汽車滑動門閉合力的分析與改進

芮虎軍 張朝林

（凱翼汽車工程研究院，蕪湖 241000）

汽車滑動門閉合力的分析與改進

芮虎軍 張朝林

（凱翼汽車工程研究院，蕪湖 241000）

本文從實車案例入手，通過一種對中滑門閉合力的簡單測量方法，找出影響中滑門閉合力的主次因素，從而提出一套中滑門閉合力的技術方案，并得出一些中滑門的設計和控制要素。

中滑門 閉合力 密封間隙 壓縮量 限位器

引言

由于滑動門具有開度大、開啟后占用外部空間小、乘載方便等優點，所以在汽車上的應用越來越廣泛，其關閉的輕便性也就成了評價車門設計能力和制造水平的重要指標，滑門關閉過程是否卡滯、關閉力的大小是否感覺舒適、滑門開關過程中是否存在異響、密封性能是否良好等都是用戶感受頻次和關注程度較高的項目。因此，在車身設計、零部件質量控制、制造過程控制等三方面，要同時兼顧花門的開關順暢性、花門的密封性等多方面的性能，避免出現滑門開關困難、漏雨、異常發響等質量問題。

本文從實際案例入手，理論結合實際，并在實踐中建立一種對滑門關閉力大小進行量化評價的簡單方法，找出影響滑門關閉力的主要因素，從而提出一套改善滑門關閉力的改進方案，并得出滑門設計和質量控制的要點。

1 滑門關閉力的測量方法

一般情況下，在車外關閉滑門的過程為：用戶站在車體的側面，往車前方拉滑門外開手柄，使滑門有一個向前的慣性沖量，利用該慣性量關閉滑門。在車內關閉滑門的過程為：用戶用力推滑門的內開手柄過門框，使滑門有一個向前的慣性沖量，利用該慣性量使滑門關閉。

如何準確模擬用戶關閉滑門的過程，如何對滑門關閉力進行量化？由于存在作用力、作用時間、所在位置、個體差異和使用習慣等不確定因素，所以無法準確量化滑門的關閉力。如果無法量化滑門的關閉力，就很難找到它的主次因素，也很難對改進方案進行驗證和評價。因此對滑門關閉過程進行模擬簡化就顯得比較重要。

通過實踐和試驗，提出滑門關閉力的測量方法：將被測車放置在水平的地面上，將門窗全部關閉（或者全部打開，兩種狀態測量），在滑門的外開手柄上固定一橡皮膠管，將滑門開啟到車門限位器的前端（限位器不需要鎖止，放置限位器對測量效果的影響），在橡皮膠管的另一端掛上拉力彈簧秤。測試員甲用手固定住滑門，測試員乙在汽車的側前方用力拉彈簧秤（橡皮膠管在拉直狀態下盡可能與ZX面和XY面平行）。當測試員乙將彈簧秤拉到設定的測量值時，測試員甲瞬間放開滑門，利用橡皮膠管的的拉力使滑門關閉，如此反復多次，直至找出最小臨界拉力，這個最小臨界拉力就是該車的滑門最小閉合力，如圖1所示。

圖1 中滑門關閉力測量圖示

測量時注意事項：

（1）每次測量時，滑門必須開啟到統一位置；

（2）橡膠管的長度和彈性也非常重要，圖1所示，橡膠管拉長到L1時，須在彈性范圍內；當滑門關閉后，橡膠管長度為L2時，須為松弛狀態；

（3）測試員乙拉橡膠管的方向須與車體長度方向一致，并每次測試時測試員乙所站的位置基本相同；

（4）滑門閉合力需要多次測量，減少人為因素影響；

（5）若考慮空氣阻力的影響，測量滑門閉合力時，關閉所有車窗；若不考慮空氣阻力的影響，測量滑門閉合力時，車窗可以打開；

（6）被測車輛應放在水平地面上。

采用該測量方法，可以直觀地測量出滑門閉合力，得到量化數據。雖然與實際用戶關閉滑門的過程有一點差異，但不影響對滑門閉合力的影響因素的分析和改進方案的驗證。

根據對某一微車滑門閉合力的測量（在車窗開啟狀態下測量），結合“AUDIT”主觀評價，列出滑門開關的主觀評價標準力，見表1。

表1 滑門開關的主觀評價

通過對比分析，在車窗開啟狀態下，用戶可接受的滑門閉合力的范圍在38N以下。

2 滑門關閉力的影響因素分析

對某一微車，利用滑門閉合力測量方法，在水平且開啟車窗的狀態下，測出同批次10量車的滑門閉合力，見表2。通過測量數據，該車型的滑門閉合力范圍為46～60N，左右滑門的平均閉合力分別為51N、53.2N，該滑門關閉十分困難，用戶抱怨，需要立即改進。下面以該車型為例，對滑門閉合力的影響因素進行分析，并提出相應的改進方案，同時對方案進行驗證和相關的試驗。

