彭丹　劉晶　董寧偉

摘要：文章從工程可行性及車門性能方面考慮，簡(jiǎn)述了車門前期布置設(shè)計(jì)研究，包括玻璃面的擬合分析、鉸鏈的布置、分縫線的確定、門鎖的布置、限位器的設(shè)計(jì)、車門主次密封面設(shè)計(jì)，為車門的前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供可參考建議。

關(guān)鍵詞：車門設(shè)計(jì)；前期布置；汽車制造；車身制造；汽車質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U463 文章編號(hào)：1009-2374（2017）08-0126-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.061

1 概述

汽車制造業(yè)已經(jīng)成為全球性重要支柱產(chǎn)業(yè)，汽車車身制造又是汽車制造業(yè)中的一項(xiàng)最關(guān)鍵工程，隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，消費(fèi)者對(duì)汽車的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，轎車白車身的質(zhì)量直接影響到整車的外觀、性能和安全。車門是車身的重要組成部分，整車車門由車門鈑金件及車門附件、車門內(nèi)外飾及線束喇叭組成。車門的前期布置是車門設(shè)計(jì)前期需要考慮的工程輸入，為造型提供工程輸入并對(duì)造型進(jìn)行約束。設(shè)計(jì)的前期布置對(duì)車門的性能及整車的造型有非常重要的影響。本文著重介紹車門的前期布置對(duì)造型的工程輸入及車門的前期布置對(duì)車門性能的影響。

2 車門布置設(shè)計(jì)

車門的前期設(shè)計(jì)包含以下幾項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，這幾項(xiàng)內(nèi)容包含了車門的前期設(shè)計(jì)對(duì)造型的工程約束：門的玻璃面的工程輸入、鉸鏈軸線的確定、門的分縫線的確定、門的限位器的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)、前門鎖的布置、玻璃導(dǎo)軌的位置、門的框密封面的確定等，以上車門布置需要結(jié)合經(jīng)典截面、造型、總布置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.1 玻璃面擬合

汽車經(jīng)常采用單曲或雙曲面玻璃設(shè)計(jì)，車門玻璃沿此曲線的運(yùn)動(dòng)可以分解為兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)：豎直方向繞軸線的旋轉(zhuǎn)和水平方向的平移。規(guī)則的圓柱面可以充分滿足玻璃升降的要求，但規(guī)則柱面僅適用于運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榍€的單曲率玻璃。就雙曲率玻璃而言，玻璃在旋轉(zhuǎn)方向和側(cè)移方向均為曲線，但是當(dāng)雙曲率玻璃的軸線的曲率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻璃面的半徑，且運(yùn)動(dòng)行程始終處于圓環(huán)面的外側(cè)時(shí)，可近似認(rèn)為與圓環(huán)面重合，作為玻璃面的局部圓環(huán)面基本接近規(guī)則圓柱面，升降過(guò)程中玻璃面與圓環(huán)面的偏差很小。

門的玻璃面對(duì)造型的確定影響著門側(cè)的造型，車門截面的繪制以玻璃面為基準(zhǔn)確定門框密封面及造型A的相對(duì)關(guān)系，門腰線位置的玻璃曲率根據(jù)設(shè)計(jì)要求最小為R12000mm，后視圖方向玻璃曲率根據(jù)工程輸入的設(shè)計(jì)要求最小為R1200mm，考慮腰線位置水切的密封性及玻璃升降的穩(wěn)定性，玻璃面的中心軸線要求盡量平行于腰線設(shè)計(jì)。如圖1所示：

當(dāng)造型面確定后，結(jié)合截面確定，造型是否滿足總布置頭部空間，肩部空間和臀部空間設(shè)計(jì)等內(nèi)容后，可以進(jìn)行玻璃面的初步擬合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)擬合的玻璃面應(yīng)該與造型面偏差盡量較??；確定的玻璃導(dǎo)槽以及玻璃升降臂導(dǎo)軌的軌跡線，要能保證玻璃沿著設(shè)計(jì)的升降臂導(dǎo)軌升降過(guò)程中，玻璃前后端運(yùn)動(dòng)軌跡同玻璃導(dǎo)槽的各向間隙變化控制在一定的工程范圍之內(nèi)，玻璃理論運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中玻璃面與導(dǎo)軌卡膠條的面保持平行關(guān)系；玻璃從上止點(diǎn)下降到下止點(diǎn)過(guò)程中，在窗臺(tái)處不發(fā)生干涉?？紤]到水切的密封性及玻璃升降的穩(wěn)定性，理論實(shí)際玻璃面與窗臺(tái)位置的鈑金基本為偏置平行關(guān)系。玻璃下降過(guò)程中同車門內(nèi)外板間安裝的其他部件不干涉，包括與加強(qiáng)板、防撞桿及鎖側(cè)及鉸鏈的安裝螺母及內(nèi)外板的鈑金件不發(fā)生干涉，玻璃與其他部件的間隙校核一般在確定玻璃面后進(jìn)行其他零件的布置，前期布置需考慮鎖與導(dǎo)軌之間的間隙及防撞桿與玻璃之間的間隙是否滿足工程要求。

