車門系統的關鍵性能設計研究

韋啟生

摘 要：隨著汽車科技迅速的發展，車門系統作為汽車使用頻率最高的關鍵部件，為駕駛員和乘客提供出入車輛的通道，承載著安全、密封性、美觀性等功能，而人們對車門系統的性能要求也越來越高。本文詳細介紹了車門系統的關鍵性能及相關設計研究，希望對新產品開發提供寶貴的經驗。

關鍵詞：車門系統 關鍵性能 強度 主斷面

Abstract：With the rapid development of automotive science and technology， the door system， as the most frequently used key component of the car， provides to entry and exit the vehicle for the driver and passengers， bearing the safety， sealing， aesthetic and other functions， and the People have higher and higher requirements on the performance of the car door system.This paper introduces the key performance and related design research of the door system in detail， hoping to provide valuable experience for the development of new products.

Key words： The car door system， key performance， strength，the main section

1 引言

在激烈的汽車市場競爭中，企業要提升競爭力，就要不斷提高汽車的性能品質，滿足客戶對汽車駕駛、舒適、安全等性能的需求。車門系統作為整車重要的部分，它的綜合性能直接關系到整車的性能品質及客戶的滿意度。車門系統的關鍵性能設計研究，對汽車工業的發展有著極其重要的作用。

2 車門系統的關鍵性能

2.1 使用方便性。開關門方便，輕便自如，限位可靠；上下車方便，具有足夠的開度，并能使車門停在最大開度；玻璃升降順暢。

2.2 安全可靠性。具有足夠的剛度、強度，不易變形下沉；行車時平穩，無振動噪響，NVH性能優；各零部件性能可靠，不干涉；車門能鎖住，不會自動打開；防腐性能優；碰撞安全。

2.3 密封性。雨、雪、塵不能進入車內，具有良好的氣密封性。

2.4 視野性。視野開闊，車門窗口盡量大，三角窗位置、大小、形狀布置合理。

2.5 工藝性。易于生產制造，便于安裝附件，拆裝維修便利。

2.6 外觀性。外型上與整車協調，外觀視覺效果良好。

3 車門系統的關鍵性能設計

3.1 設計的基本要求：

3.1.1 車門開關需要滿足乘客的使用需求，車門的位置、形狀及開口空間需要合理設計，要確保車門能夠停留在最大開度位置上，玻璃升降順暢無阻，開關門操作力、開關門速度符合要求。

3.1.2 車門需要滿足剛度和強度的指標要求，車門的使用安全可靠，車輛的側面碰撞符合標準；車門的靜態間隙和運動間隙合理，部件間無干涉現象；門鎖安全可靠，車輛行駛過程中不會自動打開；密封道數合理，排水孔布置合理，吸音材料優質，NVH性能優；涂膠量及位置布置合理。

3.1.3 根據要求選擇密封道數，密封膠條與門鈑金、飾板匹配合理，保證車門系統具有較好的密封性能。

3.1.4 視野寬闊，透光面大，滿足各向視野要求。

3.1.5 滿足車門制造的沖壓、焊接、涂裝、總裝四大工藝要求，滿足拆裝維修便利性的要求。

3.1.6 車門與整車造型協調一致，包括外表面形狀、尺寸及門縫的設計等。

3.2 車門強度要求：

3.2.1 過開強度

車門全開狀態下，在車門打開方向施加過行程所需要的載荷時，應該滿足以下要求：

（1）施加250N載荷時：車門下沉量小于1mm，開啟方向角度變形小于10度；

（2）施加290N載荷時：車門與車身其他部件之間沒有干涉；

（3）施加450N載荷時：未發生開裂及使性能降低的變形現象；

（4）車門過開工況下，車門內板所承受的最大應力小于137MPa，鉸鏈加強板所承受的最大應力小于155MPa。

3.2.2 向下加載負荷強度

在車門后端施加規定的載荷時，需要滿足：施加500N載荷時，向下位移量小于10mm，發生永久變形的位移量小于1mm。

3.2.3 全力關門強度

在車門全開狀態下，把車門從全開位置用全力關閉車門時，車門鈑金、升級系統、門鎖系統及其他部位不能發生開裂及使性能降低的變形現象。

3.2.4 車門子系統耐久強度

在過底漆的白車身上安裝車門總成，實施5萬次外部開關門耐久試驗和5萬次內部開關門耐久試驗時，需要滿足以下要求：

（1）內外開手柄操作部件無損壞、卡滯及異響等異常情況。

（2）車門的整個運動系統運動順暢，無明顯的卡滯及異響等異常情況。

（3）各部件功能使用正常，能夠正常操作。

（4）試驗后，車門全開時的門下垂量小于2mm。

（5）試驗后，車門的操作力、最小關門速度均要求小于試驗前的130%。

（6）不出現永久變形、彎曲、裂縫、焊點開裂、干涉、緊固件松動等情況。

3.3 設計的輸入條件：

包過總體布置圖、設計概念描述、造型數據、車身主斷面及樣車參考信息等。

3.3.1 總體布置圖

總體布置圖是造型和結構設計所需的尺寸控制圖。其根據汽車的總體方案、整車參數及性能要求，提出對各總成及部件的布置和特性參數等設計要求，協調整車與各總成之間的布置關系和參數匹配關系，以達到產品目標要求。根據總體布置圖，設計車門結構，確定車門數量、門洞開口位置、車門開度等關鍵參數。

