車門系統閉合力影響因素及設計要求

2022-04-24 01:29:06魏益冰張宏森

商用汽車 2022年12期

魏益冰張宏森

(德創未來汽車科技有限公司,西安，710200)

0 前言

車門閉合力泛指用戶關門的感覺，包括關門過程中力的大小、速率和施力位置等。隨著用戶對整車品質的重視，針對整車性能特別是操作舒適性提出更高的要求，車門閉合效果是影響操作舒適性的重要主觀評價指標，受到用戶的廣泛關注。在汽車開閉系統開發過程中，閉合力設計一直是個難點問題，失敗的設計會導致關門困難、關門聲難聽及門洞漏風漏水等問題，因此各主機廠的J.D.POWER 新車質量調研報告、IQS 調查表和Apeal 評價表內對關門品質都提出考核評價要求。

1 車門系統閉合力影響因素

影響車門系統閉合力的因素有很多，本文處所提到的影響因素單指在設計階段能夠規避的影響因素?？偨Y有要以下8 個影響因素：鉸鏈軸線布置、車門重心位置、鉸鏈空轉力矩、限位器結構、鎖體關閉過程中的作用力、密封條壓縮載荷、密封間隙設計、車門關閉過程中空氣阻力。

2 車門系統閉合力設計要求

2.1 鉸鏈軸線布置

鉸鏈軸線布置主要影響車門重心的抬升量。重心抬升后，車門關閉過程中，重力可以轉換為關門的助動力，能夠降低關門所用人力，能夠改善關門操作舒適性。但是如果重心抬升太高，將導致開門吃力，所以鉸鏈軸線的布置并非是一味增大重心抬升量，而是找到一個相對平衡的位置。影響車門重心抬升量的因素是車門鉸鏈軸線的傾角。由圖1 與圖2 可以看出，后傾與內傾都會導致車門重心抬升，但據此依然無法確定軸線傾角的范圍。

圖1 前后傾角對重心抬升量的影響

圖2 內外傾角對重心抬升量的影響

車門開關過程的舉升高度，是影響開關門時的操作感覺(可通過開關門操作力矩、能量分析)的關鍵因素。一般鉸鏈軸傾角的設計應滿足在開關門時，通過限位器中間檔位后，車門有自動打開關閉的趨勢。布置時應優化車門傾角，以滿足車門開關操作的舒適性要求，如圖3 所示。

圖3 內傾2.5°與前傾組合對重心抬升量

經分析鉸鏈軸前傾+內傾布置，車門舉升高度的變化趨勢，利于車門開關閉。但因周邊布置條件的限制，允許在此基礎上進行調整，例如：因為前門布置結構帶來的限制，后門鉸鏈軸線需要后傾。

鉸鏈軸傾角導致在車門閉合方向上有一個重力在關門方向上的助F，F=mg*sinα，其中α 為重力與重心和鉸鏈軸形成的平面的夾角，且 F 法向于該平面。重力分力矩=F*R。鉸鏈軸內傾導致車門開啟時重心抬高，重心變化導致的勢能差有利于車門閉合計算公式：Δ Ep=mg*Δh 。圖4 為三組較優組合對應重心抬升量、重力分力矩、重力勢能隨車門關閉的變化。

綜上分析總結，鉸鏈傾角應為：前傾1～2.5°，內傾1～2.5°，重心抬升高度10～25 mm。

2.2 車門重心位置

車門重心位置對閉合力的影響歸根結底是重力矩對開關門的助力影響。在重心抬升量不變的情況下，力臂越大，重力助力效果越明顯，所以車門重心應盡量遠離鉸鏈軸線。但重心位置與造型、布置等有很大關聯，所以在設計前期關注即可，不必刻意為之，如條件允許，盡可能使車門重心遠離鉸鏈軸線。

2.3 車門空轉力矩

鉸鏈空轉力矩是開關門過程的阻力矩，阻力矩越小越好。但是鉸鏈產品是軸和軸套的鉚接關系，為保證軸的同軸度，需要一定的鉚接力，所以空轉力矩是不可避免的。鉸鏈空轉力矩范圍：0.8～1.5 Nm。

2.4 限位器結構

限位器在車門開關過程中提供阻力矩，目的是為保證車門能夠在固定位置限位。限位阻力過大會導致車門開閉力增大，阻力過小車門無法限位，所以限位器的限位力應控制在一定范圍內，限位器開閉力值見圖5。根據車門開閉人機評價及車門駐坡限位要求，限位器限位力范圍為：35～40 N。

圖5 車門限位器開閉力

2.5 鎖體關閉過程作用力

車門的關閉過程中，通過鎖體與鎖扣之間的嚙合來達到車門關閉的目的，則在鎖體繞鎖扣轉動過程中，必然消耗動能。

圖6 所示為車門關閉過程中鎖體繞鎖扣嚙合過程的力與位移關系。減小此阻力有利于車門關閉，但此力與鎖體結構有關，無法克服，在鎖體產品技術要求中，應明確此力的范圍。例如，某車型鎖體與鎖扣嚙合過程中：力的變化10～45 N，運動距離20 mm。

圖6 克服鎖扣阻力和位移曲線

2.6 密封條壓縮載荷

車門密封條的壓縮載荷力在車門關閉過程中起很重要的作用，密封條要起到密封作用，需要有一定的壓縮力，所以密封條的壓縮載荷力應控制在一個范圍內。車門一般情況下有兩道密封條，分別為門洞條和門密封條，部分經濟型車型出于成本考慮，會取消門密封條，僅一道密封。密封條的壓縮載荷設計如下：門洞密封條載荷力：3±1.5 N/100 mm，門密封條載荷力：4±1.5 N/100 mm。