張凱鵬，馬玉金

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

隨著重型商用車技術(shù)的發(fā)展，客戶對(duì)車輛高端化、精細(xì)化和舒適性要求越來(lái)越高，車門關(guān)閉品質(zhì)作為影響乘員駕乘感受的一項(xiàng)主要性能指標(biāo)，用戶對(duì)其關(guān)注度越來(lái)越高，要求車輛有厚重的關(guān)門聲、良好的密封性以及輕便、靈活的關(guān)閉性能，車門關(guān)閉阻力的優(yōu)化也是重卡產(chǎn)品開發(fā)的難點(diǎn)之一，其優(yōu)化方法的研究對(duì)車輛性能提升有重要意義。

1 車門關(guān)閉阻力產(chǎn)生機(jī)理和影響因素

重型商用車車門的關(guān)閉力可分為兩種：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)關(guān)閉力，靜態(tài)關(guān)閉力影響因素主要包括車門密封條反彈力和門鎖閉合力；動(dòng)態(tài)關(guān)閉力影響因素，包括：空氣壓縮阻力、密封條反彈力、車門鉸鏈、限位器摩擦阻力、門鎖閉合力和車門后傾及內(nèi)傾的重力分力，其中空氣阻力、密封條反彈力和門鎖閉合力是影響車門關(guān)閉阻力的主要因素。

針對(duì)某公司生產(chǎn)的重卡產(chǎn)品存在關(guān)門沉重、關(guān)閉力大問題，首先采用試驗(yàn)方法對(duì)車門關(guān)閉阻力進(jìn)行測(cè)試，識(shí)別各影響因素對(duì)車門關(guān)閉力的影響情況，汽車行業(yè)常采用加能炮對(duì)車門關(guān)閉時(shí)的能量損耗進(jìn)行測(cè)量，某重卡車門各影響因素能耗結(jié)果見表1。

表1 各影響因素產(chǎn)生能耗占比

1.1 密封條反彈力

由于車門密封條一般采用具有彈性的塑料制品且斷面屬于空腔結(jié)構(gòu)，車門密封條的反彈力主要是車門關(guān)閉過(guò)程中密封條壓縮對(duì)車門產(chǎn)生的反向作用力，影響密封條壓縮力主要包括：密封條的材料、密度、斷面以及車門與側(cè)圍密封間隙，車門密封條反彈力一般占到車門關(guān)閉阻力的40%-50%，可以通過(guò)密封條的壓縮負(fù)荷計(jì)算出來(lái)，但是需要有幾個(gè)假設(shè)條件（1）車門關(guān)閉時(shí)門框與密封條垂直壓縮；（2）密封條壓縮量不大于10mm，重卡一般為7-8mm；（3）密封條沿車門周邊受壓力是均勻的。

一般對(duì)于密封條的力學(xué)特性采用壓縮負(fù)荷或壓變力來(lái)表示，通常取100mm 密封條壓縮到一定壓縮量的力值；一般重卡車門采用兩道密封條，分別是門洞密封條和頭道密封條，且頭道密封條的斷面不止一種，故頭道密封條的反彈力需分段計(jì)算，密封條反彈力：

其中，P 代表不同密封條的壓縮負(fù)荷，L門、L頭1、L頭2、L接分別為門框條的長(zhǎng)度、頭道1 斷面的長(zhǎng)度、頭道2 斷面的長(zhǎng)度、頭道接角的長(zhǎng)度。上述計(jì)算方法為理論計(jì)算方法，但通常密封條反彈力多采用試驗(yàn)方法測(cè)得，測(cè)量時(shí)應(yīng)拆除門洞上的鎖扣，并進(jìn)行多次測(cè)量取平均值，且門洞與側(cè)圍間隙尺寸偏差較小。

1.2 空氣阻力

車門在關(guān)閉過(guò)程中密封條與密封面接觸壓縮，當(dāng)密封條壓縮至極限位置時(shí)，壓縮駕駛室內(nèi)空氣，車廂內(nèi)部空氣壓力增大，對(duì)車門產(chǎn)生反向力。針對(duì)空氣壓縮阻力可采用近似方法進(jìn)行計(jì)算，但在計(jì)算之前必須假設(shè)駕駛室內(nèi)部完全密封的空間。

壓縮時(shí)駕駛室內(nèi)氣壓：

其中：V 為駕駛室內(nèi)空氣容量，P 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，S 為車門迎風(fēng)面積，v 為車門中心瞬時(shí)速度。

車門所受空氣阻力：

從公式中可以看到，車門的迎風(fēng)面積對(duì)車門關(guān)閉阻力影響較大，同時(shí)駕駛室內(nèi)部空間越大，空氣壓縮阻力越小，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初應(yīng)考慮這些因素。

1.3 門鎖的閉合力

關(guān)門過(guò)程中門鎖舌與鎖扣嚙合產(chǎn)生阻力，正常狀態(tài)下門鎖鎖止有兩檔，門鎖的關(guān)閉力也多采用試驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)應(yīng)拆除密封條，多次測(cè)量取平均值。

1.4 限位器過(guò)檔力

車門限位器的作用主要是為了限制車門開度且對(duì)車門開閉舒適性及安全性有重要作用，停泊在坡道且車門打開時(shí)，打開車門時(shí)，保證車門至少停留在某一檔位不關(guān)閉；同時(shí)在開關(guān)車門時(shí)具有良好的手感。

關(guān)閉車門時(shí)，限位器殼體在臂桿上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)凹槽時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)檔力。通過(guò)實(shí)車調(diào)查分析，限位器過(guò)檔力對(duì)車門關(guān)閉力整體影響較小。

