張超 樊友嗣 魯宇鵬

摘要：本文分析了某款車型在側(cè)碰中，由于門護(hù)板連接鈑金的普通塑料卡扣連接力較小，碰撞沖擊力較大，門護(hù)板易彈出對(duì)乘員造成傷害，因此設(shè)計(jì)了防撞卡扣。門護(hù)板防撞卡扣作為門護(hù)板和鈑金的重要連接件，在車門側(cè)碰中起到連接和緩沖作用，防止汽車側(cè)碰時(shí)，門護(hù)板的塑料卡扣脫出而導(dǎo)致的門護(hù)板與乘員發(fā)生碰撞。本文介紹了某車型車門裝配線裝配門護(hù)板時(shí)，門護(hù)板防撞卡扣和鈑金卡扣座孔不對(duì)中，防撞卡扣不能裝入，導(dǎo)致門護(hù)板邊緣和鈑金間隙大。通過分析，對(duì)防撞卡扣定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使其滿足對(duì)中要求。

關(guān)鍵詞：門護(hù)板;防撞卡扣;設(shè)計(jì);對(duì)中

中國分類號(hào)：U463.83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（ 2021） 06-0032-05 Improved Design For Misalignment Of Door Trim Anti-collision

Buckle And Sheet Metal Buckle Base Hole

ZHANG Chao， FAN You-si， LU Yu-peng

（ Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company LTD. Wuhan430056， China）

Abstract： This paper analyzes the side collision of a certain model. Because the ordinaryplastic buckle connecting the door guard plate to the sheet metal has a small connection forceand a large impact force， the door guard plate is easy to pop up and cause damage to theoccupants. Therefore， an anti-collision buckle is designed. The door guard plate anti-collisionbuckle， as an important connecting piece between the door guard plate and the sheet metal，plays a role of connection and buffering in the side collision of the car door， and prevents thedoor guard from coming out of the plastic buckle of the door guard plate when the car is hit bythe side. The board collided with the occupant. This article introduces that when assemblingthe door guard plate on the door assembly line of a certain vehicle model， the door guardplate anti-collision buckle and the sheet metal buckle seat hole are not centered， and the anti-collision buckle cannot be installed， resulting in a large gap between the edge of the doorguard plate and the sheet metal. Through analysis， the anti-collision buckle positioningstructure is improved and designed to meet the centering requirements.

Key Words： Door Trim; Anti-collision Buckle; Design; Centering

門護(hù)板也稱為車門內(nèi)飾板，主要由結(jié)構(gòu)部件、功能部件以及裝飾部件等三部分構(gòu)成，是組成汽車內(nèi)飾系統(tǒng)的重要部分，它的最主要功能是包覆住車門金屬內(nèi)板，起到美觀裝飾的作用[1]。防撞卡扣是門護(hù)板重要的卡扣類零件，起到連接鈑金和門護(hù)板的作用。

1 整車側(cè)碰門護(hù)板的彈開分析

在某次整車側(cè)碰試驗(yàn)中，門護(hù)板發(fā)生了彈出的現(xiàn)象，如圖1所示。門護(hù)板的彈出，對(duì)乘員造成了傷害。

在新版本C-NCAP的規(guī)定中，增加了側(cè)面碰撞壁障的重量，因此對(duì)前后門結(jié)構(gòu)的防撞性能具有更高的要求。現(xiàn)有技術(shù)中，汽車駕駛室車門內(nèi)飾護(hù)板與車門鈑金裝配的時(shí)候，通常采用塑料卡扣進(jìn)行連接，一個(gè)車門內(nèi)飾護(hù)板總成的邊上大約使用8個(gè)左右的塑料卡扣與車門鈑金相連，塑料卡扣的工作原理通常是，通過安裝在車門內(nèi)飾護(hù)板上的卡扣卡頭變形，擠入到車門鈑金的安裝孔中，然后卡頭恢復(fù)進(jìn)行卡止。由于安裝原因，卡頭的過盈尺寸不能太大或者需要較大的可變形量，因此導(dǎo)致卡扣抗拉性能較差。塑料卡扣的脫出力要求為210±ION，而碰撞的沖擊力遠(yuǎn)大與塑料卡扣的拉脫力，因此在較大碰撞發(fā)生時(shí)，這些普通塑料卡扣從鈑金孔中脫出，導(dǎo)致門護(hù)板脫出，撞擊乘客的肩部、胸部、腹部和骨盆等部位。由于門內(nèi)飾護(hù)板剛性較大.無法提供緩沖，導(dǎo)致乘客受傷嚴(yán)重。

