車門外把手開啟力設(shè)計(jì)

劉立群，陳緩，成龍， 李衛(wèi)平

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

車門把手開啟力是評價開門舒適性的重要指標(biāo)，包括外把手開啟力與內(nèi)把手開啟力。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的缺乏，很難在設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)確管控，在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段容易出現(xiàn)力值偏大問題，只能通過反復(fù)更改把手設(shè)計(jì)優(yōu)化，造成成本與時間的損失。車門內(nèi)外把手開啟力的設(shè)計(jì)方法類似，本文作者將介紹外把手的開啟力設(shè)計(jì)方法。

1 開啟力計(jì)算方法

通過對外把手、門鎖結(jié)構(gòu)及外開解鎖過程的分析，可得到車門外把手開啟力的簡化力學(xué)模型，如圖1所示。則當(dāng)式(1)成立的時候，可以通過外把手打開車門。

F×L1cosβ≥N×L2cos(90°-α-β)+T

(1)

式中：F為外把手開啟力；N為門鎖解鎖力；T為外把手扭簧扭矩；α為兩個力臂的相對夾角；β為外把手力臂夾角；L1為外把手開啟力力臂；L2為解鎖力力臂。

圖1 車門開啟力簡化力學(xué)模型

2 解鎖力測試

在新車型開發(fā)中，通常選用成熟門鎖。為計(jì)算車門外把手開啟力，需對選用門鎖解鎖力進(jìn)行測試。

2.1 解鎖力測試方法

為了測試在不同密封力、不同門鎖與鎖扣對中性條件下門鎖的解鎖力，設(shè)計(jì)制造了圖2所示的門鎖外開解鎖力測試臺架。測試臺架包括門鎖外把手解鎖力和位移傳感器、鎖體安裝板、鎖扣安裝板、用來施加密封力的彈簧、測量彈簧力和位移的傳感器。測試門鎖解鎖力和位移曲線時，測試門鎖安裝在臺架的門鎖安裝板上，鎖扣安裝在臺架鎖扣安裝板上，通過調(diào)節(jié)彈簧的壓縮力來模擬不同的背壓力，通過調(diào)節(jié)鎖扣在鎖扣安裝板上的位置來模擬鎖扣與門鎖的不同對中性。

圖2 門鎖開啟力測試臺架

通過上述臺架，測試了3把平臺門鎖在不同密封力、不同鎖扣與鎖體對中性條件下的開啟力和位移曲線。整理得到200、300 N密封力，不同鎖扣鎖體對中性工況下開啟力和開啟行程結(jié)果，分別見表1和表2。

表1 200 N密封力工況下解鎖力測試結(jié)果 N

表2 300 N密封力工況下解鎖力測試結(jié)果 N

2.2 解鎖力測試結(jié)果分析

在200、300 N密封力工況下，分別對比3把平臺門鎖在不同門鎖對中性條件下的解鎖力，可看出C鎖的解鎖力對鎖扣與鎖體的對中性不敏感，且開啟力最小，比B鎖小約15 N， 3把門鎖300 N密封力條件下的開啟力比200 N的大5 N左右。

3 開啟力設(shè)計(jì)方法

基于上述車門把手開啟力計(jì)算方法和平臺門鎖解鎖力測試數(shù)據(jù)，在車型開發(fā)中，可通過如圖3所示的流程圖設(shè)計(jì)車門把手開啟力。

參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)?biāo)車力值，設(shè)定車門外把手開啟力目標(biāo)值，可根據(jù)車型布置區(qū)域Y向空間大小，選用平臺門鎖和現(xiàn)用車型把手初步方案；然后進(jìn)行門鎖和把手的布置，把手位置受造型面約束先確定，然后布置門鎖；布置完成后，根據(jù)耐慣性力要求可以得到扭簧扭矩T、外把手開啟力力臂L1和門鎖解鎖力力臂L2及其兩者夾角α、外把手力臂夾角β，門鎖解鎖力根據(jù)車門密封力、門鎖與鎖扣對中性公差要求查找門鎖解鎖力測試數(shù)據(jù)得到。根據(jù)公式(1)，可計(jì)算車門把手開啟力。若計(jì)算值滿足目標(biāo)要求，則完成車門外把手開啟力設(shè)計(jì)。若計(jì)算值不滿足目標(biāo)要求，則返回流程“門鎖和把手方案”活動處，優(yōu)化方向分以下2種情況：

(1)計(jì)算值小于目標(biāo)要求范圍，則可適當(dāng)加大外把手扭簧扭矩T。

(2)計(jì)算值大于目標(biāo)要求范圍，這種情況比較多，可通過4種方案優(yōu)化：①優(yōu)化外把手結(jié)構(gòu)，使解鎖力與其力臂的夾角更接近90°；②優(yōu)化外把手結(jié)構(gòu)，減小夾角α、β；③改選解鎖力小的門鎖；④適當(dāng)減小扭簧扭矩T，增大重塊質(zhì)量或力臂。

圖3 車門把手設(shè)計(jì)流程

4 某車型設(shè)計(jì)案例

以目前開發(fā)的車型為例，基于上述車門外把手開啟力設(shè)計(jì)方法介紹其前門外把手開啟力的設(shè)計(jì)過程。

第1步：設(shè)定目標(biāo)值。通過測試得到對標(biāo)車車門外把手開啟力為45 N，結(jié)合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定目標(biāo)為(45±5) N。

第2步：初定門鎖選用B鎖，因?yàn)槠鋂項(xiàng)布置空間要求小于A、C鎖，而車門外板面在門鎖預(yù)布置區(qū)域與玻璃面的距離較小；定義外把手沿用修改某量產(chǎn)車型。

第3步：布置門鎖和外把手，并校核其與周邊件的間隙滿足要求，如圖4、圖5所示。

第4步：計(jì)算外把手開啟力。該車的密封條壓縮力為(250±50) N，鎖扣與門鎖對中要求為±1.5 mm，查找上述B鎖的解鎖力測量值為23.86～32.95 N。在外把手設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)上測量外把手計(jì)算參數(shù)如圖6所示。按側(cè)面碰撞外把手耐慣性力要求暫定彈簧扭轉(zhuǎn)T為(0.65±0.1) N·m，將以上參數(shù)代入計(jì)算公式(1)，計(jì)算得到外把手開啟力為42.1～49.6 N，滿足目標(biāo)要求(45±5) N。

經(jīng)過以上4步，完成了某車型的前門外把手開啟力設(shè)計(jì)。在該車設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，實(shí)車抽檢該車的車門外把手開啟力均滿足目標(biāo)要求。

圖4 門鎖與周邊件間隙校核

圖5 外把手與周邊件間隙校核

圖6 某車型外把手計(jì)算參數(shù)測量

5 結(jié)束語

介紹了車門外把手開啟力的計(jì)算方法和門鎖解鎖力臺架測試方法，以此為基礎(chǔ)提出了車門把手開啟力的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。并將該方法應(yīng)用于某車型開發(fā)前期，完成了該車型的車門外把手開啟力的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段實(shí)車測試樣車車門外把手開啟力均滿足目標(biāo)要求。

該方法可正向設(shè)計(jì)車門外把手開啟力，在設(shè)計(jì)前期可根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，合理設(shè)計(jì)門鎖及把手方案達(dá)成目標(biāo)，而不會發(fā)生實(shí)車驗(yàn)證不滿足目標(biāo)造成優(yōu)化代價大或反復(fù)優(yōu)化的情況。