徐文歡，謝添，?，|，張秋花

(北京奔馳汽車有限公司，北京 100176)

0 引言

近年來，隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，客戶對汽車各方面性能的要求越來越高。車門關(guān)閉力在整車性能評價中是一個重要指標(biāo)。J D Power的新車質(zhì)量調(diào)查顯示，客戶對于車門關(guān)閉力超差問題的抱怨次數(shù)呈逐漸增長的趨勢，因此車門關(guān)閉力超差成為各大汽車廠商亟待解決的問題。在車門關(guān)閉過程中，氣體壓縮阻力和膠條壓縮阻力一般占車門關(guān)閉過程中總阻力的90%左右。而車門內(nèi)間隙則是決定膠條壓縮阻力的主要因素之一。因此，在白車身生產(chǎn)階段，對車門內(nèi)間隙的控制會對車門關(guān)閉力的大小產(chǎn)生很大影響。

以北京奔馳某車型的車門關(guān)閉力為研究對象，從白車身零件尺寸與車門裝配過程等方面對車門關(guān)閉力的控制進行了分析。在生產(chǎn)中，通過優(yōu)化車門外板尺寸、側(cè)圍外板尺寸、側(cè)圍門洞法蘭邊尺寸等方式優(yōu)化了零件尺寸對內(nèi)間隙的影響；通過優(yōu)化車門裝配Y向位置控制理念等方式改善了車門裝配對內(nèi)間隙的影響。在以上幾方面的共同作用下，某車型以往出現(xiàn)的車門關(guān)閉力穩(wěn)定性差、部分車門關(guān)閉力過大等問題得到了有效的改善。

1 車門關(guān)閉力的評價方法及影響因素

1.1 車門關(guān)閉力的評價方法

車門關(guān)閉力的評價方式分為主觀評價方式和客觀評價方式。對于用戶來說，通常用手感受車門關(guān)閉力的大小，是一種主觀評價方式[1]。但該評價方式因人而異，無法具體衡量關(guān)閉力的大小。在實際生產(chǎn)中，主要通過測量車門關(guān)閉能量來客觀地衡量關(guān)閉力的大小。一般通過車門關(guān)閉速度或彈簧拉伸長度測量車門的關(guān)閉能量。

目前在戴姆勒標(biāo)準(zhǔn)中，使用測量彈簧拉伸長度的方式衡量車門關(guān)閉力的大小。在車輛空載且車門關(guān)閉的情況下，使車輛在水平面上保持駐車狀態(tài)，將拉力測試儀通過吸盤固定在車窗上，通過手持控制設(shè)備調(diào)節(jié)拉力測試儀的伸長，即車門開啟后鎖體距離鎖柱的距離。按照距離從大到小的順序關(guān)閉車門，測量車門可被關(guān)閉的最小距離，如圖1所示。一般情況下，汽車車門在滿足密封性能的前提下，車門可被關(guān)閉的最小距離隨車輛生產(chǎn)時間的不同而不同。通常下線24 h之后的車，測量標(biāo)準(zhǔn)為(100±20)mm。

圖1 車門關(guān)閉拉力測量示意圖[2]

1.2 車門關(guān)閉力的影響因素

如圖2所示，車門關(guān)閉過程中，通過能耗來克服的阻力有[3]：接觸密封條之前，阻力主要有：限位器摩擦阻力、鉸鏈摩擦阻力、車門重心的位移變化；接觸密封條后，阻力主要有：限位器摩擦阻力、鉸鏈摩擦阻力、車門重心位移變化、空氣阻力、密封條形變的阻力、車鎖摩擦力等。

圖2 車門關(guān)閉過程阻力

影響車門關(guān)閉力的因素雖然很多，但它們對關(guān)閉力的貢獻大小各有不同。其中影響最大的是氣壓阻力，其次是密封條。這兩個因素共占了能量損失的90%，故應(yīng)著重考慮這兩因素，如果能量影響因素模擬判斷不準(zhǔn)確，后續(xù)生產(chǎn)制造過程中很難彌補這個缺陷[4]。

2 白車身生產(chǎn)過程對車門關(guān)閉力的影響

2.1 白車身車門內(nèi)間隙對車門關(guān)閉力的影響分析

白車身制造精度除了影響整車的外觀質(zhì)量，還對密封、振動、噪聲、能耗等性能，尤其是車門關(guān)閉力產(chǎn)生直接影響[5]。如圖3所示，車門密封條分為安裝在車門上的頭道密封條和安裝在側(cè)圍上的門框密封條。其中門框密封條不但要保證密封性，還要承受關(guān)門時的沖擊力。車門關(guān)閉過程中密封條反向作用力的大小主要由密封條本身的壓縮負(fù)載特性和壓縮量決定。密封條的壓縮負(fù)載特性取決于其截面設(shè)計及泡管的壓縮負(fù)荷，而密封條的壓縮量則取決于車門與側(cè)圍之間的配合間隙及密封條本身的截面設(shè)計[6]。

