淺談車門前期布置

彭丹　劉晶　董寧偉

摘要：文章從工程可行性及車門性能方面考慮，簡述了車門前期布置設計研究，包括玻璃面的擬合分析、鉸鏈的布置、分縫線的確定、門鎖的布置、限位器的設計、車門主次密封面設計，為車門的前期設計開發提供可參考建議。

關鍵詞：車門設計；前期布置；汽車制造；車身制造；汽車質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：U463 文章編號：1009-2374（2017）08-0126-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.061

1 概述

汽車制造業已經成為全球性重要支柱產業，汽車車身制造又是汽車制造業中的一項最關鍵工程，隨著國內外市場競爭日趨激烈，消費者對汽車的質量要求也越來越高，轎車白車身的質量直接影響到整車的外觀、性能和安全。車門是車身的重要組成部分，整車車門由車門鈑金件及車門附件、車門內外飾及線束喇叭組成。車門的前期布置是車門設計前期需要考慮的工程輸入，為造型提供工程輸入并對造型進行約束。設計的前期布置對車門的性能及整車的造型有非常重要的影響。本文著重介紹車門的前期布置對造型的工程輸入及車門的前期布置對車門性能的影響。

2 車門布置設計

車門的前期設計包含以下幾項設計內容，這幾項內容包含了車門的前期設計對造型的工程約束：門的玻璃面的工程輸入、鉸鏈軸線的確定、門的分縫線的確定、門的限位器的運動包絡、前門鎖的布置、玻璃導軌的位置、門的框密封面的確定等，以上車門布置需要結合經典截面、造型、總布置數據進行分析。

2.1 玻璃面擬合

汽車經常采用單曲或雙曲面玻璃設計，車門玻璃沿此曲線的運動可以分解為兩個方向的運動：豎直方向繞軸線的旋轉和水平方向的平移。規則的圓柱面可以充分滿足玻璃升降的要求，但規則柱面僅適用于運動方向為曲線的單曲率玻璃。就雙曲率玻璃而言，玻璃在旋轉方向和側移方向均為曲線，但是當雙曲率玻璃的軸線的曲率遠遠大于玻璃面的半徑，且運動行程始終處于圓環面的外側時，可近似認為與圓環面重合，作為玻璃面的局部圓環面基本接近規則圓柱面，升降過程中玻璃面與圓環面的偏差很小。

門的玻璃面對造型的確定影響著門側的造型，車門截面的繪制以玻璃面為基準確定門框密封面及造型A的相對關系，門腰線位置的玻璃曲率根據設計要求最小為R12000mm，后視圖方向玻璃曲率根據工程輸入的設計要求最小為R1200mm，考慮腰線位置水切的密封性及玻璃升降的穩定性，玻璃面的中心軸線要求盡量平行于腰線設計。如圖1所示：

當造型面確定后，結合截面確定，造型是否滿足總布置頭部空間，肩部空間和臀部空間設計等內容后，可以進行玻璃面的初步擬合設計，設計擬合的玻璃面應該與造型面偏差盡量較小；確定的玻璃導槽以及玻璃升降臂導軌的軌跡線，要能保證玻璃沿著設計的升降臂導軌升降過程中，玻璃前后端運動軌跡同玻璃導槽的各向間隙變化控制在一定的工程范圍之內，玻璃理論運動的過程中玻璃面與導軌卡膠條的面保持平行關系；玻璃從上止點下降到下止點過程中，在窗臺處不發生干涉。考慮到水切的密封性及玻璃升降的穩定性，理論實際玻璃面與窗臺位置的鈑金基本為偏置平行關系。玻璃下降過程中同車門內外板間安裝的其他部件不干涉，包括與加強板、防撞桿及鎖側及鉸鏈的安裝螺母及內外板的鈑金件不發生干涉，玻璃與其他部件的間隙校核一般在確定玻璃面后進行其他零件的布置，前期布置需考慮鎖與導軌之間的間隙及防撞桿與玻璃之間的間隙是否滿足工程要求。

玻璃面確定后可以進行玻璃引導線的設計，玻璃引導線的設計需要根據螺旋線是設計原則，確定玻璃導軌的傾角，此導軌的傾角與造型面相關，根據玻璃的引導線擬合玻璃運動，并進行相應的運動校核。

