整車氣體泄漏量對關門力的影響研究

朱建華 劉晶 蒙永種

【摘 要】整車車內氣壓阻力是影響關門力的重要因素，而整車氣體泄漏量是影響整車車內氣壓阻力且能夠通過設計來改變與調整的重要因素。只有弄清整車氣體泄漏量與關門力之間的關系，才能評估是否有必要通過更改整車氣體泄漏量（主要是通過更改泄壓閥）來改善關門力。文章通過試驗測量的方法和測量系統分析，得到了準確有效的試驗數據，通過數據擬合分析，得出了整車氣體泄漏量與關門力之間的定量關系，為改善關門力提供了依據。

【關鍵詞】氣體泄漏量;關門力;試驗測量

【中圖分類號】U472.43 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）07-0047-03

0 引言

汽車側門的關門力是開關門感知質量的重要組成部分，目前主流的評價關門力大小的參數為側門最小關閉速度，單位為m/s，所以本文所述關門力與側門最小關閉速度是同一概念。研究表明，關門力在0.7～0.9 m/s時，是顧客比較滿意的區間，超過0.9 m/s會引起顧客報怨，若關門力大于1.5 m/s，顧客不可接受。目前，上汽通用五菱汽車股份有限公司生產的汽車普遍存在關門力大的問題，關門力普遍在1.0～1.2 m/s，個別車型甚至達到1.5 m/s，所以關門力大是一個急需解決的問題。

關門力的主要影響因素包括側門總成抬升量、鉸鏈轉動扭矩、限位器力矩曲線、主/次密封膠條反力、門鎖阻力和關門時的整車氣壓阻力，而關門時的整車氣壓阻力對關門力的影響在30%以上;影響關門時的整車氣壓阻力的因素有3個：關門速度、車內內腔體積和整車氣體泄漏量;關門速度與關門時的整車氣壓阻力是相互影響的關系，若其他條件不變，關門速度越大，則同一時間壓入車內的氣體體積越多，車內壓力上升得越高，氣壓阻力越大。同時，氣壓阻力越大，需要的最小關門速度越大;若同一時間內，壓入車內的氣體體積和整車氣體泄漏的體積不變，則車內內腔體積越大，氣體的壓縮比就越小，氣壓阻力越大;若同一時間內，車內內腔體積和壓入車內的氣體體積不變，則整車氣體泄漏越大，氣壓阻力越小。影響整車氣壓阻力的這3個因素中，整車氣體泄漏量是可以通過改變泄壓閥設計來調整的。目前，公司在整車氣體泄漏量對關門力的影響方面還停留在定性研究階段，并未進行過定量研究，所以無法回答整車氣體泄漏量對關門力的影響有多大，通過改變整車氣體泄漏量來降低關門力的作用有多大等問題。

整車氣體泄漏量包括可控泄漏量和不可控泄漏量2個部分。所謂可控泄漏量，是指可通過設計來控制調整的泄漏量，目前主流的方法是通過設計泄壓閥（也稱減壓閥）來實現的;所謂不可控泄漏量，是指由于制造等原因，造成整個車體不是一個完全密封的腔體而導致氣體的泄漏，不可控泄漏量的特點是非設計的、泄漏位置和大小未知的。但對于同一臺車，不可控泄漏量基本是恒定的，故本文研究時，認為該值為定值。本文采用試驗測量的方法，通過改變可控泄漏量來研究整車氣體泄漏量對關門力的影響。

1 試驗研究的技術路線

在整車氣壓阻力對關門力的影響的3個因素中，關門速度是一個非常復雜的因素，且有相互影響的關系，故本文將其排除在外，只考慮車內內腔體積和整車氣體泄漏量2個因素。所以，總的技術路線為通過測量不同車內內腔體積的車型，在不同的整車氣體泄漏量的情況下關門力的值，再通過數據分析，得出它們之間的影響關系。

1.1 測量對象的選擇

考慮到車內內腔體積的影響，選擇2臺車內內腔體積相差較大的車型：車型A和車型B，車型A的車內內腔體積為4.1 m3，車型B的車內內腔體積為2.01 m3。同時，所選2臺車還有以下2個特性：一是它們的前門，車門大小相似，車型A的前門表面積為0.89 m2，車型B的前門表面積為0.90 m2;二是它們在整車非密閉狀態（對面車門打開，以排除整車氣壓阻力的影響）的關門力相似。故測量對象最終確定為車型A和車型B的左前門。

