基于造型CAS面的車門鉸鏈及車門分縫布置的設計研究

2016-05-05 01:19:44李文璽唐淳雷學明

汽車實用技術 2016年3期

李文璽，唐淳，雷學明

（江淮汽車技術中心，安徽合肥 230601）

李文璽，唐淳，雷學明

（江淮汽車技術中心，安徽合肥 230601）

摘要：隨著中國汽車工業的迅猛發展和國內消費者消費層次升級，消費者對汽車品質要求越來越高，車門作為客戶接觸汽車本身的第一道系統，對客戶感受極其重要。而在汽車正向設計中，汽車車門鉸鏈布置對車門操作品質影響極大。文章重點介紹了在造型設計階段基于造型CAS面的車門鉸鏈布置方法及其評價指標，同時基于產品制造公差進行車門鉸鏈布置和車門分縫布置分析校核。

關鍵詞：車門鉸鏈；車門分縫；前限制點；后限制點；限制線

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.008

Research of auto door hinge and parting line layout base on CAS

Li Wenxi, Tang Chun, Lei Xueming
（Jianghuai Automobile Technology Center, Anhui HeFei 230601）

Abatract: With the rapid development of Chinese automobile industry and the upgrade of consumer spending levers，consumers require increasing high quality of auto.Be the first part consumers touch in auto, the door quality is vecy important.In the auto design，hinge arrangement on the door has enormous influence on the quality of operation.This paper mainly introduces the door hinge layout method and the evaluation index.And introduces the check method of door parting line feasibility base on the product manufacturing tolerance.

Keywords:door hinge; door parting line; forward limit point; rearward limit point; limit line

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-25-05

前言

汽車車門鉸鏈作為汽車車門系統中最基礎和最重要的部件，對汽車車門品質產生最直接的影響。而在汽車設計中，對于車門系統設計工程師來說，在造型輸出CAS后，車門鉸鏈是最先需要進行布置和確定的部件之一。車門鉸鏈布置需要考慮對關門力的影響、及車門分縫等的可行性以及工藝可行性。

一般來說，在造型設計階段，根據CAS和造型意圖，我們需要確定如下參數和問題點：

（1）車門鉸鏈相對于CAS面的位置：該問題對車門工藝可行性以及車門的功能實現具有重要影響；

（2）車門鉸鏈傾角參數：車門鉸鏈傾角參數是對車門品質影響最大的因素，其決定了車門自關效果及車門開門力；

（3）車門分縫線設計可行性分析：在實際設計中，需要根據產品制造水平進行車門分縫線設計可行性分析校核，確保車門在極限偏差工況下運動時仍能與周邊部件保持一定間隙，保護車門或其他部件。

本文主要介紹了基于造型CAS面的車門鉸鏈基本布置方法、力學參數計算方法及其評價依據、基于產品制造公差的車門分縫可行性校核方法等。

1、車門鉸鏈基本布置及鉸鏈布置評價

1.1 車門鉸鏈布置基本步驟及思路

1.1.1 確定鉸鏈平臺

一般情況下，考慮產品開發成本、制造成本以及管理成本等因素，在滿足產品布置要求和性能要求的前提下，不建議重新開發鉸鏈，而應優先考慮從本公司現有鉸鏈平臺中選用合適的平臺。

1.1.2 確定鉸鏈傾角參數

一般情況下，為考慮車門適當的自關性能或其他性能，提高產品操作品質感，在布置車門鉸鏈時需要考慮一定的內傾角度或后傾角度。一般情況下，內傾角度推薦2°至3.5°，后傾角一般應小于2°。具體以水平重力矩參數判斷傾角設計可行性，具體計算方法如下：

圖1　車門鉸鏈傾角計算基本參數

其中：

G：車門關閉時重心位置；

G’：車門開啟α時重心位置；

D：車門重心到鉸鏈軸距離；

α ：車門開啟角度；

η ：車門關閉時，重心到鉸鏈軸的垂線與y平面的夾角；

β：車門鉸鏈內傾角；

γ：車門鉸鏈后傾角；

λ：駐坡角度（計算水平重力矩時為0）；

G1、G2:重力在車門開啟平面上的分力；

Hcs：兩側車輪中心高度差（計算水平重力矩時為0）；

WC：輪距

其中自關力：

重力矩：

通過上述曲線圖可以看出車門水平重力矩隨著車門開啟角度變化的趨勢，一般情況下，前車門水平重力矩應在5Nm～10Nm之前，后車門水平重力矩應在2Nm～5Nm之間，過小的水平重力矩會導致車門自關性差，過大的水平重力矩會導致車門開門力過大。

圖2　某車型前門水平重力矩曲線圖

圖3　某車型后門水平重力矩曲線圖

1.1.3 鉸鏈位置布置

根據造型給出的初步車門分縫線及很多成熟車型的典型斷面，同時考慮相關工藝需求和人機工程需求初步進行鉸鏈布置，并圍繞該鉸鏈位置進行后續其他部件的布置分析，在此就不再詳述。