2.2 鉸鏈的布置

鉸鏈的布置影響到整個門的垂直剛度，限位器的限位和造型分縫的確定及門的開關運動。

根據鉸鏈位置的尺寸鏈關系鉸鏈的安裝面離鉸鏈的圓角面及內板圓角的大小和前面內板的料后，涂裝空間要求及外板厚度，鉸鏈的安裝面最門板外表面位置需要離外造型面最小距離，鉸鏈傾角視圖如圖2所示，后視圖表示鉸鏈傾角為內傾，側視圖表示鉸鏈傾角為前傾或是后傾。

為了滿足垂直剛度要求，鉸鏈布置靠向方向對門的垂直剛度有利，同時鉸鏈軸線的分布律與車門的長度建議比值為1/3。鉸鏈分布律及車門長度如圖2所示，如果鉸鏈的分布律相對門的長度過大會直接導致門的垂直剛度不足問題，同時為了滿足垂直剛度要求，彌補鉸鏈的布置缺陷，需增加鉸鏈加強板結構強度，間接導致門增重或超重。

考慮到減小關門力，一般通過布置鉸鏈傾角的設計來提高門的自關趨勢，因此將傾角設計為內傾及后傾，此時開關過程中門的運動軌跡為向Z方向抬升的一條弧線，內傾角和后傾角的角度范圍一般在0°～3°之間。如果低成本車型使用橡膠彈簧限位器的情況下一般考慮將鉸鏈傾角的綜合角度設計為0°～3°以內，因為內傾角及后傾角同時設計值較大的情況下會導致門打開的過程中抬升量過大，一般門抬升量要求在40～60mm之間，如果門的抬升量過大直接導致開門力過大及門在關門的過程中由于抬升量過大而導致門的自關趨勢嚴重，限位器的一級限位器不明顯，限位器的一檔限位器失效或導致限位器的使用壽命變短，為了彌補以上的設計缺陷，需將橡膠彈簧限位器換成金屬彈簧限位器，此時需增加零件成本。

此外，也可將鉸鏈的傾角設計為內傾或前傾，前傾角度一般在0°～3°以內，但是不會將傾角設計成外傾狀態，當鉸鏈的傾角為外傾時，開門過程中，門的運動軌跡為下沉過程，關門過程中人需要克服車門的重力做工會導致關門力過大。

2.3 門分縫線的確定

鉸鏈的傾角確定后需要根據鉸鏈的位置及鉸鏈位置的標準斷面確定門分縫，門的分縫是工程對造型的工程需求。門的分縫一般設計在前后限制線中間位置。前限制線，防止門在全開狀態的時候，鉸鏈運動的過程中鉸鏈和A柱干涉，或后側門打開的過程中后側門鉸鏈與B柱干涉；后限制線的作用是防止打開的過程中門和翼子板發生干涉或是后側門打開的過程中與前側門發生干涉情況。

以下簡述基于UG模型的門前后分縫線的做法，如圖3所示，后限制線根據DCS定義的間隙段差要求，調整側門鉸鏈位置斷面的分縫沿X，Y軸方向移動即是向車前和車外方向移動前門（例如通用標準：X=-0.75mm，Y=-0.75mm）；側門在旋轉過程中，前門（后側門）與翼子板（前門）的最小間隙為0.3mm；將翼子板向垂直于翻邊的方向移動，過門外板圓角和移動后翼子板翻遍兩個相切的點做兩個圓，兩個圓的半徑大小不一樣，如一個圓半徑為25mm，另外一個圓的半徑為75mm，最后確定兩個圓的圓心，將半徑為75mm圓的圓心移動到與半徑為25mm圓圓心的位置同時將外板與翼子板分縫兩個截面同時移動，連接截面的分縫尖點位置得出截面的SWING K曲線，將曲線沿著鉸鏈軸線的方向掃掠得出掃掠面，掃掠面與外造型的交線為后限制線。

