王斌，修紅芳

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車門關閉力的優(yōu)化設計

王斌，修紅芳

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

車門關閉力是客戶對車輛品質最直接、主觀的感受，文章總結出影響車門關閉力的六個因素，并識別出氣阻和密封條是影響車門關閉力的兩大主要因素。文章基于密封條的優(yōu)化改進，對密封條的斷面進行了優(yōu)化設計，并利用CAE軟件進行理論分析，通過對密封條斷面的優(yōu)化設計和車門內間隙的調整，成功優(yōu)化了某款轎車的車門關閉力，同時也可以為相關設計及整改提供一個參考。

車門關閉力；密封條；優(yōu)化設計

1 車門關閉力概述

身的匹配設計關系，確定影響車門關閉力的主要因素，通過基于標準車門內間隙情況下的車門密封條的優(yōu)化設計，成功優(yōu)化了某款轎車車門關閉力大的問題。

圖1 關門輕便性影響因素

轎車車門關閉輕便性是評價轎車車門設計和汽車使用性能的重要指標之一，一直以來受到各大汽車制造廠商及客戶的關注。對于汽車廠商來說，關門力過大是在設計制造過程中必然遇到的問題之一；對于顧客而言，開、關門力會給顧客留下車輛質量好壞和檔次高低的印象，汽車車門關閉過程是否平順，是否沉重，密封性能是否良好，關閉是否輕便、靈活都是用戶感受頻次和關注程度較高的項目。

根據(jù)JD.power的新車質量調研，開、關門力超重始終是顧客抱怨最多的質量問題之一。本文從結構上分析車門與車

在車門密封子系統(tǒng)中，車門關閉力是多種因素共同作用的結果，它們包括氣阻效應、密封條、鉸鏈、限位器、門鎖、以及車門重力等。影響車門關閉力的因素見圖1。

每一種因素對車門關閉輕便性具有不同程度的影響，下面將闡述各因素的影響。

1.1 氣阻效應

由于車門與車身的配合關系及密封條的作用，在車門關閉后，若不考慮駕駛室通氣裝置，則駕駛室基本上形成一個充滿空氣的密閉空間。福特公司的相關研究表明，車門關閉時氣阻效應產生的能量損失占到整個關門能量消耗的30%～50%。

在車窗關閉的情況下車門快速關閉的過程中，可以認為是一個壓縮空氣的過程。由于在空氣擠壓瞬間車門的位移量很小，這一個過程可以近似的采用理想氣體狀態(tài)方程描述：

上式中P0為標準大氣壓，Pi為車門關閉時駕駛室內氣體壓力，V0為車門關閉前駕駛室容積空間（密封條未壓縮空間），Vi為車門關閉后駕駛室空間（密封條已被壓縮）。

設車門的迎風面積為A0，車門關閉過程中，膠條最大壓縮量為Si，則車內空間產生的空氣阻力增量為 ：

空氣阻力在這個過程中所做的功為：

圖2 密封條的CLD曲線

1.2 密封條的影響

密封條在車門關閉時起到緩沖作用，同時也實現(xiàn)了車輛的內部空間與外部的隔離，在旋轉式的車門中，密封條對車門關閉性能的影響很大。福特汽車公司的研究試驗表明，轎車車門關閉時密封條吸收了很大一部分的關門能量，占到整個關門能量消耗的30%～50%。車門運動從接觸密封條到完全鎖住這個過程中，密封條泡管受到一定程度的擠壓，由于密封條的泡管結構是中空的，在密封條壓縮過程中容易產生氣墊現(xiàn)象而使鈑金與密封條之間的動態(tài)反作用力增大，在實際應用中密封條設置間隔規(guī)律的排氣孔，以減小密封條的氣墊效應。密封條對車門關閉力的影響大小與其材料的特性、密封方式、排氣孔的數(shù)量位置及車門與車身之間的內間隙有關。密封條材料的特性是由它的斷面幾何形狀和壓縮-負荷變形曲線（CLD曲線，見圖2）來決定的，而車門與車身的內間隙涉及到的因素比較復雜，包括車門結構、車門的加工質量、車門裝配誤差和車門運動過程中的變形等，為此車門密封條的設計既要保證一定程度欠壓時的密封性又要保證過壓時壓縮負荷不會急劇增大。

