劉勇 鄭澤曄 軋浩

摘 ?要：本文對(duì)某在研車型的左、右前車門關(guān)閉困難的現(xiàn)象進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)車門系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和性能參數(shù)的對(duì)比分析，找到了引起車門關(guān)閉困難的原因，并給出了解決方案。

關(guān)鍵詞：關(guān)門能量;關(guān)閉性能不一致;氣壓阻;鉸鏈傾角

中圖分類號(hào)：U463 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2022）02-0093-06

Research And Optimization Of Door Difficult

Closing Phenomenon

LIU Yong， ?ZHENG Ze-ye， ?YA Hao

（ HUISHENGDA（WUHAN） Engineering Consulting CO.LTD， Wuhan 430040， China ）

Abstract： The article analyzes the problem of asymmetry of left and right doors closing performance of a certain model. Through the comparative analysis of the design parameters and performance parameters， the key-point of the problem is found and solutions are given.

Key Words： HDoor closing energy; Asymmetry of door closing performance; Air Trap; Hinge Angle

引 ? ?言

車門關(guān)閉性能是客戶感知汽車質(zhì)量的重要指標(biāo)，隨著消費(fèi)者對(duì)汽車質(zhì)量要求的日益提高，車門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已成為汽車設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。用戶與車輛的第一次實(shí)際接觸就是開(kāi)關(guān)車門，如果出現(xiàn)了車門關(guān)閉困難問(wèn)題，會(huì)給駕乘人員帶來(lái)不良感受，影響客戶對(duì)整車品質(zhì)的感覺(jué)。因而車門的設(shè)計(jì)必須要保證車門開(kāi)關(guān)平順，同時(shí)確保關(guān)門速度適中，第一時(shí)間帶給客戶車輛質(zhì)量良好的印象。

1 ? ?概述

1.1 ? 問(wèn)題來(lái)源

某車型在樣車調(diào)試階段，前車門存在最小關(guān)門速度過(guò)大問(wèn)題，導(dǎo)致車門關(guān)閉困難，且左、右車門最小關(guān)門速度不一致。這一問(wèn)題極大地影響了該車型的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，導(dǎo)致車型無(wú)法通過(guò)整車品質(zhì)驗(yàn)收。

對(duì)5輛小批量下線車及標(biāo)桿車進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。從結(jié)果上看，該車型左、右前車門都存在最小關(guān)門速度過(guò)大問(wèn)題，同時(shí)伴隨左右不一致現(xiàn)象。

1.2 ? ?目標(biāo)確認(rèn)

本項(xiàng)目采用EZSlam車門開(kāi)閉性能多參量測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)問(wèn)題較為明顯的3號(hào)車和標(biāo)桿車的左、右前車門進(jìn)行了車門關(guān)閉性能摸底測(cè)試。通過(guò)一次完整的車門測(cè)試快速獲得車門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和性能參數(shù)，用于后續(xù)的分析與優(yōu)化工作。

最小關(guān)門參數(shù)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2，標(biāo)桿車的最小關(guān)門速度為0.8m/s，主觀感覺(jué)使用較小力度推門即可關(guān)閉車門，且不存在左右不一致現(xiàn)象。而3號(hào)車的最小關(guān)門速度在1.1-1.3m/s之間，主觀感覺(jué)需要使用很大力度推門才能關(guān)閉車門，且存在左右不一致現(xiàn)象。

數(shù)據(jù)庫(kù)中另外4臺(tái)參考車的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，對(duì)比分析可知3號(hào)車相對(duì)于參考車也存在最小關(guān)門速度過(guò)大問(wèn)題。最終確定了3號(hào)車前車門的優(yōu)化目標(biāo)為左、右前車門最小關(guān)門速度0.8m/s。