前限制線的原理是鉸鏈開度到最大狀態情況下門和鉸鏈及側圍之間的安全間隙值作為一個限制面。到極限狀態情況下與側圍和門基于UG模型的前限制線的做法，是在鉸鏈軸線和鉸鏈位置確定的前提下，確定運動件和側圍及鉸鏈安裝面的安全距離，安全距離根據各個公司的要求可能會有所差異。將側圍安裝面向外偏離4mm，鉸鏈安裝面的側圍側螺栓為最高點，將最高點位置向車外偏離2.5mm，鉸鏈的上下兩個面向上及向下方向偏3mm，連接幾限制面，將限制面沿著鉸鏈旋轉鉸鏈的理論開度加過沖角度（如理論角度為68°，過沖角度為4°，則限制面沿著鉸鏈軸線反向旋轉72°），此時限制面與外造型面的交線為前限制線，如果后側門有假邊設計需要，做前限制線的時候需要考慮到門的假邊設計。

以上前后限制線的做法理論上將造型面當成是一個XZ方向的平面，但是實際上造型面為一個弧面，因此前后限制線存在一定的偏差，確定分縫后需要根據鉸鏈軸線和鉸鏈位置重新進行運動校核。

前后限制線沒有相交的情況下可以根據現有的造型面做出前后側門的分縫位置，如果出現前后限制線相交的情況需要考慮調整鉸鏈或是鉸鏈的傾角或是更改造型面的設計。鉸鏈軸線的確定是反復的工作，需要進行反復的校核確定。

2.4 限位器的布置

造型階段用基本外表面布置限位器，然后在確定模型之前確認限位器運動的過程中與周邊零件的間隙是否滿足設計要求，如有必要提出變更造型的要求。

根據門的設計及運動要求，前門限位器的軸線需要和鉸鏈軸線是平行關系，并且限位器的安裝面與限位器的軸線和鉸鏈軸線是平行關系。限位器一般布置在上鉸鏈和下鉸鏈之間靠上的位置，但是由于門鉸鏈安裝面位置需考慮門主密封面的走向和線速的布置的影響，同時需要考慮限位器的運動安全間隙的要求，限位器的布置會偏上或者偏下一些。限位器的運動包絡需要和門內板及導軌，玻璃及膠條之間保持一定的安全間隙。

限位器旋動軸線應與鉸鏈軸線平行，制造的偏差必須在1°以內，以防止限位臂表面和支架側面發生異響。鉸鏈中心與限位器回轉中心相對位置：在設計布置時，盡量使限位盒的位置靠近車門內板邊沿，同樣限位器的旋轉中心布置時也盡量向車內靠近，即盡量使車門限位器的布置位置遠離車門鉸鏈中心線，越大越好，目的是增大車門限位器的力矩（力臂一般≥60mm，范圍為60～90mm之間）。以便于車門限位器在工作時，只要求較小的摩擦力，從而提高車門限位器的使用壽命，降低開發難度。

車門限位器主臂的曲線在實際的設計中一般通過作圖法，擬合出代表車門限位器主臂形狀的中心線如圖4所示。根據限位器位置的斷面，將斷面移動到布置的鉸鏈軸線的位置，確定鉸鏈軸心及限位器軸心，連接限位器軸心和限位器滑塊中心線終點，將限位器中心連線與滑塊中心沿著鉸鏈軸線旋轉到限位器的開度68°，將開度均分為17等分，沿著限位器中心線畫17個圓，把第一個圓的限位器中心與滑塊中心連線移動到滑塊中心線與每個圓的交點位置，再依次移動連接，最終完成限位器拉桿的中心線，光順此曲線得到限位器主臂的中心線。

2.5 鎖體的布置

車門鎖是關系到車門安全性的一個重要的裝置，在門總成的運動過程中起到導向和定位的作用。

門鎖體的布置只要滿足切線理論如圖5所示，門鎖的理想高度位置應該是居于鉸鏈軸線的中心垂直面，使得門鉸鏈與門鎖三點構成等腰三角形，或者與門總成的中心在同一水平線上，鎖扣的鎖止銷的延長線與鉸鏈軸線相交，通常交角70°≤?≤90°，鎖扣的主中心面與繞鉸鏈軸心旋轉形成的錐面相切。在校核鎖的位置時應該注意鎖扣在理論狀態時與鎖舌保持0.2～0.5mm的間隙。

