汽車開關門品質優化

萬婷婷，徐澤輝

(廣汽埃安新能源汽車有限公司技術中心,廣東廣州 510000)

0 引言

汽車車門開閉是直觀影響客戶對汽車品質印象的關鍵因素之一，開關的流暢性、聲音的品質、力度的大小、開度的大小等則會直接影響用車體驗。因此主機廠會將車門開閉感作為車型量產前必須評價及定義的一項內容，在車門開閉感中占據重要地位的一個關鍵零件叫做車門限位器，它主要參與調節車門的過擋力、控制車門開度以及車門開閉的聲音品質。

1 車門限位器的工作原理

車門限位器是用以限制車門在車身傾斜的情況下車門自己打開或關閉，并限制車門的最大開度，同時起緩沖作用，防止發生金屬之間相碰產生異響。車門限位器的具體結構如圖1所示，結構包含金屬彈簧、限位臂、限位盒、橡膠緩沖塊等組成，安裝支架和限位臂鉚接且能平穩自由轉動[1]。

圖1 車門限位器結構示意

三擋車門限位器的工作原理如圖2所示，當車門逐漸打開時，通過限位臂，兩滑塊之間的距離增大，鉸鏈產生角位移，扭轉到一定角度后，限位臂的凹槽卡入滑塊之間，這是第一擋限位；車門繼續轉動，當轉動到某一位置時，臂的第二個凹槽卡入滑塊之間被定位，達到第二擋限位；車門繼續轉動到最大位置時，限位臂端頭的橡膠緩沖塊與限位盒相碰而使得門限值在最大開度，此為第三擋限位。

圖2 車門限位器的運動軌跡

2 車門開關品質的評價方式及不良表現

車門開閉感是指車門在開關過程中的車門開關力和開關門聲音帶給人的主觀感受，車門正常拉開過程中，首先對門把手施加鉸鏈軸線切向力，當力值達到門鎖解鎖力時，車門完成解鎖；繼續向外拉動門把手，車門限位器將進入爬坡過程，當限位器到達一擋位置時，車門開啟也限制在一擋角度值，此時把手操作力也到達一擋位置峰值；持續拉動把手，車門限位器將進入二擋位置并到達二擋峰值位置，車門開啟進入二擋位置；持續拉動把手，車門限位器進入三擋并到達三擋峰值位置，車門開啟至最大角度。限位器在三擋運動過程中，滑塊與限位臂凹槽間配合將會產生過擋聲，限位器罩殼內添加油脂時，滑塊運動會產生油脂黏連聲。綜上，車門正常運動情況下，限位器一、二、三擋過擋力及限位器過擋聲和油脂黏連聲為車門開閉品質評價要素。

車門在受到大力碰撞或零部件出現異常時，車門開閉品質也會受到影響，產生異響、操作力過大、車門開閉等異常的情況。某車型在生產過程中，出現開門四擋及車門開閉異響現象，經過拆裝及解剖分析發現，限位器注塑頭部發生開裂，車門開啟至最大角度時，滑塊進入止擋限位槽，從而車門開啟產生四擋；車門開閉異響則是由于限位器金屬蓋板變形及安裝支架變形，限位器拉動過程中因擠壓及松動而發出響聲。綜上可知，限位器結構設計及品質是影響車門開閉感的重要因素，需重點分析。

3 限位器品質不良分析及對策

經過對車門開閉過程力學分析及某車型車門開閉品質分析，可知影響車門開關品質的要素為車門把手操作力、限位器過擋聲、限位器內部結構。

3.1 車門把手操作力

車門把手的操作力決定了乘客開關門的手感品質，這就對限位器有了一定的開關門擋位力矩的要求，要根據適合的手感，來調節主臂的形狀從而調節力矩大小。限位器的主臂設計重點在于主臂的曲線形狀、主臂凹槽深度半徑的大小[2]。