玻璃面確定后可以進(jìn)行玻璃引導(dǎo)線的設(shè)計(jì)，玻璃引導(dǎo)線的設(shè)計(jì)需要根據(jù)螺旋線是設(shè)計(jì)原則，確定玻璃導(dǎo)軌的傾角，此導(dǎo)軌的傾角與造型面相關(guān)，根據(jù)玻璃的引導(dǎo)線擬合玻璃運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)校核。

2.2 鉸鏈的布置

鉸鏈的布置影響到整個(gè)門的垂直剛度，限位器的限位和造型分縫的確定及門的開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)鉸鏈位置的尺寸鏈關(guān)系鉸鏈的安裝面離鉸鏈的圓角面及內(nèi)板圓角的大小和前面內(nèi)板的料后，涂裝空間要求及外板厚度，鉸鏈的安裝面最門板外表面位置需要離外造型面最小距離，鉸鏈傾角視圖如圖2所示，后視圖表示鉸鏈傾角為內(nèi)傾，側(cè)視圖表示鉸鏈傾角為前傾或是后傾。

為了滿足垂直剛度要求，鉸鏈布置靠向方向?qū)﹂T的垂直剛度有利，同時(shí)鉸鏈軸線的分布律與車門的長(zhǎng)度建議比值為1/3。鉸鏈分布律及車門長(zhǎng)度如圖2所示，如果鉸鏈的分布律相對(duì)門的長(zhǎng)度過(guò)大會(huì)直接導(dǎo)致門的垂直剛度不足問(wèn)題，同時(shí)為了滿足垂直剛度要求，彌補(bǔ)鉸鏈的布置缺陷，需增加鉸鏈加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，間接導(dǎo)致門增重或超重。

考慮到減小關(guān)門力，一般通過(guò)布置鉸鏈傾角的設(shè)計(jì)來(lái)提高門的自關(guān)趨勢(shì)，因此將傾角設(shè)計(jì)為內(nèi)傾及后傾，此時(shí)開(kāi)關(guān)過(guò)程中門的運(yùn)動(dòng)軌跡為向Z方向抬升的一條弧線，內(nèi)傾角和后傾角的角度范圍一般在0°～3°之間。如果低成本車型使用橡膠彈簧限位器的情況下一般考慮將鉸鏈傾角的綜合角度設(shè)計(jì)為0°～3°以內(nèi)，因?yàn)閮?nèi)傾角及后傾角同時(shí)設(shè)計(jì)值較大的情況下會(huì)導(dǎo)致門打開(kāi)的過(guò)程中抬升量過(guò)大，一般門抬升量要求在40～60mm之間，如果門的抬升量過(guò)大直接導(dǎo)致開(kāi)門力過(guò)大及門在關(guān)門的過(guò)程中由于抬升量過(guò)大而導(dǎo)致門的自關(guān)趨勢(shì)嚴(yán)重，限位器的一級(jí)限位器不明顯，限位器的一檔限位器失效或?qū)е孪尬黄鞯氖褂脡勖兌?，為了彌補(bǔ)以上的設(shè)計(jì)缺陷，需將橡膠彈簧限位器換成金屬?gòu)椈上尬黄?，此時(shí)需增加零件成本。

此外，也可將鉸鏈的傾角設(shè)計(jì)為內(nèi)傾或前傾，前傾角度一般在0°～3°以內(nèi)，但是不會(huì)將傾角設(shè)計(jì)成外傾狀態(tài)，當(dāng)鉸鏈的傾角為外傾時(shí)，開(kāi)門過(guò)程中，門的運(yùn)動(dòng)軌跡為下沉過(guò)程，關(guān)門過(guò)程中人需要克服車門的重力做工會(huì)導(dǎo)致關(guān)門力過(guò)大。