2 ? ?故障診斷

鑒于下線車的部分車門的最小關(guān)門速度均可以達(dá)到1.3m/s，因此優(yōu)先進(jìn)行密封條過(guò)壓縮和磕鎖等物理干涉的檢查。

3號(hào)車及標(biāo)桿車的過(guò)關(guān)量以及對(duì)中度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。在最小關(guān)門速度下，3號(hào)車前車門的過(guò)關(guān)量為1mm，在1.5m/s關(guān)門速度下過(guò)關(guān)量為1.8mm，小于密封條的設(shè)計(jì)壓縮量，可以確認(rèn)密封條沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)壓縮現(xiàn)象。將門鎖對(duì)中度調(diào)至與標(biāo)桿車一致的0.5mm后再次進(jìn)行測(cè)試，最小關(guān)門速度依然在1.3m/s左右，表明對(duì)中度對(duì)關(guān)門速度的影響很小，排除了磕鎖的可能性。

排除物理干涉原因后，可以確認(rèn)下線車前車門最小關(guān)門速度過(guò)大問(wèn)題是由于最小關(guān)門能量過(guò)高引起的。

2.1 ? 關(guān)門能量分析

在車門從最大開(kāi)度到最終關(guān)閉的過(guò)程中，關(guān)門能量可分為提供能量和消耗能量的兩部分。提供能量的部分由用戶輸入，車門重力輸入以及限位器彈簧輸入組成;消耗能量的部分由鉸鏈和限位器的摩擦，密封條壓縮，密封條氣壓阻，車門風(fēng)阻，車內(nèi)氣壓阻組成。根據(jù)能量平衡原理，這兩部分的能量總和是相等的。

受兩臺(tái)車最小關(guān)門速度不一致的影響，消耗能量部分的對(duì)比分析不能得到足夠的有效信息，因此對(duì)兩臺(tái)車的左前門在最小關(guān)門速度狀態(tài)下的輸入能量進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。分析可知，限位器彈簧提供的能量基本相當(dāng)，3號(hào)車左前門的重力提供了2J的能量，比標(biāo)桿車少3J，而最小關(guān)門能量超過(guò)標(biāo)桿車5J，導(dǎo)致用戶需要輸入額外的8J能量來(lái)關(guān)閉車門。

對(duì)右前門進(jìn)行了同樣的對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖4。分析結(jié)論與左前門相同，限位器彈簧提供的能量基本相當(dāng)， 3號(hào)車右前門的重力提供了4.4J的能量，比標(biāo)桿車少0.6J，而最小關(guān)門能量超過(guò)標(biāo)桿車3.7J，導(dǎo)致用戶需要輸入額外的4J能量來(lái)關(guān)閉車門。

由以上分析可知，3號(hào)車相對(duì)于標(biāo)桿車，存在重力做功能量偏低，導(dǎo)致用戶輸入能量偏高的問(wèn)題，而用戶輸入能量是車門獲得的初始動(dòng)能，這直接導(dǎo)致3號(hào)車前車門的最小關(guān)門速度高于標(biāo)桿車。同時(shí)用戶輸入能量偏高還直接導(dǎo)致了用戶感覺(jué)車門難以關(guān)閉。最后左右車門重力做工不一致導(dǎo)致的用戶輸入能量不一致，引起3號(hào)車前車門的左右最小關(guān)門速度不一致現(xiàn)象。對(duì)剩余4輛下線車進(jìn)行了同樣的測(cè)量與驗(yàn)證，結(jié)論與3號(hào)車相同，限于篇幅在此不再贅述。

2.2 ? 鉸鏈的影響

車門重力做功的設(shè)計(jì)來(lái)源是鉸鏈傾角，在車門開(kāi)關(guān)過(guò)程中重心會(huì)存在一定的升高或者降低，這會(huì)提供或消耗一定的關(guān)門能量。車門重力提供能量的計(jì)算公式為：

（1）

式中：G為車門重力，Hθ和Hθ0分別為車門在最大開(kāi)度位置和車門關(guān)閉位置車門重心的高度。

受鉸鏈裝配精度的影響，車門重力提供的實(shí)際能量與設(shè)計(jì)值并不完全一致，通過(guò)測(cè)量鉸鏈傾角、車門重心的旋轉(zhuǎn)半徑R、車門下部門鎖側(cè)邊緣的車門抬升量Ht與對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑Rt，可由公式2換算得到車門重力做功的實(shí)測(cè)值，換算公式為：

