基于氣壓阻的某車型關門速度的優化

賴乾文 覃天龐 蔣文海

【摘 要】汽車的關門速度是衡量汽車質量的一項重要參數。關門速度涉及整車氣密性、膠條結構、車門裝配、泄壓閥等眾多因素。文章從泄壓閥的角度出發，分別采用仿真和實驗的手段對某車型泄壓閥對于關門速度的影響進行了研究，研究表明泄壓閥位置、大小對關門速度有直接的影響，最終通過改善泄壓閥的結構，降低了關門速度。

【關鍵詞】關門速度;泄壓閥;優化

【中圖分類號】U463.834 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）05-0020-04

1 概述

汽車的關門速度對于汽車整車品質至關重要。根據調查顯示，車門關閉力過大是新車受抱怨的眾多質量問題之一[1]。對于自主品牌，車門關閉難的問題尤為突出。車門關閉力大一方面表現為車門關閉時需要較大力度，另一方面表現為較高的關閉速度使車門與車身產生劇烈碰撞，導致車內氣壓急劇升高，給乘客不良的體驗。影響關門速度的因素有門的重量、鉸鏈、限位器、密封膠條、門鎖、氣壓阻，其中氣壓阻力占30%～50%，密封膠條約占40%[2]，是影響車門關閉力的主要因素。同時，膠條本身也會影響關門過程的氣壓阻力，因此考慮從氣壓阻力層面優化某車型關門力。

2 某車型車身狀態調查

經反映，某車型關門速度過高，車門關閉力大，要改善這種狀態，需先對該車型車身狀態進行測量，并對標競品車，了解問題所在。為此，準備了某車型及其對標車型1、2、3，測量其在正常狀態及封堵車身縫隙下整車氣密性和關門速度。

2.1 車身氣密性測量及結果

測量某車型及其對標車的車身泄漏量（如圖1所示）。儀器往車身通氣，當車內的氣壓穩定時測量泄漏量。儀器中的煙霧發生器可以產生大量煙霧，方便識別車身泄漏位置，便于封堵。

依次將壓力調整為25 Pa、50 Pa、75 Pa、100 Pa，得到各車型的泄漏量（留空表示超出整車氣密測試儀量程），見表1。

由表1可以得出結論：

（1）在壓力較低（25 Pa和50 Pa）時，某車型和對標車整車泄漏量相差不大;壓力較高時（75 Pa和100 Pa），某車型和對標車整車泄漏量相差較高。

（2）在封堵全部泄壓閥時，某車型泄漏量明顯高于對標車型。說明其整車不可控泄漏量較高，整車氣密性較差。

封堵車身縫隙后再次測量某車型及其對標車的車身泄漏量（如圖2所示），依次將壓力調整為25 Pa，50 Pa，75 Pa，100 Pa，得到各車型的泄漏量（見表2）。

由表2可以得出以下結論。

（1）與不封堵車身縫隙相比，封堵車身縫隙后某車型整車的泄漏量與對標車的差距有所減小，這驗證了“某車型整車不可控泄漏量較對標車型高”的結論。

（2）封堵車身縫隙后，某車型整車的泄漏量與對標車相近，而封堵泄壓閥后，某車型泄漏量明顯高于對標車型，說明某車型車門關閉時主要靠車身縫隙排氣減壓，泄壓閥排氣性能低于對標車型，還存在優化空間。

2.2 關門速度測量及結果

測量不同工況下某車型及其對標車左前門關門速度。測量采用車門測速儀（如圖3、圖4所示）。

測量未封堵車門縫隙下左前門的關門速度，所得數據見表3。

其中，封堵一側泄壓閥和封堵全部泄壓閥均為在其他車門全關的條件下測量。

由表3可以得出以下結論。

（1）某車型關門速度顯著高于對標車型，最大相差0.3 m·s-1。

（2）對比四門全關與封堵全部泄壓閥的左前門關速度可以發現，封堵前后某車型的關門速度均為最高，且變化最小，增大14%，最大為對標車3，為33%。說明某車型泄壓閥作用相對于其他車型，發揮作用較低，尚有優化空間。