在門護(hù)板側(cè)碰過程中，在車門護(hù)板彈開的情況下乘員的得分較低，乘員易受到碰撞傷害;在車門護(hù)板固定完好，未彈開情況下，乘員的得分較高。由此可知車門護(hù)板的有效固定強(qiáng)度，或增加支架等方式提升車門護(hù)板的固定強(qiáng)度，可降低對(duì)乘客的傷害[2]。為此需要在門護(hù)板和鈑金之間設(shè)計(jì)一種增強(qiáng)型卡扣，用于防止門護(hù)板在側(cè)碰中彈開。

2 防撞卡扣的設(shè)計(jì)

2.1 防撞卡扣的結(jié)構(gòu)

作為門護(hù)板和鈑金的重要連接件，增加門護(hù)板固強(qiáng)度的防撞卡扣在車門側(cè)碰中起到連接和緩沖作用，防止汽車側(cè)碰時(shí)，門護(hù)板的塑料卡扣的脫出而導(dǎo)致的門護(hù)板與乘員發(fā)生碰撞。其設(shè)計(jì)上，需滿足功能可靠，拆裝方便等要求。

根據(jù)要求，設(shè)計(jì)了防撞卡扣。它由卡扣、卡扣座、拉環(huán)插銷型卡夾組成，如圖2所示：

2.2防撞卡扣的安裝及原理

其安裝過程及工作原理為：卡扣座安裝在車門鈑金上，由彈性鋼絲折彎而成的拉環(huán)插銷型卡夾橫插入卡扣座的孔槽中?？鄞?、小法蘭盤安裝在門護(hù)板的卡扣基座上，卡扣基座焊接在門護(hù)板本體上。安裝門護(hù)板時(shí)，卡扣的錐形頭插入卡扣座的孔并撐開拉環(huán)插銷型卡夾兩個(gè)半圓形組成的圓孔，兩個(gè)半圓形的彈性鋼絲越過錐形頭的末端后，卡緊卡扣的中間軸，因兩個(gè)半圓形組成圓孔的直徑小于卡扣的中間軸的直徑，卡扣的中間軸的直徑小于錐形頭末端的直徑，鋼絲夾住中間軸的中間位置。在側(cè)碰時(shí)，撞擊和沖擊力大于門護(hù)板白色塑料卡扣的脫出力，防撞卡扣往外脫出時(shí)，其拉環(huán)插銷型卡夾的兩個(gè)半圓形鋼絲移動(dòng)到錐形頭的末端臺(tái)階端面并緊緊箍住它，從而防止門護(hù)板彈開、脫出，如圖3所示，虛線的卡扣代表側(cè)碰時(shí)的狀態(tài)。另外，在側(cè)碰過程中，卡扣被鋼絲夾住，在這兩個(gè)位置來回高頻震蕩吸能，減少碰撞能量對(duì)乘員的傷害。當(dāng)需要拆下門護(hù)板的時(shí)候，使用鋼絲鉤子住外拉環(huán)插銷型卡夾的拉環(huán)，拉環(huán)插銷型卡夾因?yàn)槠渚哂袕椥?，其兩個(gè)半圓形的鋼絲部分在中間軸中被撐開，從卡扣基座中脫出。