2.3 門分縫線的確定

鉸鏈的傾角確定后需要根據(jù)鉸鏈的位置及鉸鏈位置的標(biāo)準(zhǔn)斷面確定門分縫，門的分縫是工程對(duì)造型的工程需求。門的分縫一般設(shè)計(jì)在前后限制線中間位置。前限制線，防止門在全開(kāi)狀態(tài)的時(shí)候，鉸鏈運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中鉸鏈和A柱干涉，或后側(cè)門打開(kāi)的過(guò)程中后側(cè)門鉸鏈與B柱干涉；后限制線的作用是防止打開(kāi)的過(guò)程中門和翼子板發(fā)生干涉或是后側(cè)門打開(kāi)的過(guò)程中與前側(cè)門發(fā)生干涉情況。

以下簡(jiǎn)述基于UG模型的門前后分縫線的做法，如圖3所示，后限制線根據(jù)DCS定義的間隙段差要求，調(diào)整側(cè)門鉸鏈位置斷面的分縫沿X，Y軸方向移動(dòng)即是向車前和車外方向移動(dòng)前門（例如通用標(biāo)準(zhǔn)：X=-0.75mm，Y=-0.75mm）；側(cè)門在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，前門（后側(cè)門）與翼子板（前門）的最小間隙為0.3mm；將翼子板向垂直于翻邊的方向移動(dòng)，過(guò)門外板圓角和移動(dòng)后翼子板翻遍兩個(gè)相切的點(diǎn)做兩個(gè)圓，兩個(gè)圓的半徑大小不一樣，如一個(gè)圓半徑為25mm，另外一個(gè)圓的半徑為75mm，最后確定兩個(gè)圓的圓心，將半徑為75mm圓的圓心移動(dòng)到與半徑為25mm圓圓心的位置同時(shí)將外板與翼子板分縫兩個(gè)截面同時(shí)移動(dòng)，連接截面的分縫尖點(diǎn)位置得出截面的SWING K曲線，將曲線沿著鉸鏈軸線的方向掃掠得出掃掠面，掃掠面與外造型的交線為后限制線。

前限制線的原理是鉸鏈開(kāi)度到最大狀態(tài)情況下門和鉸鏈及側(cè)圍之間的安全間隙值作為一個(gè)限制面。到極限狀態(tài)情況下與側(cè)圍和門基于UG模型的前限制線的做法，是在鉸鏈軸線和鉸鏈位置確定的前提下，確定運(yùn)動(dòng)件和側(cè)圍及鉸鏈安裝面的安全距離，安全距離根據(jù)各個(gè)公司的要求可能會(huì)有所差異。將側(cè)圍安裝面向外偏離4mm，鉸鏈安裝面的側(cè)圍側(cè)螺栓為最高點(diǎn)，將最高點(diǎn)位置向車外偏離2.5mm，鉸鏈的上下兩個(gè)面向上及向下方向偏3mm，連接幾限制面，將限制面沿著鉸鏈旋轉(zhuǎn)鉸鏈的理論開(kāi)度加過(guò)沖角度（如理論角度為68°，過(guò)沖角度為4°，則限制面沿著鉸鏈軸線反向旋轉(zhuǎn)72°），此時(shí)限制面與外造型面的交線為前限制線，如果后側(cè)門有假邊設(shè)計(jì)需要，做前限制線的時(shí)候需要考慮到門的假邊設(shè)計(jì)。

以上前后限制線的做法理論上將造型面當(dāng)成是一個(gè)XZ方向的平面，但是實(shí)際上造型面為一個(gè)弧面，因此前后限制線存在一定的偏差，確定分縫后需要根據(jù)鉸鏈軸線和鉸鏈位置重新進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核。

前后限制線沒(méi)有相交的情況下可以根據(jù)現(xiàn)有的造型面做出前后側(cè)門的分縫位置，如果出現(xiàn)前后限制線相交的情況需要考慮調(diào)整鉸鏈或是鉸鏈的傾角或是更改造型面的設(shè)計(jì)。鉸鏈軸線的確定是反復(fù)的工作，需要進(jìn)行反復(fù)的校核確定。

2.4 限位器的布置

造型階段用基本外表面布置限位器，然后在確定模型之前確認(rèn)限位器運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中與周邊零件的間隙是否滿足設(shè)計(jì)要求，如有必要提出變更造型的要求。