表2 某車型滑門閉合力測量值

2.1 空氣阻力

利用上述滑門閉合力的測量方法，對同一輛車，在開啟車窗的狀態下，左右滑門閉合力為52N、54N；在閉合車窗狀態下，左右滑門閉合力為60N、62N；空氣阻力對滑門閉合力的影響在8N～10N左右。根據多輛車的測量結果對比分析，空氣阻力不是造成該車型滑門閉合力大的主要原因。

空氣阻力與車內空間、車體的排氣性能等因素有關；車內空間越大、車體的排氣性能越好，空氣形成的阻力就越小；由于車內空間有限，一般可采用增加通氣孔的方式來優化；考慮到密封性能，通氣孔多采用膜片式單向閥結構。

2.2 密封膠條彈力

拆去該車的滑門密封膠條，再次測量左、右滑門的閉合力分別為30N和30N，因此可以得出：

左密封膠條所產生的彈力：52N-30N=22N；

右密封膠條所產生的彈力：54N-30N=24N。

根據對比同類車型的密封膠條的彈力，該車型密封膠條的彈力過大，需要優化。下面對密封膠條彈力的影響因素進行分析。

2.2.1 密封間隙

分析該車型的中門與車身的斷面1-1，中滑門與車身的密封間隙理論值為13.8mm，如圖2所示。

拆去該車中滑門密封膠條，關閉車門利用間隙尺測量出該車的實際中滑門密封間隙，具體測量值如圖3所示。

從實際測量情況看，中滑門與車身的密封間隙一致性較差，密封間隙的公差允許范圍一般為±1.5mm，而實際的誤差范圍為：-4.8～+5.2mm，中門框的上部密封間隙平均偏大約2.5mm，窗臺線以下的密封間隙平均偏小約3mm，故需要分析導致中門框的密封間隙下部偏小、上部偏大的原因。

圖2 中滑門斷面1-1

圖3 中滑門密封間隙實際測量值

中門框密封間隙的影響因素有：①車身的焊接質量；②車門總成的零部件質量；③車門總成與車身的裝配質量。

對車身和車門的質量狀態可以進行三坐標檢測，測量方法：在車身密封條卡接邊中間位置上每間隔100mm選點進行三坐標檢測；在車門的密封面中間位置上沒間隔100mm選點進行三坐標檢測。檢測結果為：車門密封面誤差均在±0.7mm內，質量合格。圖4所示為車體密封條卡接邊的三坐標檢測結果，其中圈出的部位為不合格區域，其偏差數據具體如圖4所示。

圖4 左、右中門框的焊接精度檢測結果

從左、右中門框的焊接精度檢測結果來看，車身的焊接質量不合格是影響中滑門與車身的密封間隙不均勻的原因之一，故需對其整改。分析發現：其主要原因是側圍總成與下車體總成進行焊接組拼時定位不足，局部干涉等。

綜合三坐標檢測結果，發現車身的焊接精度不合格部位與密封間隙的實際檢測不合格部位不完全吻合，例如在右側上部密封間隙偏大，但車身狀態為向外偏，這說明車門總成與車身的裝配質量也是影響密封間隙不均勻的原因之一，因此需要控制上、中、下鉸鏈的安裝位置及上、中、下導軌的位置，保證中滑門的裝配位置精度。

2.2.2 密封膠條

（1）壓縮量。對密封條斷面進行分析，從斷面1-1中可以得出，密封條的壓縮量為8.9mm，密封間隙為13.8mm。一般情況下，密封條的壓縮量設計為密封間隙的1/3～1/2，故壓縮量在4.6mm～6.9mm范圍內較好。可見，該斷面的壓縮量偏大，需要減小壓縮量，建議壓縮量更改為5.7mm，具體可根據實際情況進行調整。

