XX123前車門結構設計

丁紅

(上海汽車商用車技術中心，上海 200438)

0 引言

XX123是一款小排量輕客，它具有復雜結構的四門兩蓋。門蓋的設計開發直接決定了該車身結構的復雜程度、設計的難易程度，對制造成本具有很大的影響。汽車鉸鏈式車門的設計遵循先布置鉸鏈、再布置玻璃升降器，最后再布置其他附件的原則，并同步進行車門開啟的運動校核、外開把手的運動校核、玻璃的運動校核，總成樣件出來后進行臺架試驗、道路試驗等。因此掌握車門設計開發的正確流程及方法是重中之重［1］。

1 車門鉸鏈的布置

鉸鏈是車門總成中的受力構件，當車門關閉時，車門上的承力件為鎖和鉸鏈;當車門打開時，車門的重力完全由鉸鏈來承受。車門兩只鉸鏈的中心所連成的軸線直接影響到車門的受力狀況，門柱的結構、車門開縫線的位置和形狀，在對它們進行布置時，應注意以下幾方面的問題:

(1)在結構允許的情況下，車門上下兩鉸鏈間距離應盡可能大，以加大承受力力矩，通常不小于300 mm，如圖1所示:由于A柱的空間限制，設計距離為值300 mm，偏小［2］。

(2)在結構允許的情況下，在Y向，鉸鏈盡可能向車外，以免車門開啟時鉸鏈與其他部件干涉［3］。

(3)為保證車門在自身重力作用下有一定的自動關閉能力，軸線內傾，應與XOZ平面間有一定的角度，通常不大于5°;如圖 2 所示，設計值為 3.3°［4］。

(4)為抵抗車門由于重力下垂，鉸鏈軸線前傾，與YOZ平面間有一定的角度，通常不大于1°;如圖3所示，設計值為0.35°。

鉸鏈布置后的最終情況詳見圖4。

2 玻璃升降器的布置

玻璃升降器是承載玻璃上下運動的構件，其兩側的導軌構成玻璃運動的軌道，升降器與軌道間的合理布置，決定了玻璃上下運動過程中阻力的大小，及玻璃防漏水性能的好壞。該車型采用的是交叉型電動升降器，如圖5所示。

玻璃導軌軌跡設計時注意點如下(圖6):

(1)前、后導軌是近似于平行的，一根螺旋線上的兩段線，并不是兩根平行線;前后導軌只有一根螺旋線中的兩段，在上下運動時才能夠完全重合，減少在運動過程中玻璃與導軌間的前后方向的阻力。

(2)玻璃上下運動的軌跡面通常是圓柱面的一部分，減少軌跡面的復雜程度，減少運動阻力。

交叉型玻璃升降器布置時的注意點:

(1)玻璃升降器的4個安裝點是在同一個平面上，詳見圖7;

(2)升降器的旋轉軸相對4個安裝點是固定不變的，故此玻璃上下運動的理軌軌跡應該是一個平面，其能夠沿軌道的曲面運動是靠滾輪與水平導軌間的間隙及整個擺臂在運動中的允許誤差來實現的。

(3)升降器相對玻璃真實運動軌跡在上、下止點時的布置:

①理論上在上、下止點處的壓縮量是相同的，設計時上止點取較大值是為了使玻璃在最上方時能夠產生較大的向外的推力從而增加防水(密封)性能;

②中間和下止點處取較小值，有利于玻璃在向下運動時的阻力較小，由于升降器本身具有鎖死機構，玻璃的重力亦不會自行往下運動。

3 限位器的布置

車門限位器是控制車門開啟角度的構件，它的作用是使車門在每一擋開啟角度停留時，能夠產生一定的阻尼，使車門不易再繼續打開或關閉。該車型限位器的開啟角度有兩擋:第一擋為:45°，第二擋為70°。

(1)車門限位器上有第一擋開啟角度限位槽機構;

(2)車門限位器末端有第二擋開啟角度控制面機構;