車門與側(cè)圍之間的配合間隙即車門內(nèi)間隙，是影響密封條壓縮阻力的主要因素之一。車門內(nèi)間隙主要分為以下3個部分：(1)車門上沿與側(cè)圍門洞的間隙；(2)車門下部與側(cè)圍門檻的間隙；(3)窗框與側(cè)圍B柱的間隙。頭道密封膠條主要與側(cè)圍在X和Z方向發(fā)生壓縮，對關(guān)閉力影響較小。對車門關(guān)閉力影響較大的是門框膠條，該位置的車門內(nèi)間隙取決于車門內(nèi)飾板到側(cè)圍門洞法蘭邊的距離。白車身的尺寸及裝配則是影響車身間隙面差及車門內(nèi)間隙的主要因素。

圖3 車門內(nèi)間隙示意圖

2.2 車身尺寸對車門內(nèi)間隙的影響

白車身是由數(shù)百個零件焊接拼裝而成的，其中包含大量金屬板材，具有彈性大，易變性的特點，在制造過程中難免發(fā)生尺寸偏差。車身尺寸偏差是主要來源于以下4個方面[7]:(1)產(chǎn)品設(shè)計；(2)焊接夾具；(3)零件偏差；(4)焊接變形。車身生產(chǎn)過程十分復(fù)雜，白車身生產(chǎn)過程的主要偏差源在焊接、裝配過程中耦合、傳播、積累形成白車身的綜合偏差。車門分總成尺寸及側(cè)圍尺寸都會直接或間接影響車門的內(nèi)間隙。

2.3 車門裝配對車門內(nèi)間隙的影響

車門裝配質(zhì)量是影響乘用車整體性能的主要因素之一。車門裝配質(zhì)量不良，不僅會影響車身的整體美觀，還可能導(dǎo)致噪聲、密封不良、關(guān)門力大等一系列問題。影響車門裝配狀態(tài)的主要因素有車門尺寸偏差、車身開口尺寸偏差、車門裝配過程偏差以及涂裝和總裝的影響。車門的裝配狀態(tài)也直接控制著車門內(nèi)間隙的大小，尤其車門在Y向的裝配位置對門框密封條的工作間隙有著決定性作用。

3 白車身零件尺寸的控制及優(yōu)化

3.1 車門外板尺寸的分析與優(yōu)化

左后門分總成上角區(qū)域外閃是導(dǎo)致北京奔馳某車型左后門關(guān)閉力偏大的主要原因之一。由于左后門上角外閃，導(dǎo)致車門鎖柱Y向調(diào)整過程中無法外放車門，從而減小了車門與側(cè)圍法蘭邊之間的內(nèi)間隙。

為了驗證左后門外板上角區(qū)域外閃對關(guān)閉力的影響，進行了車門平順度調(diào)整前、后關(guān)閉力測量結(jié)果對比實驗，如表1所示(測量點如圖4所示)。實驗結(jié)果表明：將車門鎖柱Y向向外調(diào)整后，車門平順外閃，車門內(nèi)間隙增大，車門關(guān)閉力出現(xiàn)明顯下降。由于車門初始關(guān)閉力的差異及平順調(diào)整量的不同，關(guān)閉力可下降10～40 mm(以彈簧伸長衡量)。計算車門平順調(diào)整平均值可知，車門Y向向外調(diào)整0.5 mm后，關(guān)閉力下降可達20～40 mm。通過沖壓件內(nèi)板與外板尺寸的優(yōu)化，左后門上角區(qū)域由外閃1.0 mm(如圖5所示)改善至外閃0.5 mm，有助于減小左后門關(guān)閉力。

表1 車門平順度調(diào)整與車門關(guān)閉力的關(guān)系

圖4 車門平順測量點示意圖

圖5 左后門上角尺寸優(yōu)化示意圖

3.2 側(cè)圍門洞開口區(qū)域的尺寸分析與優(yōu)化

側(cè)圍門洞法蘭邊是門框膠條的安裝位置，其Y向尺寸直接影響車門與側(cè)圍法蘭邊的內(nèi)間隙。車門關(guān)閉過程中門框膠條會對車門施加反向壓力，其中距離車門鉸鏈越遠的位置在車門關(guān)閉過程中的反向阻力力矩越大。因此，側(cè)圍法蘭邊距離鎖柱區(qū)域越近、距離鉸鏈區(qū)域越遠的位置，其Y向尺寸對車門關(guān)閉力的影響越大。