（2）斷面形狀。圖5為中門框密封條斷面形狀，圖中Ⅰ處密封條為一凸點，與中滑門密封面接觸為線接觸，從密封性來看，線接觸的密封效果不如面接觸，故該密封條的斷面形狀需要優化。

2.3 關門限位器摩擦力

拆卸中門密封條和關門限位器，再次測試中滑門關閉力：關閉力由30N減少到20N，即中滑門上、下關門限位器產生的摩擦阻力約有10N，這也是關閉阻力過大的重要原因。

關門限位器由車門限位器和車體限位器配合組成（見圖7），利用兩者的凹凸形狀配合限位。分析兩者的材料，車門限位器的材料為塑料（尼龍+10%玻纖），車體限位器為金屬片件硫化粘接橡膠而成。塑料和橡膠在配合時其摩擦阻力較大，故產生的摩擦阻力較大；另外配合間隙、配合形狀是否合理也應進行運動校核分析。

圖7 關門限位器

圖5 密封條斷面形狀

圖6 密封條壓縮負荷曲線圖

（3）排氣孔。該車型的中滑門密封條排氣孔設計距離值為（300±10）mm，排氣孔直徑φ3 mm。從斷面面積來看，密封條本身存在排氣不暢的問題，故需對排氣孔的距離進行調整。

（4）壓縮負荷。壓縮負荷是影響密封性能和反彈力的重要因素，是密封條的重要性能。壓縮負荷與密封條的材料選擇、斷面形狀都有密切關系，該密封條的壓縮負荷設計為（6±1.5）N/100 mm；圖5所示Ⅱ處材料為EPDM發泡膠，密度為0.45～0.65g/cm3；Ⅲ處為EPDM密實膠，硬度為HA80±5。

對密封條進行壓縮試驗，壓縮速度為20mm/min，測試結果見圖6。從圖中可知，該密封條的壓縮量為6mm，產生的負荷為5.1N；壓縮量為8mm，產生的負荷為6.1N，密封條的壓縮負荷滿足設計要求，故密封條在材料選擇和斷面壁厚方面無需改進。

2.4 鉸鏈產生的阻力

測量中滑門從最大開度滑行到中滑門關閉位置，但滑門恰未鎖止時的滑行阻力，該阻力可以理解為鉸鏈在滑行中產生的阻力。經測量，該滑行阻力約為14N。通過主管評價，直線滑行不太順暢，鉸鏈導輪與導軌的摩擦阻力較大，需對鉸鏈結構進行優化，較少該摩擦阻力。

2.5 門鎖產生的阻力

根據以上的測量結果，門鎖產生的阻力可以由以下計算得出：

門鎖產生的阻力=20N（無密封條、無關門限位器時的阻力）-14N（直線滑行阻力）=6N

該阻力較小，不是關閉力過大的主要原因，對門鎖無需更改。

2.6 車門重力

車門的重力也是影響關閉力的因素之一。將樣車放在水平路面并開啟車窗，將中滑門的重量增加5kg，例如在中門外板上貼磁性墊（圖1），測出左、右中滑門關閉力分別為51N、52N。車門重量增加5kg后關閉力減小了1-2N，可以看出車門重量不是關閉力過大的主要原因。通過AUDIT主觀評價，中滑門重量增加后開啟手感明顯變重，滑行更加不順暢，故為改善閉合力而增加車門重量的方案不太可取。

將中滑門閉合力的影響因素分析匯總，發現密封膠條的彈力、關門限位器摩擦力、鉸鏈產生的阻力是該車關閉力過大的主要因素，空氣阻力、門鎖產生的阻力、車門重力是該車閉合力的次要因素，具體見表3。

3 中滑門改進方案及驗證

從以上分析來看，需要對密封膠條的彈力、關門限位器摩擦力、鉸鏈產生的阻力進行改進，其中密封條彈力過大的主要原因是中門框下部的密封間隙過小造成的，而密封間隙過小的主要原因是車體的焊接質量和裝配質量偏差過大；關門限位器摩擦力過大是由車門、車門限位器兩者的摩擦系數過大引起的；鉸鏈產生的阻力過大是上、下中鉸鏈的導向輪在運動中產生摩擦阻力過大，該摩擦阻力主要是滑動摩擦力，與摩擦系數和正向壓力有關。

