基于兩門(mén)小車(chē)型車(chē)門(mén)密封條系統(tǒng)的關(guān)門(mén)能量?jī)?yōu)化

王麗敏 付勇

上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

汽車(chē)行業(yè)的飛速發(fā)展，人們從使用功能發(fā)展到對(duì)外觀（使用）品質(zhì)等一系列要求。汽車(chē)關(guān)門(mén)品質(zhì)也成為衡量的重要指標(biāo)。既要保證關(guān)門(mén)過(guò)程中的厚重感，也要能輕松關(guān)門(mén)。這就對(duì)我們整車(chē)關(guān)門(mén)系統(tǒng)的研發(fā)提出了較大的挑戰(zhàn)。而兩門(mén)小型車(chē)內(nèi)部空間小，空氣阻尼增大，成為研究關(guān)門(mén)能量中最典型的問(wèn)題，我們就以?xún)砷T(mén)車(chē)作為研究對(duì)象，通過(guò)改變密封條截面和周邊匹配關(guān)系，達(dá)到優(yōu)化關(guān)門(mén)能量的目的。

2 關(guān)門(mén)速度的影響因素

通過(guò)測(cè)速儀器對(duì)實(shí)車(chē)進(jìn)行條件選擇（保證其他的環(huán)境變量不變）測(cè)量，測(cè)試結(jié)果接近真實(shí)值（客戶(hù)實(shí)際用車(chē)環(huán)境），得到測(cè)量數(shù)據(jù)。在關(guān)門(mén)過(guò)程中主要有車(chē)門(mén)自重、空氣阻力、密封條、密封間空氣阻尼、門(mén)鎖、限位器、鉸鏈等因素影響。從測(cè)量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，其中車(chē)門(mén)自重與開(kāi)關(guān)門(mén)品質(zhì)提升為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

關(guān)門(mén)力（速度）主要影響因素包括空氣阻力、密封系統(tǒng)、密封間空氣阻力、門(mén)鎖、限位器、鉸鏈，其中空氣阻力占比39% 排第一位，密封膠條占比35%排第二位。由于（兩門(mén)小車(chē)型）汽車(chē)內(nèi)部空間大小受限，我們本文主要從密封條方向分析關(guān)門(mén)能量，提高關(guān)門(mén)的品質(zhì)。

圖1 關(guān)門(mén)速度影響因素

3 密封條物理模型分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)論文研究和實(shí)車(chē)相關(guān)驗(yàn)證，密封系統(tǒng)影響因素理論分析中，密封條對(duì)車(chē)門(mén)關(guān)門(mén)力或速度的影響主要包括密封條的彈性力以及密封條氣孔的阻尼力。把密封條分割成N 小段，每段長(zhǎng)度一定，通過(guò)疊加每一小段密封條消耗的能量得到整段密封條的能量消耗總和。

3.1 彈性力模型

彈性力主要是指在開(kāi)關(guān)門(mén)過(guò)程中，密封條與鈑金之間的相互作用力。關(guān)門(mén)瞬間：密封條的干涉量、壓縮負(fù)荷值越大，則相應(yīng)受到的彈性力值就越大，反之則小。如下圖所示：

圖2 彈性力模型及對(duì)應(yīng)公式

3.2 阻尼力模型

阻尼力是指汽車(chē)（車(chē)門(mén)）在關(guān)閉過(guò)程中，關(guān)門(mén)速度（或力）的大小與泡管的面積、干涉量、排氣孔間距直接相關(guān)。其中定義公式為：

4 密封條CAE 斷面前期處理分析

CAE 分析是設(shè)計(jì)階段必不可少的工具，通過(guò)根據(jù)對(duì)斷面力值及變形情況的分析，確定斷面數(shù)據(jù)的合理性。針對(duì)關(guān)門(mén)力大的問(wèn)題我們用Marc 軟件對(duì)現(xiàn)有密封斷面（應(yīng)用于四門(mén)大車(chē)型的斷面）進(jìn)行分析，結(jié)合前期關(guān)門(mén)速度影響因素，在空氣阻力增大占比第一的小車(chē)門(mén)車(chē)型中，密封條壓縮負(fù)荷值需要優(yōu)化，以匹配兩門(mén)小車(chē)型。

