們將從力學的角度來闡述這一問題，棘爪回位簧的狀態如圖1所示。

復位力等于棘爪回位簧扭力減去棘爪間隙摩擦力和油脂阻尼阻力，由此可知，當開啟門鎖時，復位力等于前者加上后兩者之和。門鎖開啟和關閉的受力是相對的，其受力狀況如圖2所示。

接下來，筆者將從3個方面來分析棘爪回位速度變慢的原因，分別為開啟力測試、對棘爪回位簧扭力和間隙摩擦分析和對油脂阻尼阻力的分析。在進行開啟力測試時，所涉及的開啟角度理論上為80°，扭矩T2為155N·mm，其扭矩偏差為正負15N·mm。具體的示意圖如圖3所示。

常溫下，棘爪間隙摩擦力和油脂阻尼阻力理論上忽略不計。因此開啟力應該等于扭矩力比車鎖中心點到邊緣的長度，即F=T2/L=155/15.7≈10N。算出開啟力之后還應該考慮到門鎖設備在制造過程可能產生的誤差，因此最終的開啟力應該在算出的開啟力的基礎上加減2N。我們將發生了故障的鎖塊，放在-40℃的環境里4小時，然后利用測力計來測門鎖的開啟力。具體的數據如表1所示。

從表1可以發現，在低溫環境下，開啟力超差。對棘爪回位簧扭力和間隙摩擦分析方面，根據設計的理論扭矩為為155N·mm加減15N·mm，同樣棘爪間隙摩擦力和油脂阻尼阻力常溫下理論上忽略不計。在常溫的情況下，一般想要車門能夠正常關閉則需要棘爪回位的彈力能夠滿足要求。因此同樣將故障鎖放在-40℃的環境里4小時，然后用彈簧扭力機對回位的彈力進行檢測。

下面檢測開啟力在不同溫度下的大小，分別裝配3個無油脂的鎖塊和有油脂的鎖塊，所檢測的數據如表2所示。

將表2所獲得的數據繪制成圖譜，如圖4所示。

從圖4可以發現在零下的度數里，有油脂的所需的開啟力大，且溫度越低，所需的開啟力越大。通過上面的數據結論不難發現，棘爪厚度尺寸偏大導致軸向竄動間隙變小，同時低溫環境下油脂阻尼變大，從而導致棘爪回位速度慢，造成車門冷車關不上的故障出現。

3 設計優化模型

本次研究將從兩個方面對模型進行優化，一是對棘爪軸向間隙進行設計優化，二是為油脂油量制定規范。并且在棘爪軸向間隙優化方面做了3個測試，測試的對象為厚度不一的棘爪，具體的測試數據和實驗結果如表3所示。

隨后筆者對于實驗得出的開啟力與棘爪軸向竄動間隙數據進行耦合，得出相應的計算式。在油脂油量方面，通過類似的數據耦合，得出了開啟力與涂油量的關系，并且找到了最優涂油量在0.20～0.35g之間，棘爪軸向的最佳間距在0.4～0.8mm之間。

4 結語

門鎖作為車身的主要附件之一，關系到人們的生命和財產安全，因此必須確保門鎖的安全性。本文在在了解門鎖工作的基本原理之后，分析了門鎖可能出現的故障，并且針對門鎖做了低溫試驗。在門鎖的故障分析中，可以發現導致門鎖出現問題的主要原因是棘爪的回位速度變慢，然后對這一現象進行了受力分析；并且，針對門鎖故障通過模型進行優化，找出了最佳涂油量和棘爪軸向間距，以期促進汽車門鎖行業的發展。

參考文獻

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（作者單位：上海恩坦華汽車門系統有限公司）