(3)車門限位器的位置Z向軸線不能與鉸鏈的軸線重合，才能產生控制門開啟的扭矩，本車型的距離為45 mm。

其詳細的結構如圖8所示。

4 密封條的布置

密封條是使汽車分隔成內、外空間的構件，其布置及結構設計的好壞直接對車內的噪聲、溫度、清潔度、濕度等有很大的影響。

(1)密封條的位置

通常轎車車門有兩道密封，第一道能夠防水、抗噪聲，第二道主要是抗噪聲。該車型的車門亦有二道密封條，不過它為了降低模具開發成本，把兩道密封條都安裝在側圍上，上方的第一道密封條起防水作用，門框周邊的第二道密封條起防水和保溫作用，其具體的布置情況如圖9所示。

(2)密封條的壓縮量

密封條是通過兩物體間的擠壓，使密封條產生變形，而達到防水，保溫目的。通常密封條的壓縮量為可變形區域的1/3～1/2，詳見圖10。

5 車門鈑金件的結構設計

(1)車門外板是由造型所決定，采用整體沖壓成形，為避免在運動過程中的振動，通常采用烘烤硬化板材，即涂裝烘烤后表面硬度、剛度會提高;有些轎車上部窗框采用滾壓件時，車門外板就僅有下半部分為沖壓成形件，如圖11所示［4］。

(2)車門內板是安裝各種附件的載體，完全是由滿足功能(附件安裝點、車門密封、部件安裝工藝)和必要的強度所決定的，通常在車門鉸鏈處有一個加強板，目前轎車采用不同板厚的材料激光拼焊后，一起沖壓成形，以減少制造過程中的成本，提高制造精度，詳見圖12所示。

(3)外板僅是體現外觀造型的，材料比較薄，在其內部必須要有防止其振動的支撐板，通常采用防撞梁上帶支撐板的功能，但在當駕駛員座椅H點高于450 mm時，車門內部可以沒有專用的防撞梁，此時就必須要設立專用的外板支撐板，再通過膨脹膠與外板相連接，起緩沖作用，詳見圖13所示。

(4)車門內、外板是通過包邊合成的，其包邊的方式有模具包邊、液壓包邊、機器人滾邊，不同的方式所需要的包邊尺寸有些不同。該車型的包邊情況詳見圖14所示。

6 運動干涉分析

(1)車門與翼子板間最小間隙校核車門在開啟由0°～70°過程中，車門最前方的邊界與翼子板間間隙的變化情況見圖15所示，在70°時局部最小間隙為2.9 mm，符合設計要求。

(2)車門外開門把手與外板間運動分析

從外面開車門時外開把手的最大開啟角度為45°，在開啟過程中的運動軌跡面及與外板間的最小間隙為1.9 mm，符合設計要求，詳見圖16所示。

(3)玻璃上下運動分析

玻璃上下負載運動的CAE分析結果顯示，符合設計要求。玻璃在上、中、下3個止點位置時與理論運動軌跡面的間隙符合設計需求，詳見表1。

表1 三止點位置與理論運動軌跡面的間隙

7 車門模態CAE分析及試驗認證

由于車門是運動件，鉸鏈是3C件，汽車標準要求鉸鏈要能開啟10萬次，鈑金件強度、剛度的CAE分析及后期的臺架試驗、道路試驗不在此次論述之中。

8 總結

通過此款車門結構設計，主要得到以下的結論:

(1)車門設計第一要素是鉸鏈的布置，它是車門運動的首要部件;

(2)車門設計第二要素是玻璃面的設計(即升降器的布置)，它是內板總成結構設計的靈魂;

(3)車門設計第三要素是必須充分考慮與之相配合零部件間的間隙;

(4)車門設計第四要數是各種附件的安裝工藝，留出足夠的工藝孔;

(5)車門設計第五要素是考慮各個零部件的加工工藝;

(6)前期運動校核分析及CAE分析便于提前修改設計，縮短開發周期。

【1】樂玉漢．轎車車身設計［M］．北京:高等教育出版社，2000．

【2】江漫清，吳亞良．CAD/CAM/CAE在車身開發中的應用［J］．上海汽車，1999(2):22－24．

【3】吳亞良．現代轎車車身設計［M］．上海:上海科學技術出版社，2003．

【4】黃天澤，黃金陵．汽車車身結構設計［M}．北京:機械工藝出版社，2000．