1.2 不同的整車氣體泄漏量的獲得

車型A和車型B都具有后保險杠和4上泄壓閥，可通過依次拆除后保險杠、封堵泄壓閥來獲得不同的整車氣體泄漏量。

1.3 測量設備、方法、人員和場地

測量設備為關門速度測量儀和整車氣體泄漏量測量儀，關門速度的測量位置為鎖扣處（如圖1、圖2所示）。測量方法如下：通過反復關閉車門，找到能使車門關閉的最小速度。整車氣體泄漏量是在車內外保持1.27 cm（0.5英寸）水柱高壓強差的條件下測量。測量人員共3人，場地在質量部的整車氣體泄漏量測量室，該場地無風、平坦、恒溫。

2 測量系統分析（MSA）

測量系統分析的目的是確保測量系統的有效性，保證之后所測量的數據是準確可靠的，本文采用的評價指標是重復性和再現性，采用考慮交叉的方差分析法。

2.1 關門力測量系統分析

選取車型A和車型B的左前門和右前門為測量對象，共4個對象;共3名測量人員，用同一臺關門速度測量儀，測量整車非封閉狀態下的關門力（排除整車氣壓阻力的影響，提高測量對象的穩定性），每個對象測量3次，數據見表1。

量具的R&R分析結果如下。

（1）合計量具R&R：方差分量為0.000 026 1，方差分量貢獻率為3.78;其中，重復性和再現性的方差分量分別為0.000 026 1和0，方差分量貢獻率分別為3.78和0;部件間的方差分量為0.000 664 1，方差分量貢獻率為96.22。

（2）合計量具R&R：標準差為0.005 109 9，研究變異（6×SD）為0.030 659，研究變異（%SV）為19.45;其中，重復性和再現性的標準差分別為0.005 109 9和0，研究變異（%SV）分別為19.45和0;部件間的標準差為0.025 769 6，研究變異（%SV）為98.09。

（3）可區分的類別數：7。

由分析結果可知：量具貢獻率為3.78%（要求小于9%），量具研究變異為19.45%（要求小于30%），可區分的類別數為7（要求大于5），關門力的測量系統合格。

2.2 整車氣體泄漏量的測量系統分析

選取4臺車型A為測量對象，共3名測量人員，用同一臺氣體泄漏量測量儀測量整車全封閉狀態下的氣體泄漏量（包括可控泄漏量和非可控泄漏量），每個對象測量3次，數據見表2。

量具的R&R分析結果如下。

（1）合計量具R&R：方差分量為0.246，方差分量貢獻率為0.09;其中，重復性和再現性的方差分量分別為0.133和0.113，方差分量貢獻率分別為0.05和0.04;部件間的方差分量為287.062，方差分量貢獻率為99.91。

（2）合計量具R&R：標準差為0.495 5，研究變異（6×SD）為2.973，研究變異（%SV）為2.92;其中，重復性和再現性的標準差分別為0.364 4和0.335 8，研究變異（%SV）分別為2.15和1.98;部件間的標準差為16.942 9，研究變異（%SV）為99.96。

