門護板防撞卡扣的研究與應用

張超 樊友嗣 魯宇鵬

摘要：本文分析了某款車型在側(cè)碰中，由于門護板連接鈑金的普通塑料卡扣連接力較小，碰撞沖擊力較大，門護板易彈出對乘員造成傷害，因此設(shè)計了防撞卡扣。門護板防撞卡扣作為門護板和鈑金的重要連接件，在車門側(cè)碰中起到連接和緩沖作用，防止汽車側(cè)碰時，門護板的塑料卡扣脫出而導致的門護板與乘員發(fā)生碰撞。本文介紹了某車型車門裝配線裝配門護板時，門護板防撞卡扣和鈑金卡扣座孔不對中，防撞卡扣不能裝入，導致門護板邊緣和鈑金間隙大。通過分析，對防撞卡扣定位結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計，使其滿足對中要求。

關(guān)鍵詞：門護板;防撞卡扣;設(shè)計;對中

中國分類號：U463.83 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（ 2021） 06-0032-05 Improved Design For Misalignment Of Door Trim Anti-collision

Buckle And Sheet Metal Buckle Base Hole

ZHANG Chao， FAN You-si， LU Yu-peng

（ Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company LTD. Wuhan430056， China）

Abstract： This paper analyzes the side collision of a certain model. Because the ordinaryplastic buckle connecting the door guard plate to the sheet metal has a small connection forceand a large impact force， the door guard plate is easy to pop up and cause damage to theoccupants. Therefore， an anti-collision buckle is designed. The door guard plate anti-collisionbuckle， as an important connecting piece between the door guard plate and the sheet metal，plays a role of connection and buffering in the side collision of the car door， and prevents thedoor guard from coming out of the plastic buckle of the door guard plate when the car is hit bythe side. The board collided with the occupant. This article introduces that when assemblingthe door guard plate on the door assembly line of a certain vehicle model， the door guardplate anti-collision buckle and the sheet metal buckle seat hole are not centered， and the anti-collision buckle cannot be installed， resulting in a large gap between the edge of the doorguard plate and the sheet metal. Through analysis， the anti-collision buckle positioningstructure is improved and designed to meet the centering requirements.

Key Words： Door Trim; Anti-collision Buckle; Design; Centering

門護板也稱為車門內(nèi)飾板，主要由結(jié)構(gòu)部件、功能部件以及裝飾部件等三部分構(gòu)成，是組成汽車內(nèi)飾系統(tǒng)的重要部分，它的最主要功能是包覆住車門金屬內(nèi)板，起到美觀裝飾的作用[1]。防撞卡扣是門護板重要的卡扣類零件，起到連接鈑金和門護板的作用。

1 整車側(cè)碰門護板的彈開分析

在某次整車側(cè)碰試驗中，門護板發(fā)生了彈出的現(xiàn)象，如圖1所示。門護板的彈出，對乘員造成了傷害。

在新版本C-NCAP的規(guī)定中，增加了側(cè)面碰撞壁障的重量，因此對前后門結(jié)構(gòu)的防撞性能具有更高的要求。現(xiàn)有技術(shù)中，汽車駕駛室車門內(nèi)飾護板與車門鈑金裝配的時候，通常采用塑料卡扣進行連接，一個車門內(nèi)飾護板總成的邊上大約使用8個左右的塑料卡扣與車門鈑金相連，塑料卡扣的工作原理通常是，通過安裝在車門內(nèi)飾護板上的卡扣卡頭變形，擠入到車門鈑金的安裝孔中，然后卡頭恢復進行卡止。由于安裝原因，卡頭的過盈尺寸不能太大或者需要較大的可變形量，因此導致卡扣抗拉性能較差。塑料卡扣的脫出力要求為210±ION，而碰撞的沖擊力遠大與塑料卡扣的拉脫力，因此在較大碰撞發(fā)生時，這些普通塑料卡扣從鈑金孔中脫出，導致門護板脫出，撞擊乘客的肩部、胸部、腹部和骨盆等部位。由于門內(nèi)飾護板剛性較大.無法提供緩沖，導致乘客受傷嚴重。

在門護板側(cè)碰過程中，在車門護板彈開的情況下乘員的得分較低，乘員易受到碰撞傷害;在車門護板固定完好，未彈開情況下，乘員的得分較高。由此可知車門護板的有效固定強度，或增加支架等方式提升車門護板的固定強度，可降低對乘客的傷害[2]。為此需要在門護板和鈑金之間設(shè)計一種增強型卡扣，用于防止門護板在側(cè)碰中彈開。