封堵車身縫隙后再次測量各車型左前門關門速度，所得數據見表4。

其中，封堵一側泄壓閥和封堵全部泄壓閥均為在其他車門全關的條件下測量。

結合表3、表4可以得出以下結論：封堵車身縫隙使某車型及對標車1、2關門速度增加0.02左右，對于關門速度影響不大。

2.3 測量結果總結

經過測量某車型及其對標車車身狀態的數據發現，某車型不可控泄漏量較高，且泄壓閥的泄壓功能較對標車型弱，鑒于對于量產車型不可控泄漏量難以控制，因此計劃從泄壓閥入手進行優化，分別采用CFD仿真及實車實驗進行。

3 優化路線以及措施

泄壓閥方面的優化可以從泄壓閥本身入手，研究泄壓閥尺寸、結構等對于關門速度的影響;此外，從泄壓閥作用于車身方面入手，研究泄壓閥位置對于關門速度的影響。考慮到在車身上實施更改泄壓閥位置的可操作性，為了降低實驗成本，采用CFD流體仿真與實驗相結合的方法進行優化。

3.1 CFD仿真分析和結果

本次CFD仿真主要研究泄壓閥大小、位置與關門力的關系，為了便于處理模型，仿真中關門速度恒定，采用車門受到的氣壓阻力表征車門關閉力大小;仿真中車門受到的阻力大，說明在實際中對應工況下關門過程受氣壓阻影響大，關門速度大，反之則關門速度小。

3.1.1 不同泄壓閥大小的仿真工況和結果

對車身進行建模，如圖5所示。

針對不同泄壓閥大小所設立工況和CFD計算結果見表5。可以看出，泄壓閥的尺寸越大，即面積越大，車門所受到的扭矩峰值越小，對關門速度越有利，將泄壓閥增大兩倍，可以使關門瞬間扭矩降低31%。

3.1.2 不同泄壓閥位置的仿真工況和結果

針對不同泄壓閥位置所設立工況和CFD計算結果見表6。

由表6可以得出以下結論。

（1）當泄壓閥的布置位置不同時，車門所受扭矩的變化百分比均在6%以內。

（2）不同泄壓閥位置時，對車內壓力峰值和扭矩的影響較小，可以認為不同泄壓閥位置對關門力沒有影響，因此對于內飾泄壓開孔位置不做修改。

3.2 實車實驗以及結果

根據仿真實驗結果，同時考慮膠條對關門速度的影響，制訂實車實驗方案如下：？譹？訛通過等效方式，測試不同泄壓閥大小方案;？譺？訛更改泄壓閥結構，優化排氣性能。

3.2.1 泄壓閥面積大小方案

由于直接更改泄壓閥大小時，需要同步更改鈑金件開口大小，因此采用等效方案：先測量正常狀態下關門速度，然后封堵泄壓閥，調整車窗的高度，使其關門速度與正常狀態相等，這時候認為車窗開口的效果與泄壓閥效果相同（如圖6所示）。取消泄壓閥封堵，此時可以當做將泄壓閥面積增大一倍。測量結果見表7。

3.2.2 泄壓閥本體排氣性能優化方案

經過調查研究發現，某車型泄壓閥的葉片張開困難，需要克服較大的阻力，原因是泄壓閥葉片與本體連接處產生干涉（如圖7所示），對其連接方式進行更改，使其不再產生干涉（如圖8所示）。

測量更改前后的車門關閉速度，結果見表8。

3.2.3 實車實驗小結

由以上實驗結果可以得知：？譹？訛增大泄壓閥1倍使關門速度降低了8.5%，效果明顯;？譺？訛更改泄壓閥本體與葉片的連接方式，使關門速度降低8.8%，效果明顯。

4 總結

本文通過研究車身的狀態，與對標車進行對標，得出了影響某車型車門關閉力的一個重要因素，據此進行仿真和實車實驗，得出優化某車型車門關閉力的方法：更改泄壓閥本體與葉片的連接方式;增大泄壓閥面積。其中，增大泄壓閥面積需要同時對車身和泄壓閥進行改動，涉及范圍較廣，而且增加成本，因此采用修改泄壓閥結構的方式較為理想。

參 考 文 獻

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

[2]劉九五.基于裝配偏差分析的車門關閉力計算研究[D].長沙：湖南大學，2015.

[3]汪寧，吳衛東，張慶如.汽車車門關閉速度與定量施力研究[J].汽車實用技術，2011（1）.