（3）可區分的類別數：48。

由分析結果可知：量具貢獻率為0.09%（要求小于9%），量具研究變異為2.92%（要求小于30%），可區分的類別數為48（要求大于5），關門力的測量系統合格。

3 測量和數據收集

3.1 測量步驟

第一步：測量車型A和車型B在整車非封閉狀態下（對面車門打開）的關門力V0。

第二步：測量車型A和車型B在整車封閉狀態下（所有車門關閉，空調為內循環）的關門力V1和整車氣體泄漏量P 1。

第三步：拆除后保險杠，測量車型A和車型B在整車封閉狀態下（所有車門關閉，空調為內循環）的關門力V2和整車氣體泄漏量P 2。

第四步：封堵泄壓閥1，測量車型A和車型B在整車封閉狀態下（所有車門關閉，空調為內循環）的關門力V3和整車氣體泄漏量P3。

第五步：封堵泄壓閥2，測量車型A和車型B在整車封閉狀態下（所有車門關閉，空調為內循環）的關門力V4和整車氣體泄漏量P4。

第六步：封堵泄壓閥3，測量車型A和車型B在整車封閉狀態下（所有車門關閉，空調為內循環）的關門力V5和整車氣體泄漏量P 5。

第七步：封堵泄壓閥4，測量車型A和車型B在整車封閉狀態下（所有車門關閉，空調為內循環）的關門力V6和整車氣體泄漏量P 6。

3.2 數據收集

車型A（測量員1測量）數據收集如下。

（1）整車非封閉狀態，整車氣體泄漏量：無;關門力：0.65、0.65、0.64，均值為0.65。

（2）整車封閉狀態，整車氣體泄漏量：312.2，312.8，

311.5，均值為312.2;關門力：1.04、1.03、1.03，均值為1.03。

（3）整車封閉狀態并拆除后保險杠，整車氣體泄漏量：422.5，421.9，423.1，均值為422.5;關門力：0.95、0.95、0.94，均值為0.95。

（4）整車封閉狀態并封堵泄壓閥1，整車氣體泄漏量：264.7，265.1，265.7，均值為265.2;關門力：1.02、1.01、1.02，均值為1.02。

（5）整車封閉狀態并封堵泄壓閥2，整車氣體泄漏量：89.5，88.1，88.6，均值為88.7;關門力：1.12、1.12、1.12，均值為1.12。

車型B（測量員2測量）數據收集如下。

（1）整車非封閉狀態，整車氣體泄漏量：無;關門力：0.65、0.65、0.64，均值為0.65。

（2）整車封閉狀態，整車氣體泄漏量：299.2，299.7，

298.9，均值為299.3;關門力：1.22、1.23、1.23，均值為1.23。

（3）整車封閉狀態并拆除后保險杠，整車氣體泄漏量：321.8，321.1，321.5，均值為321.5;關門力：1.26、1.25、1.26，均值為1.26。

（4）整車封閉狀態并封堵泄壓閥1，整車氣體泄漏量：261.8，261.7，260.8，均值為261.4;關門力：1.37、1.38、1.37，均值為1.37。

（5）整車封閉狀態并封堵泄壓閥2，整車氣體泄漏量：215.5，214.8，214.7，均值為215;關門力：1.48、1.48、1.48，均值為1.48。

（6）整車封閉狀態并封堵泄壓閥3，整車氣體泄漏量：164.9，164.2，165.1，均值為164.7;關門力：1.59、1.58、1.58，1.58，均值為1.58。

（7）整車封閉狀態并封堵泄壓閥4，整車氣體泄漏量：60.2，60.2，60.5，均值為60.3;關門力：1.77、1.77、1.76，均值為1.77。

4 數據分析

所有數據都采用均值進行分析。整車氣壓阻力造成的關門力Ui=Vi-V0，其中Vi為整車封閉狀態下的關門力。

4.1 車型A

由U1/V1=0.37可知，初始狀態，由整車氣壓阻力造成的關門力占總關門力的37%。

利用EXCEL工具，以整車泄漏量Pi為橫坐標，Ui為縱坐標，擬合出公式：U=-0.000 5p+0.513 8，擬合度R2=0.958 6。

4.2 車型B

由U1/V1=0.48可知，初始狀態，由整車氣壓阻力造成的關門力占總關門力的48%。

利用EXCEL工具，以整車泄漏量P i為橫坐標，Ui為縱坐標，擬合出公式：U=-0.002 1p+1.271 2，擬合度R2=0.979 9。

5 結論

（1）由兩車型U1/V1的比值可知，由整車氣壓阻力造成的關門力占總關門力的比例很高，從設計和問題解決的角度來看，是重點關注對象。

（2）由擬合度R2的值可知，Ui與P i呈高度線性關系。

（3）由擬合的公式和敏感度k值可知，整車氣體泄漏量對關門力的敏感度很低，例如車型A，若整車氣體泄漏量P由320立方英尺/min提高到640立方英尺/min時，Ui由0.35 m/s降到0.19 m/s，關門力只降低了0.16 m/s（降低約15%）。一般情況下，通過更改泄壓閥，把整車泄漏量增加1倍是非常困難的。但對由車型B這種車內內腔體積很小的車型來說，k值比車型A大了4.2倍，若整車氣體泄漏量P由320立方英尺/min提高到640立方英尺/min時，Ui由0.6 m/s降到0，關門力降低了0.6 m/s（降低約49%），所以從設計和問題解決的角度來看，通過更改泄壓閥的泄漏面積來增加整車氣體泄漏量，進而降低關門力，對大體積車來說是非常不劃算的。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]