（2）

重力做功、車門抬升及鉸鏈傾角實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。標(biāo)桿車前車門為3號(hào)車的參考對(duì)象，兩者鉸鏈傾角設(shè)計(jì)值基本一致，實(shí)測(cè)結(jié)果則差異較大。

對(duì)鉸鏈裝配工藝進(jìn)行排查，確認(rèn)生產(chǎn)線在鉸鏈裝配時(shí)定位精度差，并未使用臨時(shí)套筒、臨時(shí)定距套筒等設(shè)備，導(dǎo)致裝配時(shí)鉸鏈傾角偏差較大，是重力做功不達(dá)標(biāo)的直接原因。

鉸鏈傾角的偏差導(dǎo)致的重力做功偏差屬于輸入端，不能表現(xiàn)這種偏差對(duì)車門關(guān)閉性能產(chǎn)生的影響，因此還需要進(jìn)一步排查這種偏差與車門關(guān)閉困難之間的聯(lián)系。為此需要對(duì)消耗能量的影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析。鑒于這些影響因素是與關(guān)門速度關(guān)聯(lián)的參數(shù)，因此在最小關(guān)門速度不一致的情況下，本項(xiàng)目使用了1.5m/s的典型速度進(jìn)行對(duì)比，排除關(guān)門速度不同的影響。

3號(hào)車與標(biāo)桿車左前門在典型速度下的關(guān)門能量為31.4J和24.5J，各影響因素消耗的能量占比結(jié)果見(jiàn)圖5。分析可知，在典型關(guān)門速度下，3號(hào)車密封條氣壓阻能量高出標(biāo)桿車10%，是主要的差異來(lái)源。其中關(guān)門能量的總差值為7J，密封條氣壓阻的差值為4J，比重接近60%，表明密封條氣壓阻能量偏高3號(hào)車左前門的關(guān)門能量偏高的主要因素。

需要注意的是3號(hào)車的關(guān)門能量高于標(biāo)桿車，因此雖然其摩擦的占比低于標(biāo)桿車，但能量值是接近的，均為9J左右，排除了摩擦對(duì)關(guān)閉困難的影響。

分析3號(hào)車前車門的設(shè)計(jì)參數(shù)和性能參數(shù)可知，其密封條過(guò)關(guān)量、密封條壓縮能量與密封條氣壓阻能量均存在不一致現(xiàn)象，因此優(yōu)先進(jìn)行了密封條質(zhì)量檢查。對(duì)換左右密封條的測(cè)試結(jié)果如表6，結(jié)果表明車門最小關(guān)門速度過(guò)大的問(wèn)題與密封條本身無(wú)關(guān)。后續(xù)將剩余4臺(tái)下線車的密封條進(jìn)行左右對(duì)調(diào)，結(jié)論與3號(hào)車相同。

由于車門關(guān)閉速度大現(xiàn)象與車門系統(tǒng)相關(guān)而與密封條系統(tǒng)無(wú)關(guān)，結(jié)合鉸鏈傾角的分析結(jié)果，懷疑是車門鉸鏈定位精度差引起車門內(nèi)間隙不一致，導(dǎo)致左右密封條的壓縮狀態(tài)不一致。對(duì)3號(hào)車前車門的內(nèi)間隙進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明其左前門內(nèi)間隙與設(shè)計(jì)值相比小3mm，而右車門內(nèi)間隙則與設(shè)計(jì)值偏差不大，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6：

為快速驗(yàn)證內(nèi)間隙對(duì)車門關(guān)閉速度的影響，將左右密封條復(fù)原后，將左前門的鎖扣位置向外移動(dòng)2mm，結(jié)果表明左前門的最小關(guān)門速度從1.3m/s降至1.1m/s。接著進(jìn)行了鉸鏈傾角的手動(dòng)調(diào)整，與內(nèi)間隙調(diào)整進(jìn)行交叉驗(yàn)證。結(jié)果表明，手動(dòng)調(diào)整左前門鉸鏈傾角到設(shè)計(jì)值后，左前門的最小關(guān)門速度也降到1.1m/s左右，而對(duì)右前門進(jìn)行的調(diào)整則沒(méi)有太大的改善。

