車門概念設計

張鳳利

摘要：車門的設計過程是整車開發流程中的一部分，主要分為產品策劃、概念設計和工程設計三大主要階段。其中，概念設計階段承上啟下，是整個車門設計開發過程中的關鍵活動，涵蓋了主要的工程分析和設計工作，主要工作是確定造型方案和參數，隨著造型的確定而完成。

關鍵詞：車門；概念；設計

車門概念設計主要有三項工作內容：初版主斷面設計、車門布置、造型可行分析。主斷面本質上是一種有效的設計工具，是保證車門布置和造型可行性分析能高效準確開展的設計方法，貫穿于整個概念設計階段。而造型可行性分析是在車門布置過程中進行的，被包含于車門布置的工作中，比如車門分縫線的確認就是鉸鏈布置的主要內容，所以車門概念設計的核心工作就是車門布置設計。

車門布置設計內容包括：○1外部輸入條件確認○2車門鉸鏈布置○3車門內部布置○4與側圍配合設計。這幾項工作你中有我，我中有你，設計過程中沒有絕對的先后順序，本文將結合個人的工作經驗一一介紹。

1.外部輸入條件確認

車門設計前需要初步確定以下的輸入條件：車身側面造型面（包括玻璃面）、門洞止口（B線）、腰線（C線）、窗口（D線）、及門縫線，如圖1所示。

其中門洞止口B線關系到很多人機控制尺寸，由總布置提供，是必須遵守的基準，但有可調整的范圍；而D線、C線、門縫線是造型初步定義的，是需要車門工程師以B線為基準，通過車門周邊的斷面設計去校核和確認。

在工程結構允許的條件下，我們應盡量在不動B線的前提下通過調整斷面尺寸參數努力去保證造型的工程可行性，當通過調整斷面尺寸參數仍然不能保證造型的情況下，可以嘗試去協調人機工程師去調整B線，但這個調整是非常有限的。當通過B線調整仍不能使造型滿足工程可行性，那么就必須要求造型師對造型進行調整，這時車門工程師應向造型師提供可行的造型方案建議及邊界條件，以保證其調整的準確性。

1.1門洞止口的確定

如圖2所示，門洞止口線直接影響乘員出入的方便性，受A1、A2、B1、B2、C1、C2、D等人機控制尺寸約束。當H點確定下來以后，人機工程師可根據這些約束初步定義門洞止口的X、Z向位置。

門洞止口Y向的形狀和位置在腰線以上窗框部分，與玻璃面相關，一般為玻璃面的偏置面（尤其對于輥壓窗框來說），需定義玻璃面后通過窗框周邊的斷面來定義；在腰線以下的門肚部分，與車門內板相關，而車門內板同時受車門內部布置空間要求和車室內部人機空間要求的約束，需要同車門內部布置工作一同進行，并同時保證肘部空間等人機要求，需通過車門橫向主截面來定義，如圖5；此外，要保證圖3中的K值以保證進出方便性。

1.2門縫的確定

門縫是側面造型的主要分塊線，門縫的大小及位置直接影響車門運動的最小間隙。當門洞止口（比較硬性的要求）初步定義后，我們要盡量通過對鉸鏈軸線的調整來保證造型分縫的可行，但一定要保證鉸鏈安裝結構的工藝性、側圍門柱截面尺寸及門框的密封結構。當造型提供的門縫不符合要求時，我們可通過K線法向造型提供一個可行的區域，如圖4所示。

前邊界保證車門開啟最大時與鉸鏈本身及門柱的最小間隙5mm，是鉸鏈座及側圍門柱5mm偏置面繞軸線反向翻轉最大角度（考慮過開5°）后與造型面的交線；后邊界保證車門與翼子板或后車門的最小運動間隙2.5mm的經驗值，是在危險截面處（造型面距軸線最遠點處），K線反求到外造型面上的線。

1.3車門玻璃面的確定

一般玻璃面都是雙曲率面且具有回轉中心，X 向的曲率半徑偏差在5mm 以內，即玻璃前邊緣曲率半徑與后邊緣曲率半徑之差，縱向曲率半徑根據車型的不同、造型風格的不同略有不同，一般在1100-1900mm 之間。在校核之前需先擬合出玻璃大面，一般可擬合成圓環面或腰鼓面，玻璃的運動導線由D線決定，一般可擬合成軸線與C線平行的螺旋線。

