車門鉸鏈軸線內傾角設計探析

張朝林

摘 要：車門鉸鏈軸線是車門設計的核心部位，同時也是檢驗車門造型可行性的重要依據，是整個車門附件布置的基礎所在。隨著人們生活水平的提升，不論是從汽車產品的性能還是整體品質來講，人們的汽車消費需求越來越多，而作為相對獨立的部分，車門的設計更是備受關注。而對于汽車制造行業來講，車門鉸鏈軸線布置是設計人員需要考慮的重要因素，本文以此為背景，重點對車門鉸鏈軸線內傾角設計要點進行了分析。

關鍵詞：車門鉸鏈;軸線;內傾角

1 車門鉸鏈軸線設置關鍵影響要素

1.1 車門鉸鏈軸線傾角

車門鉸鏈軸線傾角主要分為內傾角、外傾角、前傾角和后傾角。內傾角和后傾角主要是為車門開啟提供勢能、為關閉車門提供自動關閉能量，其中鉸鏈軸線內傾角提供的關門能量最具明顯。

鉸鏈間距指的是車門上下鉸鏈中心平面距離，在汽車空間允許的條件下，間距越大產生的效果越好，因為間距越大，車門鉸鏈在x方向上的受力也會越小，這樣可以避免車門下沉，提升車門剛度。然而在設計過程中，可能會受到整車外觀設計、鈑金成形性等因素的限制，所以鉸鏈間距實際上無法達到最理想的狀態。

1.2 車門最大開度

所謂車門最大開度實際上指的是車門能夠打開的最大角度，通常最大開度就是限位器的最大限位角度（一般在65-75°），鉸鏈的最大開度是其具備的限位角度，通常車門最大開度為3°。校核角度是車門運動校核角度，通常在鉸鏈最大開度基礎上增加2-4°。

1.3 車門提升量

車門開啟的時候，Z向向上的運動趨勢讓車門產生勢能，關閉車門時，勢能轉化為關門能量，即為車門提升量，也就是Z向產生的高度差，通常前門提升量在12.7-13.3mm之間，因為后門重量要大于前門，所以提升量也較大，在20.3-27.94mm之間。

1.4 車門開關方便性評價指標

1.4.1 靜態關閉力

所謂靜態關閉力指的是車門從半鎖狀態到全鎖狀態的過程中，車門外把手拉置需要的操作力，靜態關閉力的測量需要借助維力計，量程為500N。

1.4.2 瞬時最小關閉速度

瞬時最小關閉速度指的是車門在關閉的時候，能夠讓車門達到全鎖狀態的最小關閉速度。量化評價主要是測量車門在全鎖位置的最小瞬時速度，當然在具體的測量中，需要使用光學測速儀經過多次的實驗測量，才能獲取最小關閉速度。

1.4.3 車門開關方便性的影響因素

車門密封條反彈力、空氣阻力、車門自身重力以及車門鉸鏈限位器也是影響開關方便性的因素。例如密封條反彈力能夠通過調整膠條泡管厚度和薄弱點等來實現最理想的壓縮負荷，進而給乘客良好的車門開關體驗;空氣阻力通過汽車排氣格柵數量、面積等射擊使其達到自家裝填;鉸鏈限位器等結構的阻力通常很小，甚至可以忽略不計;車門自身的重力對車門開關方便性的影響主要體現在鉸鏈傾角（內傾角），而這也是本文研究的重點方向。

2 車門鉸鏈軸線內傾角設計

2.1 車門鉸鏈原理

車門鉸鏈也叫作合頁，在車門開啟的時候，支架和門型連門架開始相對轉動，U型彈簧帶著定位滾輪在扇形定位曲線上滾動，由于U型彈簧的存在，在滾動的過程中，定位滾輪在凸輪頂點移動過程中會對車門開啟產生阻力，通過凸輪定點后在彈簧作用力下產生一定的助開力。當滾輪移動到定位凹槽時，凹槽會對車門產生定位作用，相反，關門的時候也會產生相應的阻力和助閉力。當滾輪到達最大限位卡時，車門打開到最大位置。

原理如圖1所示：

其中：D為車門重心到鉸鏈軸線的距離;

α為車門的開啟角度;

η為車門關閉狀態下車門重心到鉸鏈軸線垂線和y平面的夾角;

G為車門關閉狀態下的重心位置;

G'為開啟角度α時車門重心位置;

G1、G2為車門重力在開啟平面上的分力。

根據上面的原理圖，車門自關力、自關力矩計算公式如下：

以上為車門自關力計算公式。

以上為車門自關力矩計算公式。

其中：α為車門的開啟角度;

γ為車門鉸鏈軸線內傾角。

2.2 車門鉸鏈軸線內傾角設計應用

根據上面提到的車門軸線工作原理以及車門自關力、自關力矩計算公式，以下重點對車門鉸鏈軸線內傾角設計應用進行分析，對于車門鉸鏈軸線內傾角設計應用的分析本文借助某大質量汽車為例。

2.2.1 車門軸線傾角目標設定

車門軸線傾角設計之前，首先針對市場中已經存在的同一層次的汽車車門開關方便性進行了主觀評價，與此同時還對這些車門的鉸鏈軸線傾角做了三坐標測量，通過主觀評價結果和三坐標測量結果可以看出，所有汽車的車門鉸鏈軸線內傾角對于車門開關方便性產生的影響最大，通常內傾角大于2.5°的時候，車門操作更加便捷，如果內傾角小于2°，則操作方便性相對較差，內傾角在1°以下的時候車門操作便捷性最差。根據開關方便性主觀評價以及最終的坐標測量結果，我們將該大質量車門鉸鏈軸線內傾角目標設定為3°。

2.2.2 車門自關力矩計算

車門自關力矩計算過程按照上面的公式進行帶入，帶入的時候按照上面的自關力計算公式，分別對α去不同的數值，如α等于0、5、10....70，而相應的G1水平均為0.0，G2水平均為20.9N，通過將這些數據帶入到計算公式中計算Mg水平，最終的結果發現，隨著α的增加，在保證車門重力在開啟平面上的分力不變的情況下，車門自關力矩會隨著α的增加逐漸減小。具體計算結果如表1所示：

2.3 實物測量實驗與主觀評價結果

實際上從上面的車門自關力計算結果可以看出，實車重力矩測量結果與設計之初的計算結果基本上相同，之間不會存在較大的誤差，而通過對車門重心位置、車門重量等參數的估算，最終得出該大質量汽車的車門開關方便性主觀評價良好，既能夠滿足車輛應有的開關方便性，同時也能夠達到最初主觀評價效果。

3 結論

總的來講，車門作為車輛上的重要運動件，通過車門鉸鏈連接在整車車身上，鉸鏈的存在對于車門開關方便性有重要的作用，而本文也重點對車門開關方便性的量化評價方法以及影響這種結果的主要因素進行了重點分析，同時對車門鉸鏈原理、車門自關力、車門自關力矩計算公式做了簡單介紹，并借助具體的車門設計實例分析了車門鉸鏈傾角設計對于車門開關方便性以及主觀體驗影響的重要性，通過最終的分析結果可以看出，汽車車門鉸鏈軸線內傾角對于車門開關方便性有決定性的影響，最終得出結論，如果內傾角小于2°，則操作方便性相對較差，內傾角在1°以下的時候車門操作便捷性最差，車門鉸鏈軸線內傾角設計角度在2.5°以上的條件下，車門開關方便性能夠達到理想的狀態。

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