2.3 防撞卡扣的定位原理

卡扣座的定位原理為：基座的軸和鈑金的孔形成軸孔配合定位，定位精度按照軸孔的配合公差計(jì)算。

卡扣的定位原理為：大法蘭盤外端有六個(gè)“手槍形”的厚度為3mm的薄壁爪。六個(gè)薄壁爪的外端圓弧構(gòu)成一個(gè)圓。由于薄壁爪是塑料材質(zhì)，其構(gòu)成一圈為彈性爪，彈性爪外圓與卡扣基座的內(nèi)孔配合，形成軸孔配合定位。大法蘭盤外圈是彈性爪，其可以在卡扣脫出方向移動(dòng)，為防止其脫出;小法蘭盤和卡扣基座的配合面有兩個(gè)凸臺(tái)作為擋塊，限制其脫出，此外其在脫出方向上的定位，如圖4所示。

2.4 防撞卡扣在門護(hù)板上的布置

在側(cè)碰中，乘員最易受傷的部位是胸部到腰部中間的肋骨。根據(jù)假人身體的肩部、胸部、腰部、胯部和門護(hù)板的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將兩個(gè)防撞卡扣（編號(hào)10001和10002）布置在B面腰部和胸部對(duì)應(yīng)的位置，如圖5所示。這樣能夠防止該區(qū)域門護(hù)板的彈出對(duì)乘員肋骨的傷害。

2.5 防撞卡扣防止門護(hù)板側(cè)碰彈開的驗(yàn)證

該車型在每個(gè)門護(hù)板增加2個(gè)防撞卡扣后，再次做整車側(cè)碰試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)帶有防撞卡扣的門護(hù)板并未彈開。與之前僅有普通卡扣的側(cè)碰的數(shù)值對(duì)比，如表1所示。防撞卡扣受到了最大850N的撞擊力，該力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通卡扣的最大脫出力220N，如圖6所示。通過整車側(cè)碰試驗(yàn)驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的防撞卡扣具有防撞門護(hù)板彈開的功能，可以避免側(cè)碰中門護(hù)板對(duì)乘員的傷害，使得門護(hù)板在側(cè)碰試驗(yàn)中得到了很高分?jǐn)?shù)。

3 防撞卡扣的失效模式分析

3.1防撞卡扣的噪音DFMEA分析

噪音的產(chǎn)生原因是兩個(gè)零件配合搭接中采用了小間隙的過渡配合，兩者在振動(dòng)過程中產(chǎn)生了磕碰異響。在設(shè)計(jì)階段，按照DFMEA的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)防撞卡扣定位點(diǎn)做了接觸分析，其圓周定位的大法蘭盤不采用實(shí)體而是采用了一圈的圓周的彈性爪，彈性爪的彈性作用可以起到緩沖作用，從而避免了振動(dòng)時(shí)磕碰的產(chǎn)生。Y向的定位由大、小法蘭盤夾卡扣基座實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)上是過渡配合，為了防止磕碰噪音，在基座表面上增加了兩條厚度為0.5mm的矩形筋，這樣法蘭盤和卡扣基座形成干涉或過盈配合，避免了在Y向就產(chǎn)生振動(dòng)磕碰異響。

3.2防撞卡扣與鈑金卡扣座孔不對(duì)中的PFMEA分析

防撞卡扣在工業(yè)化中的缺陷是防撞卡扣與鈑金卡扣座孔不對(duì)中。缺陷的表現(xiàn)形式為：防撞卡扣錐形頭不能對(duì)中卡扣座孔?？圩浊岸擞欣h(huán)插銷型卡夾的兩個(gè)半圓形鋼絲結(jié)構(gòu)，由于卡扣的錐形頭與其偏心，被鋼絲抵住而不能插入兩個(gè)半圓形鋼絲的內(nèi)孔中并進(jìn)入卡扣座內(nèi)孔，其產(chǎn)生后果是門護(hù)板邊緣與鈑金間隙大，不能貼合，如圖7所示。門護(hù)板與飯金配合的是否良好，直接影響著內(nèi)飾的品質(zhì)，甚至?xí)?duì)整車NVH和淋雨性能產(chǎn)生影響[3]。同時(shí)，該缺陷也會(huì)導(dǎo)致門護(hù)板裝配困難。