2 防撞卡扣的設(shè)計

2.1 防撞卡扣的結(jié)構(gòu)

作為門護板和鈑金的重要連接件，增加門護板固強度的防撞卡扣在車門側(cè)碰中起到連接和緩沖作用，防止汽車側(cè)碰時，門護板的塑料卡扣的脫出而導致的門護板與乘員發(fā)生碰撞。其設(shè)計上，需滿足功能可靠，拆裝方便等要求。

根據(jù)要求，設(shè)計了防撞卡扣。它由卡扣、卡扣座、拉環(huán)插銷型卡夾組成，如圖2所示：

2.2防撞卡扣的安裝及原理

其安裝過程及工作原理為：卡扣座安裝在車門鈑金上，由彈性鋼絲折彎而成的拉環(huán)插銷型卡夾橫插入卡扣座的孔槽中。卡扣大、小法蘭盤安裝在門護板的卡扣基座上，卡扣基座焊接在門護板本體上。安裝門護板時，卡扣的錐形頭插入卡扣座的孔并撐開拉環(huán)插銷型卡夾兩個半圓形組成的圓孔，兩個半圓形的彈性鋼絲越過錐形頭的末端后，卡緊卡扣的中間軸，因兩個半圓形組成圓孔的直徑小于卡扣的中間軸的直徑，卡扣的中間軸的直徑小于錐形頭末端的直徑，鋼絲夾住中間軸的中間位置。在側(cè)碰時，撞擊和沖擊力大于門護板白色塑料卡扣的脫出力，防撞卡扣往外脫出時，其拉環(huán)插銷型卡夾的兩個半圓形鋼絲移動到錐形頭的末端臺階端面并緊緊箍住它，從而防止門護板彈開、脫出，如圖3所示，虛線的卡扣代表側(cè)碰時的狀態(tài)。另外，在側(cè)碰過程中，卡扣被鋼絲夾住，在這兩個位置來回高頻震蕩吸能，減少碰撞能量對乘員的傷害。當需要拆下門護板的時候，使用鋼絲鉤子住外拉環(huán)插銷型卡夾的拉環(huán)，拉環(huán)插銷型卡夾因為其具有彈性，其兩個半圓形的鋼絲部分在中間軸中被撐開，從卡扣基座中脫出。

2.3 防撞卡扣的定位原理

卡扣座的定位原理為：基座的軸和鈑金的孔形成軸孔配合定位，定位精度按照軸孔的配合公差計算。

卡扣的定位原理為：大法蘭盤外端有六個“手槍形”的厚度為3mm的薄壁爪。六個薄壁爪的外端圓弧構(gòu)成一個圓。由于薄壁爪是塑料材質(zhì)，其構(gòu)成一圈為彈性爪，彈性爪外圓與卡扣基座的內(nèi)孔配合，形成軸孔配合定位。大法蘭盤外圈是彈性爪，其可以在卡扣脫出方向移動，為防止其脫出;小法蘭盤和卡扣基座的配合面有兩個凸臺作為擋塊，限制其脫出，此外其在脫出方向上的定位，如圖4所示。

2.4 防撞卡扣在門護板上的布置

在側(cè)碰中，乘員最易受傷的部位是胸部到腰部中間的肋骨。根據(jù)假人身體的肩部、胸部、腰部、胯部和門護板的對應關(guān)系，將兩個防撞卡扣（編號10001和10002）布置在B面腰部和胸部對應的位置，如圖5所示。這樣能夠防止該區(qū)域門護板的彈出對乘員肋骨的傷害。

2.5 防撞卡扣防止門護板側(cè)碰彈開的驗證

該車型在每個門護板增加2個防撞卡扣后，再次做整車側(cè)碰試驗。試驗發(fā)現(xiàn)帶有防撞卡扣的門護板并未彈開。與之前僅有普通卡扣的側(cè)碰的數(shù)值對比，如表1所示。防撞卡扣受到了最大850N的撞擊力，該力遠遠大于普通卡扣的最大脫出力220N，如圖6所示。通過整車側(cè)碰試驗驗證了本設(shè)計的防撞卡扣具有防撞門護板彈開的功能，可以避免側(cè)碰中門護板對乘員的傷害，使得門護板在側(cè)碰試驗中得到了很高分數(shù)。