綜上，鉸鏈裝配精度差導(dǎo)致車門姿態(tài)不穩(wěn)，是造成3號(hào)車前車門不一致現(xiàn)象的原因。左前門內(nèi)間隙偏小，增加了密封條的動(dòng)態(tài)壓縮反力，導(dǎo)致了密封條氣壓阻能量偏高，是左前門最小關(guān)門速度達(dá)到1.3m/s的原因。密封條過(guò)關(guān)量從另一個(gè)角度驗(yàn)證了這一結(jié)論。同時(shí)也表明，消除左右不一致現(xiàn)象后，3號(hào)車前車門并未達(dá)到標(biāo)桿車的水平，還需進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3 ? 泄壓閥的影響

在典型速度下，車內(nèi)氣壓阻是另一個(gè)主要的能量影響因素，也是與車門關(guān)閉速度相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，因此也使用了典型速度1.5m/s進(jìn)行能量占比分析。

3號(hào)車與標(biāo)桿車右前門在典型速度下的關(guān)門能量分別為30.9J和24.2J，各影響因素在典型速度狀態(tài)下的關(guān)門能量占比結(jié)果見(jiàn)圖7。對(duì)比分析可知，在典型關(guān)門速度下，車內(nèi)氣壓阻的能量差異為7%，是主要的差異來(lái)源。其中關(guān)門能量的總差值為6.7J，車內(nèi)氣壓阻的差值為3.6J，比重為50%，表明3號(hào)車右前門的車內(nèi)氣壓阻能量偏高是關(guān)門能量偏高的主要因素。

車門關(guān)閉時(shí)車內(nèi)氣壓阻受整車密封的影響，而整車密封由車身氣密性決定的不可控泄漏量和由泄壓閥控制的可控泄漏量組成，因此分別進(jìn)行了整車氣密性和封堵泄壓閥的氣密性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖8與圖9。結(jié)果表明，3號(hào)車與標(biāo)桿車的整車氣密性水平相當(dāng)，且好于另外兩臺(tái)同級(jí)別參考車;封堵泄壓閥后，3號(hào)車的不可控泄漏量最高，表明3號(hào)車的泄壓閥泄壓能力相對(duì)于標(biāo)桿車較差。

實(shí)車檢查表明3號(hào)車的泄壓閥排氣路徑上并未有遮擋物，且葉片打開(kāi)時(shí)外部空間無(wú)遮擋。3號(hào)車的泄壓閥有效泄壓面積為0.0069m2，葉片厚度0.6mm;標(biāo)桿車的有效泄壓面積為0.0088m2，葉片厚度0.4mm。表明3號(hào)車的泄壓閥有效泄壓面積偏小和厚度偏厚是車內(nèi)氣壓阻能量偏高的原因。

為快速驗(yàn)證泄壓閥的整改效果，將左后門的玻璃下降并露出1mm的縫隙后再次進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明右前門的最小關(guān)門速度從1.1m/s降至0.9m/s，降低了0.2m/s，取得了明顯的改善效果。

3 ? ?方案驗(yàn)證

對(duì)比3號(hào)車左、右前車門的分析結(jié)果可知，引起兩者關(guān)門能量偏高的主要因素并不一致，左前門在其車門內(nèi)間隙偏小的情況下，密封條氣壓阻能量偏高是主要影響因素;右前門在其車門內(nèi)間隙基本合格的情況下，車內(nèi)氣壓阻能量偏高是主要影響因素。而左、右前車門的內(nèi)間隙不一致又是由于鉸鏈傾角的偏差引起。因而對(duì)車門系統(tǒng)而言，鉸鏈、密封條、泄壓閥在設(shè)計(jì)上是單獨(dú)的子系統(tǒng)，但在實(shí)車上是互相影響的子系統(tǒng)，分析問(wèn)題時(shí)不能單獨(dú)來(lái)研究，需從整體上統(tǒng)一分析才能排除子系統(tǒng)之間的干擾，提高工作效率。

