電動外擺門設計

史兆杰

（金龍聯合汽車工業（蘇州）有限公司，江蘇蘇州215000）

電動外擺門設計

史兆杰

（金龍聯合汽車工業（蘇州）有限公司，江蘇蘇州215000）

電動外擺門是輕型客車的重要部件，基于產品設計經驗，主要介紹電動外擺門的設計要求、結構、結構參數的確定方法、制造材料、車門控制等幾個方面，對電動外擺門設計提出一些經驗或建議。

客車；電動外擺門；結構設計；車門控制

電動外擺門是輕型客車的重要部件，具有開度大、密封性好、開關方便、剛性較好等優點。隨著客車的發展，特別是輕型客車的發展，電動外擺門應用越來越廣。相比大客車的氣動外擺門，受輕型客車外形為曲面、結構受限制、驅動方式等方面差異的影響，電動外擺門設計與之有一定的差異。

最初的國內應用的電動外擺門都來源于進口，2000年左右，國內有客車企業購買德國博得（BODE）公司的電動外擺門部件裝車，但其價格昂貴，且不太適應中國的總體路況，導致可靠性不高。在強烈的市場需求下，國內一些客車及零部件企業借鑒博得、日本考斯特、德國奔馳客車等的同期產品開始仿制和改進，并經過十多年的改進、發展，目前已經成熟，已大批量裝車應用于市場，并形成了一套有效的參數設計方法、設計規范等等，但還沒有形成電動外擺門的系統化的設計知識。為此，本文結合作者從事的電動外擺門設計的經驗，主要介紹電動外擺門的設計要求、結構、結構參數的確定方法、制造材料、車門控制等幾個方面，這些內容包含并體現了目前電動外擺門研發的創新點，希望對電動外擺門設計提供一些經驗或建議。

1 外擺式外擺門的結構及工作原理

1.1 外擺門的結構

通常情況下，外擺門由車門總成、擺臂總成、平橫桿總成、電動門泵、鎖止機構、密封膠條等幾部分組成，具體如圖1所示。

圖1 外擺門總成圖

1.2 外擺門的運動原理

外擺門的運動原理為雙搖桿機構，其原理簡化如圖2所示。圖2中BC桿為車門，CE桿為擺臂，BD桿為平衡桿（約束桿）。當CE桿繞E點轉動時，BD桿也繞D點按同一方向運動，BC桿隨之作平行移動。

圖2 外擺門的設計要求

2 外擺門的設計要求

2.1 外擺門設計的法規要求

（1）外擺門的寬度、高度、開度、踏步位置等結構尺寸應符合國標要求，大中型客車外擺門符合GB13094-2007客車結構安全要求，輕型客車符合GB18986-2003輕型客車結構安全要求，專用校車符合GB 24407-2012專用校車安全技術條件；

（2）外擺門上的玻璃應采用安全玻璃，其性能符合GB9656－2003的規定；

（3）外擺門的內飾材料應采用阻燃材料，其阻燃性應符合GB8410-2006規定；

（4）外擺門的外側及內側表面不得有可能使人致傷的尖銳突出物，其內側表面應符合GB11552-2009乘用車內部凸出物規定，其外側表面應符合GB11566-2009乘用車外部凸出物規定；

（5）外擺門應急控制器的數量、位置、標志等應符合GB7258－2012機動車運行安全技術條件的規定；

（6）外擺門密封性應滿足整車防雨密封性要求，密封設計應滿足QC/T 646.1-2000《汽車粉塵密封性試驗粉塵洞法》及QC/T 476-2007《客車防雨密封性限值及試驗方法》實驗要求而無滲漏。

2.2 外擺門的其它設計要求

除了要滿足上述法規要求外，還須滿足以下要求：

（1）車門應啟閉靈活、平穩、速度適中，接近關閉時應有效緩沖，行駛中能有效鎖止；

（2）外擺門可由駕駛員、售票員單獨控制或共同控制，但必須設有表示外擺門所處狀態的信號裝置；

（3）為防止電動外擺門開閉過程中夾傷乘客，電動門泵夾緊力應不大于250 N，在任何情況下，車門啟閉時應緩速，如在啟閉過程中遇到障礙物，車門應立即停止關閉或自動開啟。另，為防止門縫夾傷乘客，應在車門門的全長上安裝寬度至少為40 mm的橡膠密封條；