3 防撞卡扣的失效模式分析

3.1防撞卡扣的噪音DFMEA分析

噪音的產(chǎn)生原因是兩個零件配合搭接中采用了小間隙的過渡配合，兩者在振動過程中產(chǎn)生了磕碰異響。在設(shè)計階段，按照DFMEA的設(shè)計準則，對防撞卡扣定位點做了接觸分析，其圓周定位的大法蘭盤不采用實體而是采用了一圈的圓周的彈性爪，彈性爪的彈性作用可以起到緩沖作用，從而避免了振動時磕碰的產(chǎn)生。Y向的定位由大、小法蘭盤夾卡扣基座實現(xiàn)，其設(shè)計上是過渡配合，為了防止磕碰噪音，在基座表面上增加了兩條厚度為0.5mm的矩形筋，這樣法蘭盤和卡扣基座形成干涉或過盈配合，避免了在Y向就產(chǎn)生振動磕碰異響。

3.2防撞卡扣與鈑金卡扣座孔不對中的PFMEA分析

防撞卡扣在工業(yè)化中的缺陷是防撞卡扣與鈑金卡扣座孔不對中。缺陷的表現(xiàn)形式為：防撞卡扣錐形頭不能對中卡扣座孔。卡扣座孔前端有拉環(huán)插銷型卡夾的兩個半圓形鋼絲結(jié)構(gòu)，由于卡扣的錐形頭與其偏心，被鋼絲抵住而不能插入兩個半圓形鋼絲的內(nèi)孔中并進入卡扣座內(nèi)孔，其產(chǎn)生后果是門護板邊緣與鈑金間隙大，不能貼合，如圖7所示。門護板與飯金配合的是否良好，直接影響著內(nèi)飾的品質(zhì)，甚至會對整車NVH和淋雨性能產(chǎn)生影響[3]。同時，該缺陷也會導致門護板裝配困難。

3.2.1防撞卡扣與鈑金基座孔不對中的原因分析

防撞卡扣的拉環(huán)插銷型卡夾的兩個半圓形鋼絲組成的圓的內(nèi)孔為Φ3mm。除去防撞卡扣及其配合件的制造誤差，卡扣與鈑金基座孔的同軸度應該為Φ2mm，只有這樣才能保證卡扣錐形頭順利插入兩個半圓形鋼絲組成的圓的內(nèi)孔。通過對卡扣在門護板卡扣基座的定位誤差分析，找出兩者不對中的原因。

3.2.2卡扣與大、小法蘭盤軸孔定位造成的誤差

防撞卡扣大法蘭盤與基座的定位是軸孔配合，在設(shè)計是小過盈配合的。然而，由于制造及裝配誤差需要，卡扣與卡扣座配合有間隙，卡扣受重力作用會偏離中心導致卡扣尖端與鈑金基座孔不對應，卡扣不居中是導致卡扣與鈑金孔不對應的原因[4]。實際測量出來的卡扣基座和大法蘭盤卡扣是小間隙配合，間隙值0.5mm。因防撞卡扣大法蘭盤彈性爪具有彈性，在其脫出方向，不能靠軸孔限位，只能靠上端小法蘭盤的擋塊限位定位。將小法蘭移動至擋塊位置，測量大法蘭盤和卡扣基座孔的最大間隙值為4mm，如圖8所示。上述兩個配間隙的疊加即為定位誤差，造成了卡扣的不居中。

3.2.3防撞卡扣與鈑金基座孔不對中的改進設(shè)計

由上分析出了兩者不對中的兩個原因即大、小法蘭盤的定位造成配合間隙大。對于原因一，兩者軸孔配合不符合小過盈配合的定義，調(diào)整產(chǎn)品的符合性即可;

對于原因二，我們在其脫出方向增加了兩個“7”字形的爪子，兩個爪子形成一個V型定位機構(gòu)，將卡扣限定在原位，不讓其向脫出方向移動，保證其滿足與鈑金卡扣孔的同軸度要求。如圖9所示：

由于“7”字形爪子厚度只有3mm，又是V型結(jié)構(gòu)，可以利用其彈性變形來安裝和拆卸卡扣。設(shè)計巧妙，不存在拆卸或安裝困難的情況。

經(jīng)過上述改進，門護板在裝配線做了驗證，改進后的門護板，防撞卡扣能順利的裝入鈑金基座孔，不再出現(xiàn)門護板和鈑金間隙大的缺陷。實踐證明，該改進設(shè)計能很好的解決該缺陷。