2、基于產品制造公差的車門分縫分析校核介紹

2.1 目前基本的分析校核方法

2.1.1 前車門校核方法介紹

在車門鉸鏈及車門分縫設計中，需要充分考慮周邊部件的制造公差，在各種極限情況下均需滿足相應的功能和性能要求。

一般情況下，常用的車門分縫校核方法有兩種，以下進行詳細介紹。

方法一：如圖4所示：

圖4　前車門分縫校核方法一示意圖

圖5　局部視圖P

圖6　局部視圖T

如圖5，在進行校核時需要充分考慮翼子板制造公差、車門分縫面差的制造調整公差。一般情況下需要將翼子板特征向外偏置0.5mm，車門外板包邊處考慮Y向±0.8mm的公差，同時將車門包邊X向前移0.8mm。當然，根據每個公司的制造水平和對產品外觀品質的要求不同，以上參數均可根據實際情況進行調整。

如圖6，在進行設計校核時，需要充分考慮車門鉸鏈的安裝公差。一般情況下，X向鉸鏈軸心公差設定為±1.0mm（可根據實際情況進行調整），Y向鉸鏈軸心公差設定為± 1.5mm（可根據實際情況進行調整），設定完后可以得出鉸鏈軸心的四個極限位置點A、B、C、D，一般情況下，A點和B點是車門運動中工作環境最為惡劣的極限點。

在實際校核分析中，前車門包邊的幾個極限位置以鉸鏈中心的極限位置為圓心旋轉到設定角度和過開角度時，考察車門在運動過程中是否與翼子板等其他部件干涉，以及車門在過開角度情況下是否與鉸鏈（含安裝緊固件）或側圍等其他部件，如果均不存在干涉，則設計可行，反之需要調整鉸鏈布置或車門分縫位置，也可通過提高生產工藝進行改善。

方法二：如圖7所示：

圖7　前車門分縫校核方法二示意圖

如圖7，在進行校核時，為了簡化校核過程，不再對鉸鏈、翼子板以及車門包邊等部件制造公差進行細化，而是將車門包邊放大2mm后進行運動過程及過開狀態下的校核，起判斷依據與前述方法一相同。

2.1.2 后車門校核方法介紹

一般情況下，與前車門相同，常用的后車門分縫校核方法有兩種，以下進行詳細介紹。

方法一：如圖8所示：

圖8　后車門分縫校核方法一示意圖

圖9　局部視圖M

如圖9，與前門類似，在進行校核時需要考慮相關部件的制造公差和前門的過關量。一般情況下，后門整體X向需前移1mm，后門包邊處考慮Y向±1mm調整公差，前門包邊處考慮3mm過關量，相關參數也可根據實際情況進行調整。

與前門相同，X向鉸鏈軸心公差設定為±1.0mm（可根據實際情況進行調整），Y向鉸鏈軸心公差設定為±1.5mm（可根據實際情況進行調整），設定完后可以得出鉸鏈軸心的四個極限位置點。

在實際校核分析中，與前門相同，后車門包邊以及分縫位置處拐角的幾個極限位置以鉸鏈中心的極限位置為圓心旋轉到設定角度和過開角度時，考察后車門在運動過程中是否與前門等其他部件干涉，以及車門在過開角度情況下是否與鉸鏈（含安裝緊固件）或側圍等其他部件，如果均不存在干涉，則設計可行，反之需要調整鉸鏈布置或車門分縫位置，也可通過提高生產工藝進行改善。

方法二：如圖10所示：

圖10　后車門分縫校核方法二示意圖

在實際校核中，前門僅考慮2mm過關量，后門分縫處拐角X向前移1.7mm，后門包邊放大2mm，以鉸鏈設計軸心位置進行校核，判斷依據與前述幾項一致，不再詳述。

2.2 基于產品制造公差的車門分縫范圍校核

在實際校核中，為保證產品分析可靠性，需要在鉸鏈軸向放心進行密封斷面分析，一般推薦在軸向方向每40mm進行斷面校核分析。而在鉸鏈布置處需要進行鉸鏈中部以及鉸鏈底板翻邊處的校核分析，具體如下圖11中F1-F1、F2-F2及F3-F3斷面：

圖11　鉸鏈處斷面分析部位示意圖

根據車門實際運動情況可見，如車門分縫相對鉸鏈軸線靠前時，車門在過開情況下易與側圍或鉸鏈干涉，而車門分縫相對鉸鏈軸線較為靠后時，車門在開啟過程中易與周邊部件干涉（前門運動時易與翼子板干涉，后門運動時易與前門干涉）。根據該原理，我們在進行車門分縫范圍確定時即可將前限制點和后限制點分開進行校核求解。以下介紹主要以上述校核方法二作為主要方法進行。

2.2.1 車門分縫前限制點提取

根據上述介紹，在某一斷面中，以過開情況下車門包邊與側圍或鉸鏈干涉出現時的分縫位置作為前限制點進行求解，具體如下：

做一條經過鉸鏈軸心P點平行于X方向的直線，在鉸鏈位置以外的其他區域，其與鉸鏈軸線P點的高度H為鉸鏈安裝底面與鉸鏈軸線的距離h，而在鉸鏈中心位置（圖12中F2-F2位置），H=h-t（t為鉸鏈底板料厚），在鉸鏈翻邊處（圖12中F1-F1和F3-F3）位置，H=h-t-f（f為鉸鏈底板翻邊高度）。然后將車門包邊（放大2mm包邊）圍繞鉸鏈軸線P點旋轉β角度（車門過開角度），通過調整L1尺寸找到車門包邊與側圍或鉸鏈剛好干涉時的位置，該點即為前限制點。