3.2.1防撞卡扣與鈑金基座孔不對(duì)中的原因分析

防撞卡扣的拉環(huán)插銷型卡夾的兩個(gè)半圓形鋼絲組成的圓的內(nèi)孔為Φ3mm。除去防撞卡扣及其配合件的制造誤差，卡扣與鈑金基座孔的同軸度應(yīng)該為Φ2mm，只有這樣才能保證卡扣錐形頭順利插入兩個(gè)半圓形鋼絲組成的圓的內(nèi)孔。通過對(duì)卡扣在門護(hù)板卡扣基座的定位誤差分析，找出兩者不對(duì)中的原因。

3.2.2卡扣與大、小法蘭盤軸孔定位造成的誤差

防撞卡扣大法蘭盤與基座的定位是軸孔配合，在設(shè)計(jì)是小過盈配合的。然而，由于制造及裝配誤差需要，卡扣與卡扣座配合有間隙，卡扣受重力作用會(huì)偏離中心導(dǎo)致卡扣尖端與鈑金基座孔不對(duì)應(yīng)，卡扣不居中是導(dǎo)致卡扣與鈑金孔不對(duì)應(yīng)的原因[4]。實(shí)際測(cè)量出來的卡扣基座和大法蘭盤卡扣是小間隙配合，間隙值0.5mm。因防撞卡扣大法蘭盤彈性爪具有彈性，在其脫出方向，不能靠軸孔限位，只能靠上端小法蘭盤的擋塊限位定位。將小法蘭移動(dòng)至擋塊位置，測(cè)量大法蘭盤和卡扣基座孔的最大間隙值為4mm，如圖8所示。上述兩個(gè)配間隙的疊加即為定位誤差，造成了卡扣的不居中。

3.2.3防撞卡扣與鈑金基座孔不對(duì)中的改進(jìn)設(shè)計(jì)

由上分析出了兩者不對(duì)中的兩個(gè)原因即大、小法蘭盤的定位造成配合間隙大。對(duì)于原因一，兩者軸孔配合不符合小過盈配合的定義，調(diào)整產(chǎn)品的符合性即可;

對(duì)于原因二，我們?cè)谄涿摮龇较蛟黾恿藘蓚€(gè)“7”字形的爪子，兩個(gè)爪子形成一個(gè)V型定位機(jī)構(gòu)，將卡扣限定在原位，不讓其向脫出方向移動(dòng)，保證其滿足與鈑金卡扣孔的同軸度要求。如圖9所示：

由于“7”字形爪子厚度只有3mm，又是V型結(jié)構(gòu)，可以利用其彈性變形來安裝和拆卸卡扣。設(shè)計(jì)巧妙，不存在拆卸或安裝困難的情況。

經(jīng)過上述改進(jìn)，門護(hù)板在裝配線做了驗(yàn)證，改進(jìn)后的門護(hù)板，防撞卡扣能順利的裝入鈑金基座孔，不再出現(xiàn)門護(hù)板和鈑金間隙大的缺陷。實(shí)踐證明，該改進(jìn)設(shè)計(jì)能很好的解決該缺陷。

3.2.4防撞卡扣對(duì)中性檢具設(shè)計(jì)

由于當(dāng)前門護(hù)板的檢具沒有檢測(cè)防撞卡扣與鈑金基座同軸度的功能，對(duì)判定產(chǎn)品是否符合定義產(chǎn)生了困擾。為此，設(shè)計(jì)一套測(cè)量防撞卡扣同軸度的專用檢具。