1.3 限位器的影響

限位器是控制車門開度的機構，通常限位器有二至三個不同的檔位控制車門穩(wěn)定的維持在不同的開度（如圖 3所示），某款轎車一檔車門開度為35°，二檔車門開度為65°。

在車門關閉的過程中，限位器會提供一個阻力矩，車門每越過一檔，就須越過限位的限制，每一個過程都將消耗車門關閉能量的一部分。

圖3 限位器檔位

1.4 鉸鏈與車門重力的影響

鉸鏈軸傾角

1）內外傾角 鉸鏈軸線在x=0平面上的投影與z軸之間的夾角，一般內或外傾角不超過 3°，如果造型許可，盡可能內傾（如圖4-1所示）。

2）前后傾角 鉸鏈軸線在y=0平面上的投影與z軸之間的夾角，一般前或后傾角不超過 3°，如果造型許可，盡可能后傾（如圖4-2所示）。

圖4

在鉸鏈傾斜角度和車門重力的共同作用下，車門在關閉過程中重力的分力是提供車門關閉的能量，有利于車門關閉，而鉸鏈的摩擦力是阻礙車門關閉的。本文中的某款車輛前門鉸鏈軸線內傾和后傾角度都為0度，從設計上就無法利用車門重力改善車門關閉輕便性，且由于車輛已定型，后續(xù)改動的代價及周期太大，無法進行更改。

1.5 門鎖作用力

門鎖系統(tǒng)由安裝在車門上的鎖體總成和安裝在車身上的鎖鉤組成，在車門關閉過程中，鎖體與鎖鉤碰撞反作用力做功會消耗一部分能量，從而影響車門關閉輕便性。

以上六種因素影響車門的關閉輕便性，根據(jù)相關汽車公司的研究及相關科研機構的試驗數(shù)據(jù)得知：氣阻效應及膠條壓縮力是影響車門關閉力的兩大重要要素。

2 基于密封條結構的車門關閉力優(yōu)化

某款轎車在試制期間，四門關閉力過大，尤其兩個前門關門反彈，需要用很大力才能關閉。嚴重影響消費者的使用及主觀感受，對該車輛的品質是個極大的損害。

從上面的分析我們可以看出，密封條和氣阻效應對車門關閉輕便性的影響最大。但車身結構設計完成后，車廂的容積已經確定，且該車在行李艙左后側已增加通風口，考慮到NVH及密封性、結構變動的周期成本等，因而很難再通過改變氣阻來達到降低關閉力的目的，無改善優(yōu)化的可能。其余四個因素（限位器、鉸鏈、門鎖、車門重力）影響不大且現(xiàn)階段無整改優(yōu)化的可能，因而，車門密封條的優(yōu)化設計就成為優(yōu)化該車車門關閉力的至關重要的因素。

密封條對車門關閉力的影響來源于其材料的特性、密封方式及車門與車身之間的內間隙。而材料的特性又是由它的斷面幾何形狀和壓縮-負荷變形曲線來決定的。

該款轎車車門是兩道膠條密封，在對該轎車膠條進行優(yōu)化設計時，需要分別考慮頭道密封條的優(yōu)化及門框密封條的優(yōu)化。

優(yōu)化思路：

1）通過結構優(yōu)化及CAE輔助，得到既滿足密封要求又能減小壓縮負荷的結構；

2）通過合理增加排氣孔減少氣墊的影響。

2.1 頭道密封條優(yōu)化

該轎車車門頭道密封條斷面分析：頭道密封條共三個斷面，以下稱作P1、 P2、P3斷面（如圖5所示）；在這三個斷面中，P1斷面及P2斷面都是直接起車門密封作用的斷面，而 P3斷面為前后窗框之間的裝飾、密封斷面，對車門關閉力無影響。

