翼子板及門結構參數對A柱門縫通道的敏感性分析

2021-09-09 02:15:22朱煒昱

汽車實用技術 2021年16期

高嬋，朱煒昱

（上汽大眾汽車有限公司前期開發科，上海 202101）

關鍵字：翼子板結構參數；門縫；敏感性

引言

車門外板是車門鈑金總成的外覆蓋件，也是與造型面直接相關的零件[1]。車門大面的造型決定了汽車整體的造型語言，在造型面上，經常會有起伏劇烈的造型特征線，增加了設計門縫通道的難度。在實際開發過程中，為了降低成本，節省開發費提高開發效率，A柱門縫所涉及的零件需要滿足技術側碰等要求，導致了門縫通道的設計要求和造型設計需求沖突，直接增加設計出滿足開閉件運動要求門縫的困難。因此，對A柱門縫通道優化和分析，在前期開發階段至關重要。

1 A柱門縫通道的設計要求

A柱門縫為A面上翼子板折邊與前門包邊之間的縫隙。如圖1所示，這條縫隙的存在，是為了滿足車門開關運動過程中始終和周邊零件保持一定距離的要求。除此之外門縫走勢還需要滿足造型美觀協調的要求。同一個造型大面，可能存在著多條滿足開關間隙要求的門縫。為了給造型更自由更寬松的設計條件和更高的開發效率，建議開發前期繪制出門縫通道，即找出A面上所有滿足門縫要求的前后限制邊界。這樣造型繪制門縫的時候，只需在這個通道范圍內找到一條最符合造型語言特征的門縫即可。

圖1 A柱門縫通道示意圖

A柱門縫通道前邊界是，當前門最大開啟時，前門與側圍（包括鉸鏈螺栓）滿足最小間隙要求時，翼子板折邊的極限位置。A柱門縫后邊界描述的是，在前門的開關運動過程中，與周邊零件滿足最小間隙要求的前門包的邊極限位置。圖2所示為軸線與造型面關系。

圖2 軸線與造型面

A柱門縫通道在設計時，需要考慮到門安裝及運動過程中鈑金件的安裝公差等，包括鉸鏈軸，翼子板，前門以及門過開的角度等。需要考慮到的極限情景包括：

（1）前門過開時，前門需要與周邊零件保持最小間隙。

（2）前門開關運動過程中，需要與周邊零件保持最小間隙。

（3）帶塑料件（如門護板等）裝卸過程中需要與周邊零件保持最小間隙。

2 A柱門縫通道的影響因素以及優化方案

2.1 鉸鏈的布置

車門鉸鏈位置非常關鍵，決定車門開縫位置的同時，還對造型大面和A，B柱走勢都有很大的影響[2]。鉸鏈的內傾角和后傾角要滿足車門在開啟和關閉過程中受力及開關門時離地間隙要求[3]。鉸鏈軸線內傾角通常建議在2°到3°之間，后傾角在－1.5°到2.5°之間。在相同鉸鏈傾角的情況下，鉸鏈跨距越大，鉸鏈抵抗重力矩所需的力就越小，跨距建議大于400 mm。布置時，上鉸鏈受限于窗框線，下鉸鏈需避開側碰區[4]。門縫通道前邊界在鉸鏈螺栓位置處會有相應凸起部分，后邊界在造型變化劇烈位置會有階躍突變。因此應盡量避免將這兩個苛刻部分位于同一高度位置。否則如圖3(a)所示，在造型特征變化劇烈部分布置鉸鏈軸，門縫通道的前邊界與后邊界直接干涉，造成門縫無解。而鉸鏈避開特征劇烈位置布置時，如圖3(b)布置鉸鏈，此造型門縫有解。

圖3 鉸鏈軸布置位置

2.2 鉸鏈螺栓的結構

在門縫通道前邊界苛刻情況下建議優先選擇結構緊湊的鉸鏈螺栓。以某款SUV為例，如圖4(a)所示，當前門開啟到最大角度時，前門包邊與螺栓干涉1.1 mm，替換一顆結構緊湊的螺栓后，如圖4(b)所示，兩者間隙變為3.9 mm。在鉸鏈位置相同的條件下，大幅改善苛刻情況。

圖4 螺栓圖

2.3 鉸鏈軸距造型大面的距離

鉸鏈軸距造型大面的距離直接影響門縫通道后邊界的位置，鉸鏈軸距A面距離越遠，門縫通道后邊界越靠前，門縫通道越窄，越不利于造型開縫。所以在鉸鏈安裝位置不變的情況下，建議選擇長鉸鏈臂，縮短鉸鏈軸到造型面的距離，從而增大門縫通道寬度。

2.4 造型大面的特征起伏

如圖5所示，在造型特征起伏劇烈處門縫通道的后邊界會有一個階躍式的變化。從某一個確定的高度位置H開始，門縫通道的后邊界就從位置2變為位置1。這是因為在造型特征起伏劇烈的地方會多一解。在階躍位置做截面如圖6所示，可以看出，門縫位置1和2都能滿足極限位置的要求。即考慮各種公差情況下，前門開關運動過程中，翼子板和前門保持最小間距要求1 mm時，同時有兩個解滿足這個極限要求。當前門縫的位置在A面上沿著X軸方向移動時，前門圓角包邊的運動軌跡距翼子板包邊間距逐漸減小，在位置1處，達到了最小的間距要求1 mm。越過這個點的位置，門縫位置繼續沿著X軸向前走，就會發現，運動軌跡與翼子板包邊的間距繼續減小，不滿足1 mm間距要求。然而當跨過造型特征圓弧的時候，間距反而慢慢增大，到達位置2的時候，間距又達到了滿足要求的1 mm。雖然有兩個解，門縫后邊界的極限位置只能限制在了位置1。這就導致在A面上，門縫通道在有造型特征的地方會有一個階躍式的突變。