在設(shè)計(jì)檢具時(shí)，為便于觀測(cè)零件基準(zhǔn)與檢具裝配時(shí)的情況，在充分考慮檢具強(qiáng)度的情況下，可在檢具背部加工觀測(cè)孔[5]。本次檢具設(shè)計(jì)，為了降低成本，縮短制造周期，使用車門鈑金作為檢具本體，車門鈑金自帶有孔，這些孔正好可以作為觀測(cè)孔。

該測(cè)量防撞卡扣同軸度的專用檢具由車門鈑金、底座、支架、帶輪型支撐塊、車門鉸鏈、鉸鏈安裝座、鉸鏈安裝銷、套在卡扣的檢測(cè)棒、安裝在鈑金上的檢測(cè)套等組成。車門鈑金的鉸鏈的一端安裝在鉸鏈安裝銷上面，另外一端，夾在帶輪型支撐塊的V型槽里面。該測(cè)量防撞卡扣同軸度的專用檢具的檢測(cè)原理為：利用套在卡扣上檢測(cè)棒外圓和安裝在鈑金上的檢測(cè)套的內(nèi)孔的直徑差來檢測(cè)其是否滿足同軸度要求。其中，檢測(cè)棒的直徑為中10±0.05mm;檢測(cè)套的直徑為中12±0.05mm。兩者直徑差為2mm，恰好和同軸度要求Φ2mm相等。當(dāng)將門護(hù)板安裝到檢具時(shí)，從背面視窗孑L中觀察，檢查幫是否插入檢測(cè)孔中，若檢測(cè)棒能順利插入檢測(cè)孔中，則該門護(hù)板的防撞卡扣與鈑金卡扣基座孔同軸度合格，反之不合格，如圖10所示：

4 總結(jié)

設(shè)計(jì)的防撞卡扣在汽車側(cè)碰中防止門護(hù)板的彈出對(duì)乘員造成傷害發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。采用對(duì)中性改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的防撞卡扣基座已經(jīng)應(yīng)用到某汽車公司的多個(gè)車型，在裝配性驗(yàn)證中獲得較好的效果，防撞卡扣不對(duì)中導(dǎo)致的門護(hù)板與鈑金間隙大的問題也不再出現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)的檢具實(shí)現(xiàn)了防撞卡扣同軸度檢測(cè)，也填補(bǔ)了當(dāng)前檢具沒有卡扣類零件對(duì)中檢測(cè)功能的空白。門護(hù)板檢具可以根據(jù)本文的思路進(jìn)行改造，增加卡扣類零件與鈑金孔或鈑金卡扣孔的同軸度檢測(cè)功能。具有良好的推廣和借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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專家推薦語

康明

東風(fēng)商用車技術(shù)中心工藝研究所所長

材料科學(xué)與工程 研究員級(jí)高級(jí)工程師

本文分析了某款車型在側(cè)碰中，由于門護(hù)板連接鈑金的普通塑料卡扣連接問題而易彈出對(duì)乘員造成傷害的現(xiàn)象，通過分析，本文對(duì)防撞卡扣進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，新防撞卡扣滿足了產(chǎn)品性能要求，并針對(duì)在生產(chǎn)中可能存在的質(zhì)量問題進(jìn)行工藝、流程改進(jìn)。

本文具有一定的創(chuàng)造性;設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)可靠，理論正確，具有一定的理論價(jià)值、實(shí)用價(jià)值。

張超

畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于神龍汽車有限公司技術(shù)質(zhì)量部內(nèi)部裝備設(shè)計(jì)室內(nèi)飾設(shè)計(jì)崗位，任助理工程師，主要研究方向?yàn)殚T護(hù)板等內(nèi)飾開發(fā)。曾獲實(shí)用新型專利一項(xiàng)和專有技術(shù)一項(xiàng)。