右后門上框區(qū)域側(cè)圍法蘭邊外閃，是該車型右后門關(guān)閉力偏大的主要原因之一。由于右后門上框區(qū)域側(cè)圍外板加強板采用熱塑性成型超高強度鋼，其抗拉強度可達1 300 MPa，難以通過工裝調(diào)整的方式改善側(cè)圍法蘭邊局部尺寸。因此，與該零件供應(yīng)商進行了零件優(yōu)化實驗，通過側(cè)圍外板加強板尺寸優(yōu)化解決側(cè)圍門洞法蘭邊Y向尺寸不良的問題，使右后門關(guān)閉力得到了極大改善，如圖6所示。優(yōu)化前右后門上框法蘭邊局部外閃約0.9 mm，優(yōu)化后該區(qū)域尺寸回到中值。右后門關(guān)閉力在改善后平均降低約25 mm。

圖6 側(cè)圍門洞法蘭邊尺寸優(yōu)化示意圖

3.3 側(cè)圍外板型面的尺寸分析與優(yōu)化

側(cè)圍外板型面尺寸主要影響側(cè)圍與車門裝配平順度，從而間接影響車門與側(cè)圍內(nèi)間隙。車門上框裝飾條、車門外板均與側(cè)圍外板型面存在搭接關(guān)系，其平順度需滿足成車工藝要求。車門與側(cè)圍平順度超差會造成風(fēng)阻增大、車門異響及外觀不良等缺陷，因此車門Y向調(diào)整也受到側(cè)圍外板型面尺寸的影響。

通過三坐標(biāo)測量發(fā)現(xiàn)，左側(cè)圍外板后門上角區(qū)域局部里凹，會造成車門鎖柱Y向調(diào)整隨之里凹，從而減小車門內(nèi)間隙，增大車門關(guān)閉力(如圖7所示)。

圖7 左側(cè)圍外板型面尺寸優(yōu)化示意圖

通過調(diào)整側(cè)圍工裝，該區(qū)域由里凹約1.1 mm改善至里凹約0.4 mm，間接增大鎖柱區(qū)域內(nèi)間隙0.7 mm，使左后門關(guān)閉力有了很大改善。

4 白車身車門裝配過程的控制及優(yōu)化

除了零件尺寸外，車門裝配穩(wěn)定性也是車門內(nèi)間隙穩(wěn)定性的主要影響因素。車門裝配穩(wěn)定性既受到工裝穩(wěn)定性的影響，也受到車門間隙平順返修方式的影響。為確保車門在成車狀態(tài)下的平順度滿足工藝要求，前門與后門平順及后門與側(cè)圍平順在裝焊車間的預(yù)設(shè)公差帶較小，為(0+0.5)mm。即車門Y向平面的3個控制點為車門上鉸鏈深度、車門上角磁塊(歸零點)及車門下角平順度。

為了提高車門裝配穩(wěn)定性，減小車門內(nèi)間隙的波動，對車門Y向平面的控制點進行了調(diào)整。將車門下角平順度的公差帶放寬，調(diào)整至±0.7 mm。經(jīng)驗證，公差帶調(diào)整后車門平順仍可滿足總裝成車要求，但車門平順返修量大大減小，從而避免了車門下角等區(qū)域波動對車門裝配整體姿態(tài)的影響。從車門裝配理念上，取消了車門下角平順控制點，增加車門下鉸鏈深度控制點(如圖8所示)。車門Y向控制點的改變雖然增大了車門下角平順的波動性，但卻大大提高了車門整體裝配姿態(tài)的穩(wěn)定性，從而減少了對車門內(nèi)間隙穩(wěn)定性的影響。

圖8 車門Y向控制點優(yōu)化

5 結(jié)論

汽車車門關(guān)閉力受到眾多因素的影響，其中白車身生產(chǎn)過程控制對保證良好的關(guān)閉力起到了很大作用。白車身生產(chǎn)階段的零件尺寸與車門裝配是控制車門關(guān)閉力的關(guān)鍵。白車身生產(chǎn)過程對關(guān)閉力的影響主要體現(xiàn)在對車門內(nèi)間隙的影響上。通過優(yōu)化車門尺寸、側(cè)圍尺寸、車門裝配工藝均會使車門關(guān)閉力得到改善。

通過對北京奔馳某車型車門關(guān)閉力問題的具體分析，發(fā)現(xiàn)白車身尺寸與裝配精度和關(guān)閉力的大小緊密相關(guān)。白車身尺寸與裝配的優(yōu)化解決了該車型后門關(guān)閉力偏大的問題，同時也通過系統(tǒng)的分析改善了車門關(guān)閉力的穩(wěn)定性。在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時，對車門關(guān)閉力的優(yōu)化也創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

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