考慮的側圍鎖安裝面成型性，鎖體安裝面的理論法線位置可以偏離1°左右，側圍鎖體安裝面的最小拔模角保證3°。

在進行鎖的位置的布置的時候，需要考慮門的下沉量。

2.6 車門密封設計

門的前期布置確定后，可以根據項目的斷面初步確定門內板的結構，根據斷面與鈑金的尺寸關系確定主次密封膠條的密封面走向，一般要求密封面的走向光順，光順的密封面有利于整個門系統的密封、防水防塵、隔音美觀等性能。密封面的設計需要充分考慮膠條的斷面的壓縮尺寸要求、膠條的搭接面的角度要求及搭接面的密封尺寸要求。

門側的主密封面的設計需要根據膠條與門內板的搭接關系、門的關門方向及膠條的壓縮方向確定，鈑金的間隙不符合膠條壓縮斷面要求容易導致門系統漏水漏灰及膠條磨損、關門力大等問題出現。鉸鏈門的前門的A柱及后側門的B柱的膠條的設計，門的關門方向一致，門的關門方向決定膠條的壓縮方向及膠條的唇邊與門內板的搭接關系，膠條只有一個方向的唇邊與門板件搭接。前門的B柱及后側門的C柱位置門的關門方向和膠條的壓縮方向一致，膠條與門的搭接關系為膠條的兩個面的唇邊需要同時與門內板搭接，具體截面要求如圖6所示，膠條與門內板的搭接面位置需要預留足夠的膠條唇邊搭接面，膠條在側圍的壓縮面需要給膠條預留足夠的空間，膠條的搭接關系影響整個門系統的密封性，門內板的鈑金設計需要滿足截面膠條與門鈑金及側圍的搭接尺寸要求才能保證整個門體統的密封及門系統的開關門力的大小。另外，鎖側和窗框位置的膠條的密封面設計遵循相同的設計原則。

2.7 車門前期布置其他內容

除了上述內容外，車門的前門布置還涉及斷面、門的外開手柄的位置及門內板的沖壓深度等內容，如外開手柄的位置離門框邊緣的距離需考慮客戶開關門的方便性及安全性。外開手柄的特征位置尺寸設計需要考慮手部操作的方便性。

斷面階段門內板的沖壓深度設計需要考慮到沖壓的可行性，一般沖壓深度最深位置為前后側門分縫位置及輪罩的分縫位置，門內板可能的拉延深度是150～160mm，理想的沖壓深度為小于135mm，所以要考慮門外板和側圍密封面、內飾板、肩部空間等，成形深度是否可行。如果不可以，需要總布置、工程、造型、工藝一起討論，并找出解決方案。如有必要，要求更改造型和總布置尺寸。

需要根據X斷面確定是否滿足總布置空間要求，上窗框位置截面確定分縫位置車身與車門的斷差車身和門窗玻璃的斷差最大10mm，0～2mm的斷差對風噪和外觀更為有利，造型初期工程需要提出輸入條件，確定門框時需要決定斷差。

3 前期布置完成后的車門設計

車門的設計完成前期布置后，根據各個區域的輸入，布置門內板結構及加強板位置結構，門設計要求滿足基本的設計間隙要求同時滿足四大工藝的要求，包括沖壓可行性、焊接可行性、涂裝防銹性能及總裝裝配空間要求。滿足工藝要求的同時，門的設計需要根據CAE輔助分析結果滿足車門的模態、剛度強度及抗凹方面的性能要求。

4 結語

車門的前期設計基于工程要求對造型的可行性分析、車門的垂直剛度考慮、車門的運動校核、車門的密封性等綜合分析，本文主要簡述了玻璃面的擬合分析、鉸鏈的布置、分縫線的確定、門鎖的布置、門限位器的設計、車門主次密封面的側圍輸入。為車門的前期設計開發提供可參考建議，車門的設計是一個需同時滿足工藝及性能的復雜的工程設計，在遵循基本的設計原則的前提下需要根據實際情況進行綜合考慮設計。

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作者簡介：彭丹（1984-），女，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，碩士，研究方向：車門結構及車門系統布置。

（責任編輯：小 燕）