圖5 某款頭道膠條及斷面

經過對現(xiàn)有膠條數(shù)模斷面與車身數(shù)模的匹配分析及密封條CAE分析，發(fā)現(xiàn)有優(yōu)化的空間，下圖（圖6）A-D是結合前門、中門的配合狀態(tài)對P1斷面進行的優(yōu)化，E-H是結合前門中門與側圍的配合狀態(tài)對P2斷面進行的優(yōu)化（綠色為原始斷面，紅色為優(yōu)化后的斷面）。

圖6 頭道膠條斷面優(yōu)化

為驗證優(yōu)化后的斷面是否既滿足密封性的要求又能降低車門的關閉力，利用CAE分析軟件對優(yōu)化前后的P1、P2斷面分別進行對比分析，形成優(yōu)化前后頭道膠條的CLD曲線對比圖。

1）P1斷面CAE分析

圖7-1為欠壓2mm時的CLD圖，上圖為原數(shù)模的壓縮-負荷：2.52N／100mm，下圖為優(yōu)化斷面的壓縮-負荷：2.18 N／100mm，經過比較分析，壓縮后接觸面積一樣，壓縮負荷比原設計小。

圖7-2為理論設計狀態(tài)下關門時的CLD圖，上圖為原數(shù)模的壓縮-負荷：4N／100mm,下圖為優(yōu)化斷面數(shù)模的壓縮-負荷：3.8N／100mm，經過比較分析，接觸面積一樣，壓縮負荷比原設計小。

圖7-3為過壓2mm時的CLD圖，上圖為原數(shù)模的壓縮-負荷：5.65N／100mm，下圖為優(yōu)化斷面的壓縮-負荷：5.83 N／100mm，經過比較分析，接觸面積一樣，壓縮負荷比原設計稍大。

優(yōu)化前后P1斷面的壓縮-負荷變形曲線（CLD曲線）見圖7-4，通過CLD曲線發(fā)現(xiàn)，新設計斷面與原設計斷面密封性一致，而關閉力在正常間隙下稍小,且新斷面經工藝分析能有效提高產品擠出穩(wěn)定性。故按新斷面進行優(yōu)化。

2）P2斷面CAE分析

圖7-5為欠壓2mm時的CLD圖，上圖為原數(shù)模的壓縮-負荷：2.85N／100mm，接觸面積為1.7mm,下圖為優(yōu)化斷面壓縮-負荷：1.84N／100mm,接觸面積為 3.2mm，經過比較分析，優(yōu)化斷面接觸面積大，而壓縮負荷比原設計小。

圖7-6為理論設計狀態(tài)下關門時的CLD圖，上圖為原數(shù)模的壓縮-負荷：3.76N／100mm，接觸面積為 2.5mm，下圖為優(yōu)化斷面壓縮-負荷：2.6N／100mm，接觸面積為3.9mm，經過比較分析，優(yōu)化斷面接觸面積大，而壓縮負荷比原設計小。

圖7-7為過壓2mm時的CLD圖，上圖為原數(shù)模的壓縮-負荷：4.5N／100mm，接觸面積為3.3mm，下圖為優(yōu)化斷面壓縮-負荷：3.3N／100mm，接觸面積為4.2mm，經過比較分析，優(yōu)化斷面接觸面積大，而壓縮負荷比原設計小。

優(yōu)化前后P2斷面的壓縮-負荷變形曲線（CLD曲線）見圖7-8，通過CLD曲線發(fā)現(xiàn)，新設計斷面與原設計在欠壓、理論關門狀態(tài)、過壓狀態(tài)的壓縮負荷都比原設計小，而接觸面積卻比原設計大，有利于車門聲音品質及車門密封性，故采用該優(yōu)化的新斷面。