（4）除城市客車外，其余客車都應安裝門鎖；若門上有門鎖，即使在車外將門鎖住，仍能從車內開啟車門。另，車外開門裝置離地高度（空載時）不大于1 800 mm；

（5）車門外形與整車協調，無凹陷，行車時空氣阻力小，造型美觀，車門外形弧度與車身曲線一致；

（6）車門上不允許有妨礙駕駛員視野的裝飾物或附加物；

（7）車門制造工藝好，便于批量生產。

3 外擺門各鉸接點位置的確定

確定電動外擺門機構鉸接點的主要有計算法和作圖法。計算法理論價值高，但很復雜，并不實用，所以企業人員一般用作圖法，是實踐工作中總結出來的一種簡單實用的有效方法。在設計中也形成了自己的作圖法，該方法融合了人機知識、汽車法規、理論力學知識等方面的知識。設計時，一般通過該方法確定好鉸接點，而后通過計算機模擬來檢查其合理性。

3.1 擺臂回轉中心E點的確定

用作圖法確定擺臂回轉中心E點的位置。具體步驟如下：

（1）如圖3所示，根據車門與門框密封膠條型式以及鎖止塊高度確定車門門扇與門框間隙，一般取S=36～40 mm；C點是擺臂與門扇上活動鉸接點，C到門扇內沿距離G一般取是40～100 mm（取決于車身側圍曲線）；門泵轉軸中心到其安裝面的距離A一般取57 mm；外擺門至門框的距離N為80～130 mm；車門寬度T為35～50 mm；

圖3 擺臂回轉中心示意圖

（2）門泵安裝面到門框的尺寸W一般取值為0，檢查門泵邊界至門框的尺寸Y是否符合要求，尺寸Y值應保證此處裝膠條后的有效寬度大于450 mm，如不符合要求可適當加大W值，W值最大值為40 mm；

（3）初定C點，為保證車門兩側受力均勻，車門開啟不同門框干涉，初定C點的X值為0.5L；連接CC’，作CC’中垂線m，m線同P線的交點為E.

（4）以所求的E點作為門泵的旋轉中心，檢查門泵能裝下，如裝下門泵，E點即為所求；如裝不下門泵，則C點左移至C1，求出E1點，再查此點查門泵能否裝下，如此重復步驟直至找到合適的點（以門泵剛好裝下為宜），并以此點作為門泵的旋轉中心。見圖3.

3.2 擺臂與車門鉸接中心點C的確定

根據確定的E點求作C點（參圖4），初定C1點的位置為0.5L（在門中心線上），在以E點為圓心，EC1為半徑，求得C1’點，根據以C1’點，檢查N1值是否符合要求，如符合要求，C1點即為所求C點。如不符合要求，再選擇C2點，檢查N2是否符合要求，如此重復步驟，直到選到合乎要求C點為止。另，不同大小H值對N值的大小有一定影響，進而影響到C點確定，設計時需綜合考慮H值、N值（參圖4、圖5）。一般盡量保證C點偏離門中心0～50 mm，偏得越多，門扇開啟角度越大，但乘客門的穩定性下降。

圖4 擺臂與車門鉸接中心點示意圖一

圖5 擺臂與車門鉸接中心點示意圖二

3.3 平衡桿鉸接點D的確定

（1）確定B點。B點是門扇下鉸接點，到門扇內沿距離一般是40～70 mm，并盡量靠近門扇前端（如圖6）。

圖6 平衡桿鉸接點示意圖

（2）如圖6，通過門扇上的特征點Q作一條與車門側壁相交成1°～3°的斜線QF，并將EC的延長線與此斜線相交與F點，該點是設計希望的車門瞬心中心。連接FB并延長，使之與BB’的垂直平分線u相交與D點，該點即為平衡桿的鉸接點。QF的傾斜程度直接影響車門開啟位置運動軌跡，傾角越小，沿X軸位移越小，效果越明顯。