車門玻璃面水切以上直接影響乘員的肩部空間，如圖7中所示，一般要求玻璃到乘員肩部的最小距離為100mm。

水切以下的玻璃運動軌跡直接影響車門內外板之間的布置，需由車門工程師分析確定，要做出初步的玻璃運動軌跡，與車門橫向主截面布置同步進行，要保證與周邊零件防撞梁、車門內板之間的空間尺寸是否滿足安全間隙要求。

1.4腰線的確定

前車門要求玻璃可以全部降下，如圖6所示，為一調整腰線的例子。按圖6a的腰線位置，玻璃不能全部降下而高出Y值，則需反饋造型調整腰線位置，將原腰線增高Y/2，同時將玻璃高度減少Y/2，如圖6b。

2.車門鉸鏈布置

鉸鏈的布置與門縫、門洞止口、側圍門柱尺寸、限位器及門鎖的布置諸多因素相關，同時其布置間距影響車門的下沉剛度，其姿態（傾角）影響車門開閉狀態，是概念設計的重中之重，一旦確定下來就不能輕易改動。

2.1車門鉸鏈軸線位置的布置

車門鉸鏈軸線的位置影響了車門的擺動軌跡，直接決定車門運動過程中，車門邊緣與周邊結構（如翼子板、門柱）或前、后門之間的最小運動間隙，是門縫線設計可行性校核的前提。根據鉸鏈軸線與門縫的位置關系可分為內開式（軸線在門縫之后）、外開式（軸線在門縫之前）。內開比較常見，且開閉過程中容易產生過小的間隙，下面著重介紹內開情況下的鉸鏈軸線的布置方法。

車門鉸鏈軸線的位置與門縫位置、運動間隙之間的關系存在一定的規律。如圖7所示，尺寸A越小，越有利于保證運動間隙，一般要求2.5mm以上，即要求鉸鏈軸線盡量向外側布置；尺寸B越大，越有利于保證運動間隙，即當鉸鏈已調整到最外側，仍不能滿足運動間隙的要求時，可以嘗試將鉸鏈向后側移動，但要同時分析車門開啟最大角度時與門柱的安全間隙是否滿足要求，一般要求當車門過開5°時，門邊沿與門柱或鉸鏈固定部分的最小間隙5mm以上，當間隙不夠需調整門柱尺寸時需要側圍工程師確認，建議盡量不要犧牲門柱的尺寸來滿足運動間隙，尤其B柱的橫向尺寸更不能輕易調整，它直接影響側碰性能。

3.3車門限位器的布置

限位器多采用拉帶式，布置時應考慮以下事項：

3.3.1限位器旋動軸線與鉸鏈軸線應平行。

3.3.2在車門開啟限位角（要求60°-70°）與門的寬度有關，門越寬，設計的角度可以越小，主要考慮進入方便性。

3.3.3限位器在Z向上的布置應盡量布置在上、下鉸鏈中間的位置上或向下偏移一段距離，視車門內部附件布置情況調整。

3.3.4限位器臂和鉸鏈軸心線之間的距離一般要大于60mm，以保證限位器的限位轉矩。

4.車門與側圍配合設計

當車門分縫線、門洞止口確定下來以后，就可以通過車門周邊的斷面來確定與側圍的配合結構。車門與側圍的配合結構設計其實就是門框密封結構的設計，但同時要考慮鉸鏈、限位器、鎖等連接部件處的安裝結構，并處理好這些部位的密封結構和安裝結構之間的關系。設計過程一定要慎重調整門柱尺寸，因為門柱不僅支撐著車門，還是整個車身骨架的頂梁柱，直接影響車身的機械性能和碰撞性能。

4.1門框密封結構的設計

由于現在的客戶對車身密封性能及NVH性能的認識和要求日益提高，現在的轎車一般采用兩道密封形式。最外側密封定義為主密封，一般密封條安裝于車門上，關門時壓于側圍上；內側密封定義為輔助密封，通常安裝于門洞止口上，關門時壓在車門J面上。