3.3.2 設計概念描述

設計概念描述，在項目開發前期，結合對標分析數據對零件或子系統零部件確定目標和方案，包括以下內容：對標分析數據、質量、成本、重量、性能參數、結構方案、配置情況、設計說明、設計潛在失效模式分析、零件清單、實驗大綱、投資成本及子系統開發主計劃等。

3.3.3 造型數據

造型數據作為車門設計最重要的設計依據之一，它定義了車門的位置、外形尺寸及門縫線位置。在車身造型數據凍結前，須對車身造型數據進行仔細合理地工程可行性分析，使其符合工程化要求，需要分析考慮以下內容：

（1）車門圓角檢查：沖壓成形可行性，與造型風格協調一致性。

（2）門周圍的間隙值定義：門開啟過程中，與周圍零件的最小間隙要求；車身的造型風格；制造工藝水平；對標車的間隙值；車門使用過程中部件變形、門下沉量等因素。

（3）門周圍的面差定義：人的視覺感知，車身的造型風格，防水措施，對標車的面差值。

（4）車門的特征分析：

①車門玻璃面分析。玻璃面的形狀、尺寸及曲率分布狀況等。

②輥壓窗框結構可行性分析。輥壓窗框表面應與玻璃面平行，其間距與相關斷面形狀相匹配。合理定義玻璃外表面與車門外板的距離，確保部件有足夠的安裝空間和運動間隙。

③車門外開把手凹坑設計分析，包過凹坑的形狀及尺寸。需考慮乘員使用的方便性，考慮安裝門把手的工具能否順利地進入所需的位置。

④車門腰線部位的形狀分析。需考慮車門腰線部位要安裝外水切密封條，要確保外水切密封條安裝到車門外板上后，水切密封條和車門腰線部位的形狀協調一致。

⑤門外板的模態、剛度和抗凹性能分析。為滿足目標要求，門外板需要設計具有一定數量特征線的結構。

3.3.4 車身主斷面

車身主斷面表達了車身主要部位的結構形式、搭接關系、間隙設定、主要控制尺寸、生產工藝、人機工程及法規等方面的信息。車身主斷面可以指導車身結構設計，同時也是工程分析的重要手段和工具。車身主斷面有如下要求：（1）DTS要求：間隙和面差；（2）制造工藝要求：最小R角、出模方向及最小出模角度；（3）工程結構要求：分件、結構空間、面（關鍵或有爭議的面）的寬度、尺寸鏈（有爭議的尺寸鏈）等；（4）感知工藝（精致工藝）要求：漸近角及弧高等。與車門設計有關的主斷面有（如圖1）：

（1）S01斷面是截在左前門上鉸鏈中心位置，且垂直于鉸鏈軸線。該斷面主要表達的信息：鉸鏈位置、結構及尺寸，前門結構及尺寸，側圍結構，膠條結構及與周邊搭接零件的配合關系。

（2）S02斷面是A柱上部截面，垂直于A柱做的截面。該斷面主要表達的信息：前擋玻璃側面構造及尺寸，A柱腔體結構及尺寸，前門上部結構及尺寸（含密封方案），內飾區域結構及尺寸。

（3）S03斷面是左前門頂部YZ剖面，一般定義在乘員頭部X向正中位置。該斷面主要表達的信息：前門構造及尺寸（含密封方案），上邊梁區域白車身及內飾構造及它們的尺寸，頂蓋裝飾膠條結構及尺寸，天窗區域構造及尺寸。

（4）S04斷面是左前、后側門及B柱腔體的XY剖面，一般定義在安全帶上安裝點Z向正中位置。該斷面主要表達的信息：前側門構造及尺寸（含密封方案），后側門構造及尺寸（含密封方案），車身B柱腔體結構及尺寸（含安全帶上安裝點結構方案），B柱裝飾板構造及尺寸。

（5）S05斷面是左前側門腰部YZ剖面，一般定義在門腰部X向正中位置。該斷面主要表達的信息：前門腰部構造及尺寸，腰部內外膠條的結構及尺寸，門裝飾板結構及空間尺寸。