圖5 造型特征起伏處

圖6 造型特征起伏處

2.5 前門最大開啟角度

在未安裝限位器之前，門的開啟最大角度一般在72°～78°。如圖7(a)所示，以某款SUV為例，門側鉸鏈安裝角度為10°，由于鉸鏈結構的自身限制，當開啟77°時，門側鉸鏈結構和側圍鉸鏈結構相碰，從而達到前門最大開啟位置。而此時，前門包邊與A柱鉸鏈螺栓干涉0.5 mm。當門側鉸鏈安裝角度調整為12°時。如圖7(b)所示，前門最大開啟角度減小為75°。當開啟的最大角度減小，就避免了前門包邊與A柱鉸鏈的干涉，使得前門與鉸鏈螺栓之間的間隙增大為1.5 mm。值得注意的是，門側鉸鏈安裝角度調整不能過大，需要保證前門的最大開啟角度。

圖7 鉸鏈螺栓

2.6 翼子板和前門包邊結構

如圖8所展示翼子板和前門包邊結構，這些參數與鈑金件沖壓成型性以及門縫通后邊界相關。總體來說，翼子板結構圓角越小，A柱門縫通道的后邊界就越靠后，相同的條件下，門縫通道就會變寬。但翼子板圓角過小會影響鈑金沖壓成型性，建議外圓角1.2 mm到1.8 mm范圍內，內圓角控制在不超過1.8 mm。翼子板小翻邊越短，門縫通道越寬。當沒有小翻邊的時候，門縫通道寬度最大。小翻邊長度一般建議不大于0.3 mm。小翻邊的拔模角度建議大于3°。翼子板斜切翻邊角度建議大于45°。前門包邊圓角半徑建議1.2 mm。

圖8 翼子板及門包邊結構參數

3 結構參數對門縫通道后邊界的敏感性

為了更好地了解結構的重要參數對門縫通道后邊界的影響，在這一節主要進行參數對門縫通道的敏感性分析。每個參數都有不同的單位和物理意義，所以敏感性定義如下：

如圖9所示，x代表了門縫通道后邊界觀察點X軸的坐標，?x表示門縫通道后邊界沿X軸方向移動的距離。?x為正，說明門縫通道后邊界沿X軸向后移動，意味門縫通道變大，利于門縫通道的設計。?x為負，說明門縫通道后邊界沿X軸向前移動，門縫通道變窄，會增加門縫的設計布置的困難。k代表如下定義的結構參數值：

圖9 門縫通道示意圖

（1）翼子板外圓角半徑Rka；

（2）翼子板內圓角半徑Rki；

（3）翼子板小翻邊長度Lk；

（4）翼子板小翻邊拔模角Wk；

（5）翼子板斜切翻邊角度Wki；

（6）門包邊圓角半徑Rt。

?k表示參數在初始位置時1%的上浮量。?xcrit表示參數上調1%時門縫通道后邊界觀察點的X坐標值與參數初始值時觀察點X坐標值的變化量。

圖10所示為結構重要參數對門縫通道后邊界位置的敏感性結果。由圖可知當參數如下變化時會使門縫通道的后邊界沿X軸正向移動，使門縫通道變大，優于門縫的布置：

圖10 翼子板及門包邊結構參數敏感性

（1）翼子板外圓角半徑Rka的減小；

（2）翼子板內圓角半徑Rki的減小；

（3）翼子板小翻邊長度Lk的減?。?/p>

（4）翼子板小翻邊的拔模角度Wk的減??；

（5）前門包邊圓角半徑Rt的增加。

通過上圖可以判斷，其中對門縫通道后邊界影響最大的結構參數是翼子板外圓角半徑Rka，當Rka增加1%，即從1.3 mm增加到1.313 mm時，門縫通道后邊界會沿X軸向前移動0.142 mm。使得門縫通道變窄。前門包邊圓角半徑增加1%時，門縫通道后邊界會向后移動0.096 mm，使得門縫通道變寬，優于門縫的布置。而翼子板斜切翻邊角度對門縫通道的后邊界無任何影響。即翼子板斜切翻邊角度的增減都不會對門縫通道造成任何改變。它對于后邊界的敏感性為0。

如表1所示，一般來說，翼子板折邊結構參數為，外圓角1.3 mm，內圓角1.5 mm，小翻邊0.3 mm，小翻邊拔模角3°，同時翼子板斜切翻邊角度為45°。前門包邊為1.15 mm。可見，這些參數上調1%時，翼子板外圓角所導致的門縫通道縮小最嚴重。如果不考慮初始值的影響，敏感性最大的為翼子板小翻邊，當變化相同單位的數量級，即所有長度單位參數都增加0.1 mm的情況下，翼子板小翻邊所導致的門縫通道縮小量最大。