3.2.4防撞卡扣對中性檢具設(shè)計

由于當前門護板的檢具沒有檢測防撞卡扣與鈑金基座同軸度的功能，對判定產(chǎn)品是否符合定義產(chǎn)生了困擾。為此，設(shè)計一套測量防撞卡扣同軸度的專用檢具。

在設(shè)計檢具時，為便于觀測零件基準與檢具裝配時的情況，在充分考慮檢具強度的情況下，可在檢具背部加工觀測孔[5]。本次檢具設(shè)計，為了降低成本，縮短制造周期，使用車門鈑金作為檢具本體，車門鈑金自帶有孔，這些孔正好可以作為觀測孔。

該測量防撞卡扣同軸度的專用檢具由車門鈑金、底座、支架、帶輪型支撐塊、車門鉸鏈、鉸鏈安裝座、鉸鏈安裝銷、套在卡扣的檢測棒、安裝在鈑金上的檢測套等組成。車門鈑金的鉸鏈的一端安裝在鉸鏈安裝銷上面，另外一端，夾在帶輪型支撐塊的V型槽里面。該測量防撞卡扣同軸度的專用檢具的檢測原理為：利用套在卡扣上檢測棒外圓和安裝在鈑金上的檢測套的內(nèi)孔的直徑差來檢測其是否滿足同軸度要求。其中，檢測棒的直徑為中10±0.05mm;檢測套的直徑為中12±0.05mm。兩者直徑差為2mm，恰好和同軸度要求Φ2mm相等。當將門護板安裝到檢具時，從背面視窗孑L中觀察，檢查幫是否插入檢測孔中，若檢測棒能順利插入檢測孔中，則該門護板的防撞卡扣與鈑金卡扣基座孔同軸度合格，反之不合格，如圖10所示：

4 總結(jié)

設(shè)計的防撞卡扣在汽車側(cè)碰中防止門護板的彈出對乘員造成傷害發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。采用對中性改進結(jié)構(gòu)設(shè)計的防撞卡扣基座已經(jīng)應用到某汽車公司的多個車型，在裝配性驗證中獲得較好的效果，防撞卡扣不對中導致的門護板與鈑金間隙大的問題也不再出現(xiàn)。本文設(shè)計的檢具實現(xiàn)了防撞卡扣同軸度檢測，也填補了當前檢具沒有卡扣類零件對中檢測功能的空白。門護板檢具可以根據(jù)本文的思路進行改造，增加卡扣類零件與鈑金孔或鈑金卡扣孔的同軸度檢測功能。具有良好的推廣和借鑒價值。

參考文獻：

[1]周游，基于現(xiàn)代設(shè)計方法的乘用車門護板開發(fā)[D].長春：吉林大學，2014.

[2]陳偉，丁閏，車門立柱護板的安全性能設(shè)計[J].汽車實用技術(shù)，2017，24 （4）：4-5.

[3]常文楠，季必宏，姬亮.汽車門護板與飯金配合方面的研究[C].2011汽車車身內(nèi)外飾產(chǎn)品及新材料應用國際研討會暨展覽會論文集，2011： 114-117.

[4]包厚顯，李莫丹，申露華.某車型門飾板裝配困難問題分析及改進[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2015，410（ 24）：29-30.

[5]廖永靈，顧林霞，李俊鋒，劉琴，陳良寧.汽車門飾板檢具設(shè)計結(jié)構(gòu)分析[J].模具工業(yè)，2019，45（ 9）：62-65.

專家推薦語

康明

東風商用車技術(shù)中心工藝研究所所長

材料科學與工程 研究員級高級工程師

本文分析了某款車型在側(cè)碰中，由于門護板連接鈑金的普通塑料卡扣連接問題而易彈出對乘員造成傷害的現(xiàn)象，通過分析，本文對防撞卡扣進行了改進設(shè)計，通過實驗驗證，新防撞卡扣滿足了產(chǎn)品性能要求，并針對在生產(chǎn)中可能存在的質(zhì)量問題進行工藝、流程改進。

本文具有一定的創(chuàng)造性;設(shè)計合理，數(shù)據(jù)可靠，理論正確，具有一定的理論價值、實用價值。

張超

畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學院機械設(shè)計專業(yè)，學士學位，現(xiàn)就職于神龍汽車有限公司技術(shù)質(zhì)量部內(nèi)部裝備設(shè)計室內(nèi)飾設(shè)計崗位，任助理工程師，主要研究方向為門護板等內(nèi)飾開發(fā)。曾獲實用新型專利一項和專有技術(shù)一項。