密封結構設計時主要考慮三個方面：壓縮量、壓縮面積、壓縮方向與支撐方向的一致性。壓縮量在保證密封性能要求的同時也要考慮對車門的反力，不能太小也不能過大，一般為有效壓縮尺寸的1/3～1/2；壓縮面積是保證實際產品上密封條的壓縮量有效發揮的保證，越大壓縮效果越好，同時也起到消化車門與側圍X、Z向的裝配誤差性的作用；此外，密封條布置時，一定要考慮車門在關閉過程中密封條是如何接觸、受力和壓縮的，應盡可能使壓縮方與密封條支撐方向一致，防止密封條因受力方向變化而扭曲、撕裂。

具體要求如圖12所示，對于兩道密封結構，主密封的壓縮量圖中A尺寸一般要求為5～7mm，密封間隙C1一般定義為9～12mm，視密封條口型而定，壓縮面積圖中尺寸弧長S1一般要求10mm以上，壓縮面應與密封條的壓入方向盡量垂直，且要求車門內板上應有相應的支持面，盡量與壓縮面方向一致；輔助密封的壓縮量圖中B尺寸一般要求為3～5mm ，密封間隙一般定義為12～16mm，視密封條口型而定，壓縮面積圖中尺寸弧長S2一般要求5mm以上即可，止口與車門內板J面形成一對有效的壓縮和支持面，方向一致。

對于一道密封結構，門洞止口的密封便成了唯一的一道主密封，圖中壓縮量B一般要為5～7mm，密封間隙一般仍定義為12～16mm，視密封條口型而定，壓縮面積圖中尺寸弧長S2一般要求10mm以上。

此外在后面的工程細化時，還要注意密封面應平滑光順，無突然變化，面與面之間用大圓角過渡，圓角半徑一般要求大于50mm。

4.2鉸鏈處的配合設計

如圖13所示，密封條只能布置鉸鏈的內側，對于兩道密封，車門側面上一般要做出一個臺階，以便布置第一道密封條。當車門厚度確定后，根據門洞密封結構可以確定尺寸S，則圖中門柱厚度尺寸T由鉸鏈軸線Y向位置尺寸A及鉸鏈自身高度尺寸H所決定。而門柱寬度尺寸W由尺寸F、L決定，尺寸F要保證鉸鏈安裝，而尺寸L由密封間隙、鈑金拔模角及尺寸T決定，車門內板拔模角一般要求4°以上。可見，此處密封結構、鉸鏈布置、鉸鏈自身尺寸、車門厚度都會影響門柱尺寸，因此設計時要與側圍工程師充分討論，鉸鏈布置及選型時要充分考慮門柱的尺寸要求。

4.3限位器處的配合設計

如圖14a所示，出于密封考慮，限位器要布置在兩道密封之間。出于對安裝強度的考慮，限位器Y向最好布置在門柱截面的中心部位，也便于門柱內限位器加強板及螺母板的布置，但同時要考慮與鉸鏈軸線的距離，如前所述，保證限位器的限位轉矩，限位器臂和鉸鏈軸心線之間的距離一般要大于60mm。

門柱Y向尺寸H要保證限位器加強板及螺母板的布置，當此尺寸不足時，門柱需凸兀出一塊，保證限位器安裝的同時，加強了門柱的剛度。但要考慮與車門開啟最大角度時的的安全間隙，要求5mm以上，還要考慮主密封面在此處的平緩過渡，如圖14b所示。

4.4門鎖處的配合設計

如圖15a，出于密封考慮，門鎖的魚嘴一定要布置在兩道密封之間，因此要控制圖中X向尺寸L，保證門洞密封條壓在車門內板上魚嘴開口的內側，如圖15b。

同時，門柱Y向尺寸H要保證鎖閂加強板及螺母板的布置，一般B柱在鎖栓安裝處要凸兀出一塊，保證鎖栓安裝的同時，加強了門柱的剛度。但同樣要考慮與車門開啟開閉過程中的安全間隙，要求5mm以上，還要考慮主密封面在此處的平緩過渡，如圖15b所示。

概念設計階段，根據上述車門相關的設計內容、要求及方法初步完成附件的選型及主斷面的設計，進而確定造型及總布置參數的工程可行性，支持概念方案的評審，待概念方案通過后，即可開展下一步的工程細化工作。