主臂的曲線形狀主要由鉸鏈位置、限位器支架安裝位置及控制盒安裝位置決定，控制盒中心始終繞鉸鏈軸心旋轉，導桿繞限位器轉動軸旋轉。在設計中，可以選取不同車門開度下對應的控制盒中心線，以不同中心線交點為圓心，以交點與車門距離為半徑畫不同圓弧，順滑連接出的形狀即為主臂形狀[3]。

主臂的凹槽設計決定了過擋的力矩大小及過擋聲音品質，凹槽兩端存在坡度，代表了車門入擋和出擋的狀態，設限位器的過擋力為F，設計公式為：

F=fkh0cos2θ+kh0sinθcosθ+fkxsinθcosθ+kxsin2θ

式中：F為限位器過擋力；f為摩擦因數；k為彈性元件彈性系數；h為彈性元件變形量；h0為彈性元件初始變形量；x為沿導桿水平方向位移；θ為坡度斜率直線的角度。

該公式曲線經模擬仿真后，曲線最大值即為限位器過擋力。通過調整主臂形狀及彈簧參數從而可以調整過擋力。新車型在量產前，會不斷對車門開關力進行調試來改善擋位感、助關效果、過擋力和過擋聲，直到達到評審要求[3]。

3.2 車門開關異響

在常見的車門開關異響類型中，有一類是限位器異響，經拆解分析后發現，異響源來自于限位器罩殼蓋板變形。在限位器設計開發驗證試驗中，需要用臺架對限位器進行沖擊性試驗，在常溫下將限位器安裝在臺架上，給車門一個開啟方向的沖擊，使全開角度附近的開門速度為2.5 m/s，循環沖擊20次，驗證限位器是否有損傷。但因試驗樣本量不足，在大批量出車中發現，開關門沖擊力可能會造成限位器罩殼變形，蓋板變形與罩殼擠壓從而產生異響聲，分析結果見表1。由表1可知，限位器蓋板變形量在達到0.4 mm時，大概率會產生異響。

表1 限位器異響蓋板變形量分析

綜上，目前市面大多限位蓋板材料使用的是SPCE,t1.6，該種材料的抗拉強度不小于270 MPa，并不滿足極限情況下的沖擊需求；解決方案是采用SAPH440,t1.6,該材料的抗拉強度不小于440 MPa，按標準進行沖擊試驗后，蓋板變形量滿足標準要求，不再有異響產生，結果見表2。

表2 加強蓋板樣本變形量分析

3.3 車門開關不良

經市場反饋及實車效果，開關不良主要有兩類:(1)使用出現卡滯難拉;(2)開關門擋位出現異常。

3.3.1 限位器卡滯改善

限位器一般在出廠時手感并不會有太大異常，基本會保持最終調試結果，但經市場客戶反饋，有些車型在使用兩三個月之后，出現車門難開關，甚至無法開關的現象。原因是限位器在使用一段時間后力矩出現了上升，導致開關門操作力加大，這是限位器使用一段時間后才出現卡滯現象的根本原因。限位器操作力矩主要是由滑塊與限位臂之間摩擦力產生，影響摩擦力大小有兩個因素：(1)彈簧的軸向壓縮力；(2)滑塊與限位臂的摩擦因數。

當限位臂與滑塊使用一段時間后由于灰塵影響導致表面粗糙，摩擦因數將上升；其次降低彈簧的軸向壓縮力，在材料不變前提下，摩擦因數上升的情況下，也能優化操作力值，提升操作手感。

從上述兩個方向著手：(1)降低摩擦因數可在限位臂與滑塊摩擦面之間添加油脂，確?；覊m進入摩擦面后依舊保持原有的潤滑性能。驗證方法為：對限位臂表面涂抹油脂后再噴涂亞利桑那粉塵，粉塵需布滿限位臂上表面，開關30次，對比限位器力矩變化以及開關手感評價。試驗結果見表3。