由于車門鉸鏈裝配精度差與泄壓閥泄壓能力偏小是造成3號(hào)車前車門關(guān)閉困難的原因，因此采取了提高鉸鏈裝配精度和增加泄壓閥有效泄壓面積的措施，并進(jìn)行了方案驗(yàn)證。

鉸鏈整改方案如下：將鉸鏈的裝配方式由拆螺栓式裝配變更為拆臨時(shí)軸式裝配，保證鉸鏈與車門的合裝精度，并在線上進(jìn)行抽檢，確保鉸鏈傾角達(dá)標(biāo)。

實(shí)施該方案后，實(shí)測(cè)前車門抬升量為41.7mm，重力做功為5.1J;同時(shí)對(duì)前車門內(nèi)間隙進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)圖10。表明整改后鉸鏈裝配精度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

泄壓閥整改方案如下：更換泄壓閥型號(hào)，有效泄壓面積從0.0069m2增加到0.009m2，同時(shí)將葉片厚度從0.6mm降至0.4mm。

實(shí)施以上方案后再次進(jìn)行整車氣密性測(cè)試，3號(hào)車在125Pa下的整車泄漏量由原先的100SCFM增加到126SCFM，封堵泄壓閥的測(cè)試結(jié)果無(wú)變化，表明新型號(hào)泄壓閥的泄壓能力增大了約30%。

3號(hào)車前車門的最終優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表7，結(jié)果表明車門關(guān)閉困難問(wèn)題已經(jīng)得到解決，同時(shí)也消除左右不一致現(xiàn)象。

4 ? ?結(jié)論

整個(gè)過(guò)程可以得出以下結(jié)論：

1）車門重力提供的助關(guān)能量受鉸鏈傾角的影響，助關(guān)能量偏少導(dǎo)致車門需求更多的用戶輸入能量才能關(guān)閉，帶給用戶車門難以關(guān)閉的感覺(jué);

2）車門姿態(tài)不穩(wěn)會(huì)影響車門內(nèi)間隙值，造成左右不一致現(xiàn)象，內(nèi)間隙偏小會(huì)增大密封條的動(dòng)態(tài)壓縮反力，進(jìn)而增加車門關(guān)門能量;

3）車內(nèi)氣壓阻受泄壓閥泄壓能力控制，增大泄壓閥泄壓能力能減少車門關(guān)門能量，降低車門的最小關(guān)門速度。

參考文獻(xiàn)：

[1]Raviraj Nayak and Kee lm.Optimization of the Side Swing Door Closing Effort.SAE 2003-01-0871.

[2]Jian-cai Zhao ，Chi-xing Zhou，Xun-sheng Zhu. Analysis of the Influence of the Seal Structure on Door Closing Force for SANTANA.SAE 2004-01-1348.

[3]楊蕾，張淑敏，李應(yīng)軍.面向最優(yōu)關(guān)門能量的轎車車門設(shè)計(jì).機(jī)械制造，2006（3）.

[4]陳緩，鄧智偉，劉立群.車門開(kāi)閉感評(píng)價(jià)與優(yōu)化.汽車技術(shù)，2014（08）.

[5]張孟俊，崔蒿，錢木.轎車側(cè)門系統(tǒng)關(guān)門能量研究與測(cè)試裝置開(kāi)發(fā).汽車技術(shù)，2014（11）.

劉 ? 勇

畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，車輛工程專業(yè)， 本科學(xué)歷?，F(xiàn)就職于匯晟達(dá)（武漢）工程咨詢有限公司，任車門開(kāi)閉性能工程師，主要負(fù)責(zé)汽車車門開(kāi)閉性能研發(fā)與設(shè)計(jì)。

專家推薦語(yǔ)

龍從林

東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

車身部總師 ?研究員級(jí)工程師

通過(guò)能量分析解釋車門關(guān)閉難易的機(jī)理，進(jìn)而解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題的方法正在形成。車門關(guān)閉的選題具有現(xiàn)實(shí)意義，本文通過(guò)具體車型，采用能量分析方法解析車門關(guān)閉的相關(guān)影響因素，分析方法較為先進(jìn)，論述結(jié)構(gòu)合理，具有較高的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。