根據(jù)門的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)要求，前門限位器的軸線需要和鉸鏈軸線是平行關(guān)系，并且限位器的安裝面與限位器的軸線和鉸鏈軸線是平行關(guān)系。限位器一般布置在上鉸鏈和下鉸鏈之間靠上的位置，但是由于門鉸鏈安裝面位置需考慮門主密封面的走向和線速的布置的影響，同時(shí)需要考慮限位器的運(yùn)動(dòng)安全間隙的要求，限位器的布置會(huì)偏上或者偏下一些。限位器的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)需要和門內(nèi)板及導(dǎo)軌，玻璃及膠條之間保持一定的安全間隙。

限位器旋動(dòng)軸線應(yīng)與鉸鏈軸線平行，制造的偏差必須在1°以內(nèi)，以防止限位臂表面和支架側(cè)面發(fā)生異響。鉸鏈中心與限位器回轉(zhuǎn)中心相對(duì)位置：在設(shè)計(jì)布置時(shí)，盡量使限位盒的位置靠近車門內(nèi)板邊沿，同樣限位器的旋轉(zhuǎn)中心布置時(shí)也盡量向車內(nèi)靠近，即盡量使車門限位器的布置位置遠(yuǎn)離車門鉸鏈中心線，越大越好，目的是增大車門限位器的力矩（力臂一般≥60mm，范圍為60～90mm之間）。以便于車門限位器在工作時(shí)，只要求較小的摩擦力，從而提高車門限位器的使用壽命，降低開(kāi)發(fā)難度。

車門限位器主臂的曲線在實(shí)際的設(shè)計(jì)中一般通過(guò)作圖法，擬合出代表車門限位器主臂形狀的中心線如圖4所示。根據(jù)限位器位置的斷面，將斷面移動(dòng)到布置的鉸鏈軸線的位置，確定鉸鏈軸心及限位器軸心，連接限位器軸心和限位器滑塊中心線終點(diǎn)，將限位器中心連線與滑塊中心沿著鉸鏈軸線旋轉(zhuǎn)到限位器的開(kāi)度68°，將開(kāi)度均分為17等分，沿著限位器中心線畫(huà)17個(gè)圓，把第一個(gè)圓的限位器中心與滑塊中心連線移動(dòng)到滑塊中心線與每個(gè)圓的交點(diǎn)位置，再依次移動(dòng)連接，最終完成限位器拉桿的中心線，光順此曲線得到限位器主臂的中心線。

2.5 鎖體的布置

車門鎖是關(guān)系到車門安全性的一個(gè)重要的裝置，在門總成的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中起到導(dǎo)向和定位的作用。

門鎖體的布置只要滿足切線理論如圖5所示，門鎖的理想高度位置應(yīng)該是居于鉸鏈軸線的中心垂直面，使得門鉸鏈與門鎖三點(diǎn)構(gòu)成等腰三角形，或者與門總成的中心在同一水平線上，鎖扣的鎖止銷的延長(zhǎng)線與鉸鏈軸線相交，通常交角70°≤?≤90°，鎖扣的主中心面與繞鉸鏈軸心旋轉(zhuǎn)形成的錐面相切。在校核鎖的位置時(shí)應(yīng)該注意鎖扣在理論狀態(tài)時(shí)與鎖舌保持0.2～0.5mm的間隙。

考慮的側(cè)圍鎖安裝面成型性，鎖體安裝面的理論法線位置可以偏離1°左右，側(cè)圍鎖體安裝面的最小拔模角保證3°。

在進(jìn)行鎖的位置的布置的時(shí)候，需要考慮門的下沉量。

2.6 車門密封設(shè)計(jì)

門的前期布置確定后，可以根據(jù)項(xiàng)目的斷面初步確定門內(nèi)板的結(jié)構(gòu)，根據(jù)斷面與鈑金的尺寸關(guān)系確定主次密封膠條的密封面走向，一般要求密封面的走向光順，光順的密封面有利于整個(gè)門系統(tǒng)的密封、防水防塵、隔音美觀等性能。密封面的設(shè)計(jì)需要充分考慮膠條的斷面的壓縮尺寸要求、膠條的搭接面的角度要求及搭接面的密封尺寸要求。