通過分析討論，針對需要改進的三個主要因素提出了八項改進措施，具體見表4。

表3 中滑門閉合力的影響因素分析匯總表

表4

對以上方案進行中滑門關閉力的檢測、主觀評價、強化淋雨試驗、中門臺架開關耐久性試驗、實車耐久性驗證等一系列的驗證試驗。具體驗證結果如下：

（1）第一步：更換新的限位器，關閉力下降了4N；第二步：更換新的密封膠條，關閉力下降了8N；第三步：更換新的鉸鏈，關閉力下降了8N。通過以上方案的實施，中滑門關閉力由52N下降為32N，共減少了20N，具體檢測結果見表5。

表5

（2）強化淋雨試驗：經過批量強化淋雨試驗，中門五漏雨現象。

（3）中門臺架開關耐久性試驗：進行50000次（中滑門一開一關計為1次）的連續開關耐久性試驗，中滑門鉸鏈、上下導軌、關門限位器均無異常磨損、破裂等失效現象。

（4）實車道路試驗：經過2.5萬km道路試驗，中門開關正常。

（5）AUDIT主觀評價：中滑門關閉比較順暢。

通過以上改進驗證，可以看出，改進方案效果明顯，可以達到用戶滿意的目標值。

4 中滑門設計及質量控制要點

通過對該車型的中滑門關閉力檢測、數據分析、改進方案的驗證與實施，得出一些中滑門設計及質量控制要點如下：

（1）在本文實例中，空氣阻力不是造成關閉力過大的主要原因，但是在車身設計時，還是應該重點考慮車內空氣能夠有效排氣以及通氣孔的位置及大小，既要考慮整車的NVH性能，又要考慮中滑門的關閉力是否滿足用戶要求，設計中可以通過密閉試驗及車內空氣動力學進行相關分析。

（2）在制造過程中，對密封間隙尺寸一定要重點關注。其中重點包括車身的焊接質量和車門的裝配質量。如果密封間隙過大，會出現漏雨、進灰、整車NVH性能嚴重下降等現象；如果密封間隙過小，會出現關門困難、關門反彈等現象。另外密封間隙的公差帶如何確定，需要根據實際情況和具體制造水平綜合考慮。

（3）在密封條的設計中，對壓縮量的設計一定要慎重。在保證車身精度的前提下，可適量減小密封條的壓縮量。同時，對于密封條的斷面形狀、材料選擇、排氣孔的距離、表面質量都需要關注。

（4）對于關門限位器，要注意關門限位器的配合間隙、材料選擇、配合形狀等。如配合間隙過大，車輛在行駛過程中中滑門會出現異響；如配合間隙過小，容易使中滑門關閉困難。車體限位器和車門限位器的材料可以選用相同的材料，盡量減少兩者的摩擦系數。

（5）對于鉸鏈的導輪可以采用軸承代替鋼滾輪或塑料滾輪，但需要考慮車輛行駛過程中中滑門的異響問題，一般可以考慮采用軸承外包塑料以降低異響。

5 總結

理論上，影響中滑門關閉力的主要因素有六個，但是在實際情況中，到底哪些才是造成中滑門關閉力過大的主要原因？需要利用中滑門關閉力的測試方法，找出影響的主要因素，通過改進驗證并進行數據量化對比，找出解決問題的方向并進行充分的驗證，最終得到使用戶滿意的最有方案。Wuhu 241000）

圖5 自動進刀結構簡圖

4 結語

該磨床經改造后運行平穩，加工精度滿足用戶要求，加工效率提高顯著，大大降低人工成本，用戶滿意。此種改造方案在手動磨床自動進刀改造中可作為一種參考方案，比較簡單易行。

[1]現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊：上冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

Abstract:This paper introduces the use of hydraulic drive ratchet mechanism as an automatic tool feed unit and application in the reconstruction of Manual surface grinder.

Key words:manual surface grinding machine,hydraulic feed mechanism,ratchet mechanism,hydraulic drive

Analysis and Improvement for Closing Force of the Automotive Sliding Door

RUI Hujun,ZHANG Chaolin
（Automotive Engineering Institute of Cowin Automobile Co,Ltd.,

Starting from the practical vehicle case,this paper points out the important elements of closing force of sliding door,based on a simple method of measuring the sliding door closing force, recommends a technical program about adjusting the sliding doorclosing force, and obtains some main points of design and qualitycontrol of sliding door .

sliding door,closing force,sealing gap,compression, limiter

Transformation of Tool Feed Unit of Manual Surface Grinder

GAO Honghao
（Technical Center,Weihai Huadong Heavy Industries Co.,Ltd. Weihai,264200）