（6）S06斷面是截在左后側門上鉸鏈中心位置，且垂直于鉸鏈軸線。該斷面主要表達的信息：前門后部、B柱、后側門前部、后側門上鉸鏈、密封條的結構和尺寸信息。

（7）S07斷面是左前側門中部XY剖面，一般定義在前門Z向正中位置。該斷面主要表達的信息：前門構造及尺寸（含密封方案），鎖體及鎖扣位置及構造尺寸，B柱構造及尺寸，后側門構造及尺寸（含密封方案），玻璃及玻璃導槽的位置及尺寸。

（8）S08斷面是左前門門檻中部YZ剖面。該斷面主要表達的信息：門檻區域鈑金的結構及尺寸，前門內飾及儲物方式，線束附件及車身密封形式，涂裝進出液孔，側面視野線，舉升位置及標識。

（9）S09斷面是左后側門頂部YZ剖面，一般定義在乘員頭部X向正中位置。該斷面主要表達的信息：后排乘員頭部區域車輛結構及尺寸，側圍外板上邊梁區域結構及尺寸，車門與側圍外板間隙與面差，門密封邊的信息，頂蓋裝飾膠條結構及尺寸，各翻邊的拔模角，側圍鈑金密封面的圓角要求。

（10）S10斷面是左側C柱中間的XY剖面，一般定義在C柱安全帶上固定點處。該斷面主要表達的信息：后側門構造及尺寸（含密封方案），C柱上端結構及尺寸，內裝飾結構，后側窗結構及尺寸（含密封方案），中排座椅安全帶上固定點結構及尺寸。

（11）S11斷面是左側C柱下端后輪罩處的截面。該斷面主要表達的信息：后側門構造及尺寸（含密封方案），C柱下部白車身及內飾構造及它們的尺寸，后地板結構及尺寸，部件間搭接關系。

（12）S12斷面是左后側門門檻中部YZ剖面。該斷面主要表達的信息：門檻區域車輛結構及尺寸，顯示門檻內外板的結構形式，線束附件以及車身密封形式，定義門內板到門檻外表面的距離，車身門檻區域的鈑金的構造、腔體尺寸，翻邊結構的拔模角度，圓角的半徑要求。

3.3.5 樣車參考信息

車門在設計的時候，選擇一款車型、風格、檔次類同的樣車以參考相關信息，會使得設計工作事半功倍。主要參考樣車內容：開關門操作力，最小關門速度，門開度及限位器開啟角度，車門零件結構、尺寸、參數及布置，車門間隙及面差，緩沖膠塞數量，零件剛度、強度及模態，零件數量及重量，孔類型，焊點焊縫，車門包邊，線束走向，電泳液通過路徑，主斷面，密封情況，補強膠、減振膠及緊固件信息等。

4 車門系統的關鍵性能驗證

4.1 車門運動分析驗證

（1）運動分析：分析運動部件在運動過程中，與周圍零部件的運動間隙值。在造型凍結前，須對門縫開口的位置與尺寸，進行運動校核，滿足車門在運動過程中的最小間隙值要求。車門的運動分析包括：帶限位器的車門運動、玻璃升降運動及鎖系統運動分析。

（2）拆裝分析：拆裝分析的目的是模擬零部件的裝配和拆卸過程，來判斷零部件的裝配和折卸的可行性。車門折裝分析包括升降器和玻璃拆裝分析，為了進行拆裝分析，需要定義好運動部件和固定部件。

4.2 CAE分析驗證

CAE分析包過：剛度、強度分析，機構運動分析，NVH分析，抗凹性分析，門下垂分析，鈑金件沖壓成型模擬分析，車輛碰撞模擬分析，疲勞分析和空氣動力學分析等。

4.3 實車試驗驗證

試驗的項目主要有：汽車路試試驗（包過試驗場測試、道路測試、風洞試驗、碰撞試驗等），車門開關耐久試驗，車門過載試驗，車輛淋雨試驗等。

5 結語

本文詳解了車門系統關鍵性能的內容及相關設計研究，為新車型開發提供建議和參考。當我們在開發新車型時，我們要與時俱進，不斷創新，不斷地優化車門系統的關鍵性能，提升車輛的整體性能，提升企業的競爭力，提高自我的技術水平，為汽車“智能化、網聯化、輕量化、低碳化”新趨勢的發展努力做出卓越的貢獻。

參考文獻：

[1]《汽車設計》機械工業出版社? 主編/閔海濤、王建華.

[2]《汽車整車設計與產品開發》機械工業出版社 主編/吳禮軍.

[3]《汽車性能集成開發》機械工業出版社 主編/詹樟松.

[4]《汽車NVH性能設計與控制》機械工業出版社? 主編/王志亮.

[5]《新能源汽車設計基礎》機械工業出版社 主編/周俠.