4.1 車(chē)門(mén)側(cè)密封條分析處理

作為整車(chē)的第一道密封，車(chē)門(mén)側(cè)密封條在密封系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題分析更加重要。我們從密封條的內(nèi)部空間、干涉量、壓縮接觸面等多方面分析，保證密封條斷面CLD 值設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

圖3 彈尼力模型及對(duì)應(yīng)公式

4.1.1 ROOF斷面分析

在保證壓縮干涉量不變的前提下（干涉量要求3.5mm）：增加泡管的接觸面積、第一道防水唇邊海綿膠與密封膠區(qū)域從新劃分，這兩方面來(lái)優(yōu)化密封條斷面，來(lái)滿(mǎn)足密封條密封、低風(fēng)噪、關(guān)門(mén)品質(zhì)的要求。通過(guò)CAE分析在正壓和過(guò)壓后的變形情況，統(tǒng)計(jì)出對(duì)應(yīng)的力值曲線，從而達(dá)到A-A（Roof 段）斷面的設(shè)計(jì)要求。更改前斷面變形后存在尖點(diǎn)接觸，造成應(yīng)力集中的情況，關(guān)門(mén)回彈力過(guò)大，從力值曲線可以看出更改后曲線平順，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，具體結(jié)構(gòu)如下圖4 所示：

圖4 roof段對(duì)比分析模型

4.1.2 鉸鏈及鎖側(cè)斷面要求

在第一道密封系統(tǒng)中，鉸鏈及鎖側(cè)斷面斷面占據(jù)第一道密封的四分之三，關(guān)門(mén)力貢獻(xiàn)值占據(jù)三分之二。，斷面的前期設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。我們分別從鉸鏈（密封條設(shè)計(jì)干涉量5.5mm）和鎖側(cè)（密封條設(shè)計(jì)干涉量5.0mm）對(duì)密封條進(jìn)行前期的分析處理，優(yōu)化現(xiàn)有的斷面，優(yōu)化后鉸鏈側(cè)干涉量4.0mm和鎖側(cè)干涉量4.0mm，對(duì)截面進(jìn)行CAE 模擬分析處理，得到密封條壓縮后的斷面變形情況及對(duì)應(yīng)的力值曲線，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足兩門(mén)小車(chē)專(zhuān)用的斷面，具體分析處理信息如下圖5 所示。

圖5 B-B鉸鏈和鎖側(cè)對(duì)比分析模型

4.2 車(chē)身側(cè)密封條分析處理

作為整車(chē)的密封系統(tǒng)次密封，車(chē)身側(cè)密封條在整體關(guān)門(mén)能量貢獻(xiàn)值不大。但是在整個(gè)空間中，對(duì)空氣阻力的影響較大。泡管的形狀也有相應(yīng)的貢獻(xiàn)值。泡管內(nèi)部空間小，排氣孔開(kāi)設(shè)不當(dāng)，在過(guò)沖的情況下，造成反彈的力值增大；另外泡管較小，在整體外觀上看，泡管無(wú)法蓋住鋼帶印，整體泡管形狀不協(xié)調(diào)，造成感知質(zhì)量較差。我們通過(guò)調(diào)整現(xiàn)有密封條斷面的干涉量，干涉量由原來(lái)1.5mm 調(diào)整0.5mm，整體泡管形狀不發(fā)生改變，通過(guò)CAE 分析變形后截面及力值的曲線，確認(rèn)最終的開(kāi)模斷面。如下圖6 所示。

圖6 門(mén)框條（車(chē)身側(cè)密封條）對(duì)比分析模型

5 實(shí)車(chē)對(duì)比分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)（密封條的）彈性力及阻尼力計(jì)算公式，將更改前的零件制作5 套，更改后零件制作5 套。其中斷面A-A 斷面排氣孔為200mm 間距，直徑為3mm，B-B 斷面排氣孔為200mm 直徑為3mm 兩套；3 套按照A-A 斷面排氣孔為100mm 間距，直徑為3mm，B-B 斷面排氣孔為100mm 間隙執(zhí)行，直徑為3mm。新斷面2 套按照現(xiàn)有斷面排氣孔執(zhí)行，3 套按照A-A 斷面排氣孔為100mm 間距，直徑為3mm，B-B 斷面排氣孔為100mm，直徑為3mm 執(zhí)行，用同一臺(tái)車(chē)測(cè)量對(duì)應(yīng)的數(shù)值。如下表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)