1.5 鉸鏈旋轉(zhuǎn)阻力

車門開啟和關(guān)閉時(shí)，以上下鉸鏈軸為中心軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要克服鉸鏈軸與軸套間存在摩擦阻力。重型商用車設(shè)計(jì)扭矩為0.5Nm～3Nm，試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)鉸鏈旋轉(zhuǎn)阻力對(duì)車門關(guān)閉力整體影響較小。

1.6 其他影響因素

車門鉸鏈軸線的布置也會(huì)影響車門關(guān)閉阻力，鉸鏈軸線向內(nèi)、向后傾斜會(huì)產(chǎn)生有利于車門關(guān)閉的力矩；另外車門系統(tǒng)各零部件精度和可靠性會(huì)影響產(chǎn)品一致性，導(dǎo)致車門關(guān)閉力和關(guān)閉品質(zhì)不能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的效果，在生產(chǎn)和工藝環(huán)節(jié)應(yīng)加以控制。

2 優(yōu)化措施

某商用車車門關(guān)閉力偏大，對(duì)客戶的體驗(yàn)以及保持產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有影響，故根據(jù)識(shí)別的影響因素進(jìn)行優(yōu)化，主要從密封條、門鎖及排氣閥結(jié)構(gòu)等進(jìn)行優(yōu)化，提升關(guān)閉聲品質(zhì)同時(shí)降低關(guān)閉阻力。

2.1 密封條斷面優(yōu)化

密封條反彈力主要是關(guān)門時(shí)密封條的壓縮變形和密封條內(nèi)部的空氣壓縮引起的反作用力，可以通過(guò)優(yōu)化密封條斷面結(jié)構(gòu)和材料密度減小壓縮力，同時(shí)要保證車門的密封性，可采用CAE 分析方法對(duì)密封條壓變力進(jìn)行分析，以達(dá)到優(yōu)化壓縮力的目的。優(yōu)化后前后門密封條斷面結(jié)構(gòu)及CAE 分析結(jié)果如圖1 和圖2 所示。

圖1 優(yōu)化前后車門密封條斷面結(jié)構(gòu)

圖2 密封條壓變力CAE 分析對(duì)比

優(yōu)化密封條斷面后，頭道和門洞密封條壓變力分別從原來(lái)的4.07 N/100mm、9.8N/100mm 分別下降至3.34N/100mm和8.03N/100mm，力值下降約22%。

2.2 排氣閥結(jié)構(gòu)

通過(guò)在駕駛室后圍設(shè)計(jì)兩排氣單向閥結(jié)構(gòu)，排氣閥尺寸120mm×60mm，以減小車門關(guān)閉時(shí)空氣壓縮阻力，如圖3所示。增加排氣閥后，駕駛室車門關(guān)閉力降低約13%。

圖3 排氣單向閥

2.3 門鎖結(jié)構(gòu)優(yōu)化

門鎖主要通過(guò)優(yōu)化鎖體內(nèi)部鎖舌控制彈簧尺寸和材料，降低鎖體與鎖扣半鎖和全鎖狀態(tài)下嚙合阻力，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在取消限位器和密封條情況下對(duì)門鎖嚙合阻力進(jìn)行測(cè)試，全鎖狀態(tài)下阻力下降8N，同比降低45.7%，鎖體更改前后結(jié)構(gòu)如圖4 所示。優(yōu)化前后限位器三檔力值如表2 所示。

圖4 鎖體更改前后結(jié)構(gòu)

2.4 限位器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖5 限位器更改前后結(jié)構(gòu)對(duì)比

為了降低限位器過(guò)檔力，對(duì)限位臂凹槽形狀及限位臂材料進(jìn)行優(yōu)化，限位臂和外包塑件采用分體式結(jié)構(gòu)，在確保檔位清晰的同時(shí)降低過(guò)檔力，優(yōu)化前后限位器結(jié)構(gòu)如圖5 所示，限位器3 檔轉(zhuǎn)動(dòng)力矩值見表2。

表2 限位器優(yōu)化前后轉(zhuǎn)動(dòng)力矩

2.5 其它改進(jìn)措施

由于車門鉸鏈對(duì)車門關(guān)閉阻力影響較小，本文未介紹鉸鏈優(yōu)化過(guò)程，另外由于車門旋轉(zhuǎn)軸線更改會(huì)影響車門整體布置及開閉過(guò)程中與周邊零部件間隙，故未對(duì)軸線布置進(jìn)行優(yōu)化，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段都應(yīng)考慮這些因素；另外對(duì)于車門系統(tǒng)零部件及裝配精度的控制雖然不是優(yōu)化車門關(guān)閉阻力的措施，但卻對(duì)車門關(guān)閉力和車門關(guān)閉的感官品質(zhì)有很大影響。

3 結(jié)論

（1）重卡駕駛室設(shè)計(jì)時(shí)可以先通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)影響車門關(guān)閉阻力的密封條反彈力和空氣壓縮阻力進(jìn)行估算，并進(jìn)行優(yōu)化；（2）密封條設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)CAE 分析對(duì)斷面進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分應(yīng)用計(jì)算手段達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的；（3）另外若結(jié)構(gòu)允許，車身應(yīng)增加單項(xiàng)排氣閥以減小空氣壓縮阻力；（4）另外在車門系統(tǒng)布置時(shí)應(yīng)充分考慮鉸鏈軸線布置角度，以改善車門關(guān)閉阻力。（5）產(chǎn)品開發(fā)階段還應(yīng)充分考慮限位器的結(jié)構(gòu)，不同類型的限位器和結(jié)構(gòu)對(duì)車門關(guān)閉力會(huì)有一定影響。