圖7

2.2 門框密封條優(yōu)化

該款轎車前后門框密封條斷面一致，只有一個斷面（見圖8，其中紅色為優(yōu)化斷面，綠色為原始斷面）。

圖8 某款門框膠條及斷面

采用與頭道密封條相同的CAE分析方法對門框密封條進行分析。并經過十倍放大投影對比分析發(fā)現(xiàn)密封條實物狀態(tài)與原設計斷面有較大偏差，經過CAE分析，繪制出門框密封條優(yōu)化前后及實物膠條CLD圖（見圖9），從CLD曲線上可以看出，原設計斷面壓縮負荷最小，對車門關閉力有利，但密封性能很差，欠壓2mm時幾乎無壓縮；實物密封性較原始設計斷面好，但壓縮負荷太大，過壓2mm時的壓縮負荷： 11.9 N／100mm；優(yōu)化后的密封條壓縮負荷較原數(shù)模狀態(tài)增加不大，但密封性能大幅改善，經過綜合考慮，決定采用優(yōu)化斷面的門框密封條。

圖9 門框條CLD曲線

以上通過密封條斷面結構的優(yōu)化設計，達到既滿足欠壓時的密封效果又滿足過壓時膠條的壓縮負荷不至于急劇增加，解決了前期車門局部內間隙過大則產生風噪、漏雨，內間隙過小則關門反彈現(xiàn)象。

基于優(yōu)化思路2的考慮，在優(yōu)化密封條結構及斷面的同時，我們又將密封條排氣孔的間距由通常300mm狀態(tài)調整為120mm-150mm狀態(tài)，原密封條有一半數(shù)量的排氣孔被周邊遮擋，也進行了位置優(yōu)化，增大了快速關閉車門過程中密封條泡管內空氣的排出，極大的減少了密封條的氣墊效應。

密封膠條優(yōu)化的同時我們也對車門精度及裝調按照設定的狀態(tài)進行了調校，并最終接近設計中間值狀態(tài)（即 d0狀態(tài)），制作了相應的裝具輔助裝調，保證生產一致性及減少裝調工作量。

經過密封條的優(yōu)化設計及車門裝調的控制，該款轎車車門關閉力較試制期間有了很大改善。關門速度由初始狀態(tài) v＞1.5m/s，優(yōu)化到現(xiàn)新下線車輛關門速度約為1.1±0.1m/s，由于新車關門速度的時效性，該數(shù)值為一個合理的狀態(tài)，

新車72h后商品性評價，公司資深評審專家給出評價：本次評審車輛的質量水平與前期相比有大幅度提高，特別是門開閉質感等與高端車相近。

結論

本論文經過分析調研得出了影響車門關閉力的因素，并針對具體車型成功的進行了優(yōu)化設計，取得的成效很顯著。闡述了車門密封系統(tǒng)的影響因素及重要性，為車門密封系統(tǒng)的設計開發(fā)提供了方法及思路。也為相關從事車門整改優(yōu)化工作的工作者提供了有益的參考和借鑒。

在本次論文中，借助了CATIA設計及密封條CAE分析等應用軟件。

[1] 尹忠等.汽車車門關閉力的計算.[M]公路與汽運,2007.

[2] 周致宏.轎車車門結構及相應密封條結構介紹.[M]汽車技術,2009.

[3] QC/T 710-2004.汽車密封條壓縮負荷試驗方法.

Optimal design of door closing force

Wang Bin, Xiu Hongfang
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

The door closing force is the most direct and subjective feeling of the customer regarding the quality of the car, in this thesis ,six factors influencing the closing force of car door are summarized, and identify the two main factors that affect the closing force of the door, namely, the exhaust resistance and the seal strip. This thesis is based on the optimization of seal,the section of the seal is optimized design, and CAE software is used for theoretical analysis, through the optimization design of the seal section and the adjustment of the inner clearance of the door, the door closing force of someone car was successfully optimized, at the same time can also provide a reference for related design an rectification.

Door closing force; seal; Optimum design

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-72-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.025

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-72-04

王斌，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。