備注：（1）Vta-整車(chē)完好，四門(mén)玻璃全關(guān)，四門(mén)全關(guān)條件下測(cè)試其中一個(gè)門(mén)的關(guān)門(mén)最小速度；（2）Vts—整車(chē)完好，四門(mén)玻璃全關(guān)，開(kāi)尾門(mén)/或開(kāi)其它側(cè)門(mén)，測(cè)試其中一個(gè)門(mén)的關(guān)門(mén)最小速度；（3）Vp—整車(chē)完好，四門(mén)玻璃全關(guān)，開(kāi)尾門(mén)/或開(kāi)其它側(cè)門(mén)，拆除次道密封，僅有主道密封條的條件下測(cè)試其中一個(gè)門(mén)的關(guān)門(mén)最小速度；（4）Vh—整車(chē)完好，四門(mén)玻璃全關(guān)，開(kāi)尾門(mén)/或開(kāi)其它側(cè)門(mén)，拆除全部密封條，僅有保持件條件下測(cè)試其中一個(gè)門(mén)的關(guān)門(mén)最小速度；（5）Vs—整車(chē)完好，四門(mén)玻璃全關(guān)，開(kāi)尾門(mén)/或開(kāi)其它側(cè)門(mén)，還原次道密封，僅有次道密封條的條件下測(cè)試其中一個(gè)門(mén)的關(guān)門(mén)最小速度。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以得出，更改后斷面整體關(guān)門(mén)能量降低，密封條總能耗降低1.6J，而且排氣孔更改后也能降低對(duì)應(yīng)的線速度，從而降低關(guān)門(mén)能量。后期新項(xiàng)目則按照排氣孔（間距由200mm 變更為100mm）更改、優(yōu)化后斷面執(zhí)行。解決我們關(guān)門(mén)力大的問(wèn)題，將斷面優(yōu)化到最優(yōu)狀態(tài)，在根據(jù)實(shí)車(chē)驗(yàn)證匹配，確認(rèn)最終斷面及壓縮負(fù)荷理論數(shù)據(jù)。

6 項(xiàng)目車(chē)輛下線關(guān)門(mén)速度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)干涉量及壓縮負(fù)荷值的減小，會(huì)造成漏水和風(fēng)燥、開(kāi)關(guān)門(mén)感知質(zhì)量等系列問(wèn)題。我們對(duì)生產(chǎn)車(chē)輛進(jìn)行下線跟蹤，統(tǒng)計(jì)下線后淋雨漏水情況及高速路上行駛風(fēng)燥問(wèn)題。隨機(jī)抽樣3 個(gè)月數(shù)據(jù)，樣本數(shù)量為200，均無(wú)漏水和風(fēng)燥問(wèn)題發(fā)生，故障率為0。感知質(zhì)量開(kāi)關(guān)門(mén)評(píng)審滿(mǎn)足NVH 要求。則證明更改有效，滿(mǎn)足我們基于兩門(mén)小車(chē)型開(kāi)發(fā)斷面的使用要求。

7 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及新車(chē)型研究方向

通過(guò)對(duì)某兩門(mén)車(chē)型車(chē)門(mén)及車(chē)身密封條對(duì)關(guān)門(mén)能量的優(yōu)化分析，結(jié)合構(gòu)建的物理模型、前期的CAE 分析處理，優(yōu)化我們現(xiàn)有的密封條斷面，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足兩門(mén)車(chē)密封條。針對(duì)兩門(mén)車(chē)，內(nèi)部空間小，不能按照四門(mén)車(chē)大空間來(lái)直接選用現(xiàn)有的密封條，開(kāi)發(fā)兩門(mén)車(chē)密封條斷面成為現(xiàn)研究課題，設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到風(fēng)噪、漏水與關(guān)門(mén)力等系列因素，要兼顧多方面的動(dòng)態(tài)平衡，車(chē)身側(cè)密封條要考慮到整體外觀的感知質(zhì)量，從功能和感知等多維度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在新車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要根據(jù)造型結(jié)構(gòu)，確定內(nèi)部空間的大小，選擇適合的斷面結(jié)構(gòu)。 按照現(xiàn)有的兩門(mén)及四門(mén)的斷面結(jié)構(gòu)，結(jié)合周邊數(shù)據(jù)匹配，物理模型計(jì)算好彈性力值及阻尼力值，達(dá)到力值的參考范圍，則滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。