（3）根據結構要求，B點也布置在門扇后端，作圖的方法相同。

4 外擺門系統零部件設計

4.1 外擺門系統各零部件常見材料

根據經驗，外擺門系統各零部的材料可從表1所示的類別中選取。

表1 外擺門系統各零部件常見材料表

4.2 外擺門外表曲面和門玻璃外形的確定

（1）外擺門外表曲面一般要和相鄰車身外表曲面的造型相一致并呼應；

（2）外擺門門玻璃的底邊較高影響駕駛員視野時，推薦在門扇靠下部設置附加的門玻璃；

（3）一般避免外擺門外表曲面做臺階或筋線。臺階、筋線會對車門密封的設計提出更高要求，并使可制造工藝性下降；

（4）臺階、筋線無法避免時，外擺門一般按照內置密封設計，這樣密封面遠離有臺階、筋線的外表面，使密封面連續、圓滑的過渡。

4.3 外擺門門扇常見材料和工藝

（1）常見的外擺門有鋁合金外擺門、鐵外擺門、玻璃鋼外擺門等幾種，推薦采用鋁合金外擺門，其優點是耐腐蝕、重量輕、可塑性強，其門扇周邊鋁型材斷面可設計有安裝密封膠條的槽。

（2）鋁合金外擺門鋁型材厚度一般為1.5～2 mm，鋁蒙皮厚度一般為2.0～3 mm；

（3）由于鋁型材焊接強度及鋁門剛度的不足，門扇骨架宜選用型鋼。若車門骨架厚度為40 mm，宜選用30 mm×30 mm×1.5 mm的型鋼；若骨架厚度為50 mm，宜選用30 mm×40 mm×1.5 mm的型鋼。

（4）鐵外擺門常采用矩形管骨架、鍍鋅板蒙皮的形式，矩形管壁厚度1.5～2 mm，蒙皮厚度為1.2 mm左右；

（5）目前外擺門玻璃一般都采用粘貼式，應根據門玻璃在粘貼處的厚度和膠層厚度來確定門玻璃止口的臺階尺寸，膠層推薦的厚度應達到4～6 mm；

4.4 外擺門密封設計

外擺門密封性應滿足整車防雨防塵密封性要求。外擺門對密封的要求較高，一般要求采用雙密封。雙密封又分為外密封和內密封兩種型式（如圖7），外密封對車門安裝精度要求不高，容錯能力強應用較廣，但近年來，越來越多外擺門采用內置密封的雙密封乘客門，車門外側只有一個8～10 mm縫隙，外觀比較美觀，但對制造精度要求高。

圖7 常見密封結構[1]

5 電動門泵

電動門泵是電動外擺門的驅動機構，由電動機、蝸桿及齒輪減速器、電氣控制、附件總成組成（如圖8所示）。

圖8 電動門泵外形圖

5.1 電動門泵主要技術參數

由于工作條件十分苛刻，電動門泵的主要技術參數應符合表2規定。

表2 電動門泵的主要技術參數

5.2 控制原理

目前外擺門的控制已采用集成電路，其基本控制原理圖如圖9所示。車門為打開狀態時，按下關門控制開關K1，相應繼電器工作，實現關門動作；車門為關閉狀態時，按下開門控制開關K2，相應繼電器工作，實現開門動作；如車門在關閉中遇到阻力，車門會停止關閉并打開，實現防夾功能。

6 結束語

本文總結了電動外擺門的設計的要求、規范和重點設計內容，有利于同行業人參考，進而提高我國電動外擺門的設計水平。由于外擺式門的結構復雜，各部分運動聯系緊密，因此設計起來比較麻煩，設計時請務必應用三維計算機CAD技術進行設計，進行虛擬裝配、運動分析、干涉檢查、強度分析，以盡可能減少設計失誤，提高設計質量及效率，推動客車技術向精細化發展。

[1]陳水軍，于偉.外擺式乘客門密封結構淺析[J].客車技術與研究，2004，26（2）：20-21.

Design of Electric Swing-out Doors for Coaches

SHI Zhao-jie
（Jinlong United Automobile Industry(Suzhou)Co.，Ltd.，Suzhou Jiangsu 215000，China）

The electric swing-out passenger door is a very important part of the light-duty bus.Asked on the experience，this paper expounds and analyses its design requirement，structural features，selecting-material and door control system，provides a method to determine structural parameters and gives reference data for design.

bus；electric swing-out door；structural design；door control system

TH122

A

1672-545X（2017）03-0029-04

2016-12-28

史兆杰（1972-），男，安徽太和人，學士，工程師，研究方向：汽車車身設計。