門側(cè)的主密封面的設(shè)計(jì)需要根據(jù)膠條與門內(nèi)板的搭接關(guān)系、門的關(guān)門方向及膠條的壓縮方向確定，鈑金的間隙不符合膠條壓縮斷面要求容易導(dǎo)致門系統(tǒng)漏水漏灰及膠條磨損、關(guān)門力大等問(wèn)題出現(xiàn)。鉸鏈門的前門的A柱及后側(cè)門的B柱的膠條的設(shè)計(jì)，門的關(guān)門方向一致，門的關(guān)門方向決定膠條的壓縮方向及膠條的唇邊與門內(nèi)板的搭接關(guān)系，膠條只有一個(gè)方向的唇邊與門板件搭接。前門的B柱及后側(cè)門的C柱位置門的關(guān)門方向和膠條的壓縮方向一致，膠條與門的搭接關(guān)系為膠條的兩個(gè)面的唇邊需要同時(shí)與門內(nèi)板搭接，具體截面要求如圖6所示，膠條與門內(nèi)板的搭接面位置需要預(yù)留足夠的膠條唇邊搭接面，膠條在側(cè)圍的壓縮面需要給膠條預(yù)留足夠的空間，膠條的搭接關(guān)系影響整個(gè)門系統(tǒng)的密封性，門內(nèi)板的鈑金設(shè)計(jì)需要滿足截面膠條與門鈑金及側(cè)圍的搭接尺寸要求才能保證整個(gè)門體統(tǒng)的密封及門系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)門力的大小。另外，鎖側(cè)和窗框位置的膠條的密封面設(shè)計(jì)遵循相同的設(shè)計(jì)原則。

2.7 車門前期布置其他內(nèi)容

除了上述內(nèi)容外，車門的前門布置還涉及斷面、門的外開(kāi)手柄的位置及門內(nèi)板的沖壓深度等內(nèi)容，如外開(kāi)手柄的位置離門框邊緣的距離需考慮客戶開(kāi)關(guān)門的方便性及安全性。外開(kāi)手柄的特征位置尺寸設(shè)計(jì)需要考慮手部操作的方便性。

斷面階段門內(nèi)板的沖壓深度設(shè)計(jì)需要考慮到?jīng)_壓的可行性，一般沖壓深度最深位置為前后側(cè)門分縫位置及輪罩的分縫位置，門內(nèi)板可能的拉延深度是150～160mm，理想的沖壓深度為小于135mm，所以要考慮門外板和側(cè)圍密封面、內(nèi)飾板、肩部空間等，成形深度是否可行。如果不可以，需要總布置、工程、造型、工藝一起討論，并找出解決方案。如有必要，要求更改造型和總布置尺寸。

需要根據(jù)X斷面確定是否滿足總布置空間要求，上窗框位置截面確定分縫位置車身與車門的斷差車身和門窗玻璃的斷差最大10mm，0～2mm的斷差對(duì)風(fēng)噪和外觀更為有利，造型初期工程需要提出輸入條件，確定門框時(shí)需要決定斷差。

3 前期布置完成后的車門設(shè)計(jì)

車門的設(shè)計(jì)完成前期布置后，根據(jù)各個(gè)區(qū)域的輸入，布置門內(nèi)板結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)板位置結(jié)構(gòu)，門設(shè)計(jì)要求滿足基本的設(shè)計(jì)間隙要求同時(shí)滿足四大工藝的要求，包括沖壓可行性、焊接可行性、涂裝防銹性能及總裝裝配空間要求。滿足工藝要求的同時(shí)，門的設(shè)計(jì)需要根據(jù)CAE輔助分析結(jié)果滿足車門的模態(tài)、剛度強(qiáng)度及抗凹方面的性能要求。

4 結(jié)語(yǔ)

車門的前期設(shè)計(jì)基于工程要求對(duì)造型的可行性分析、車門的垂直剛度考慮、車門的運(yùn)動(dòng)校核、車門的密封性等綜合分析，本文主要簡(jiǎn)述了玻璃面的擬合分析、鉸鏈的布置、分縫線的確定、門鎖的布置、門限位器的設(shè)計(jì)、車門主次密封面的側(cè)圍輸入。為車門的前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供可參考建議，車門的設(shè)計(jì)是一個(gè)需同時(shí)滿足工藝及性能的復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)，在遵循基本的設(shè)計(jì)原則的前提下需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：彭丹（1984-），女，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，碩士，研究方向：車門結(jié)構(gòu)及車門系統(tǒng)布置。

（責(zé)任編輯：小 燕）