表3 開關門力矩變化

從試驗數據可以看出，限位臂涂油后再噴涂粉塵，限位臂表面劃痕較未涂油樣件有明顯改善，擋位底部依舊會有粉塵堆積，但力矩增大不明顯，手感也無明顯卡滯現象。

(2)降低彈簧軸向壓縮力，對以下市場主流車型限位器的主流彈簧各項參數進行對比，對比情況見表4。

表4 限位器參數對比

在限位臂平直段厚度相同、彈簧自由長度、預壓縮量相同的情況下，線徑2.4 mm的車型B限位臂平直段壓縮力遠小于車型A，因此考慮優化方向為減小彈簧線徑。其次，為了保證擋位感前提下減小卡滯，可適當降低峰值力以外的平直段操作力，方式為保持限位臂最大厚度不變，降低限位臂槽底厚度R角大小。以某車型前門操作力為例，修改彈簧及限位臂前后曲線如圖3所示。

圖3 不同線徑彈簧限位器力矩曲線對比

由圖3可知，曲線1為2.7 mm線徑彈簧，曲線2為2.4 mm線徑彈簧，兩種彈簧設計峰值一致，除開一擋力值由30 N調整為28 N，為了改善開門手感，從各平直段可以觀察到曲線2比曲線1開門力值小2 N，開門段曲線，曲線2整體低于曲線1，說明2.4 mm彈簧限位器開門力值整體低于2.7 mm彈簧，對開門手感有一定提升，曲線2開關門間距明顯小于曲線1，摩擦力值損失明顯降低。曲線2關門能量值高于曲線1，關門能量值得到提升。在對限位器進行耐久后，實測力矩曲線如圖4和圖5所示。

圖4 左前門不同彈簧1萬次耐久力矩對比

圖5 左前門不同彈簧2萬次耐久力矩對比

由圖可知，1萬次灰塵耐久后兩種彈簧的限位器均出現力矩上升情況；2萬次灰塵耐久后2.4 mm彈簧限位器明顯出現力矩衰減狀態，而2.7 mm彈簧限位器力矩還維持原狀；灰塵耐久后2.4 mm彈簧曲線整體低于曲線1，尤其是在平直段區域；平直段區域力矩大小是影響開關卡滯最重要的因素；前兩萬次車門開關最能反饋車輛使用過程車門手感。一萬和兩萬次耐久后評價手感，2.4 mm彈簧明顯優于2.7 mm彈簧，2.7 mm彈簧卡滯感明顯。

3.3.2 開關門擋位異常

某車型設計開門擋位為三擋，而實際下線發現出現四擋異常車輛，拆開車門后發現限位器頭部斷裂，導致推動車門時滑塊會越過止擋坡進一步壓縮頭部，出現第四擋的異?，F象。此車型所應用頭部結構為成熟結構，過往應用在多款車型上，未曾發現過批量頭部斷裂不良，但在實驗過程中，當開關門沖擊力大于500 N時(標準為590 N)且樣本量不小于100時，發現有破裂樣件。差異點在于車門傾角、車門質量以及車門開度的不同，證明此頭部結構強度不滿足該車型的開閉要求。

原頭部結構如圖6所示，改善后的結構如圖7所示。

圖6 限位器不良件頭部結構

圖7 限位器頭部優化結構

由圖可知，頭部結構由鋼芯扭頭包塑形式更改為壓合止擋板包塑形式；更改后的頭部止擋為整個鋼材平面支撐，止擋面積大，抗沖擊性能強。經過改善后，限位器頭部在690 N的沖擊力下，樣本量達到1 000時未發現有破裂現象，后續生產也未發現有異常。

4 結束語

文中從改善車門開閉感出發，分析了開門過擋力調整、開關門異響及開關門異常優化，闡述了某車型限位器品質優化的過程及方法，并詳細介紹了優化結構及優化前后性能對比，通過增加油脂減小摩擦力和減小限位器彈簧力可以達到優化耐久后的車門開關操作力；加強金屬蓋板可以大幅減少蓋板變形，消除異響；將限位器頭部結構改為壓合止擋板包塑，可以增強限位器抗沖擊性。以上改善均已完成耐久試驗，驗證結果與分析一致。以上分析為后續車型限位器的設計及加工提供了有效的優化方法。