于海波，高 潘，彭元萍

某車型關(guān)門品質(zhì)的優(yōu)化

于海波，高 潘，彭元萍

Yu Haibo，Gao Pan，Peng Yuanping

（北京北汽越野車研究院有限公司，北京101300）

針對某車型關(guān)門手感沉重、關(guān)門時刻存在明顯耳壓的問題進(jìn)行分析，進(jìn)行密封條優(yōu)化和氣流通道優(yōu)化，使實車最小關(guān)門能量、最小關(guān)門速度及關(guān)門耳壓明顯降低，使關(guān)門手感沉重及關(guān)門耳壓明顯的問題得到解決。

關(guān)門品質(zhì)；最小關(guān)門能量；最小關(guān)門速度；關(guān)門耳壓

0　引言

汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步，人們對汽車各項性能的要求越來越高，各主機廠間的競爭也越來越激烈[1]。汽車關(guān)門品質(zhì)是購車時的最先感受，常被顧客用來衡量汽車質(zhì)量、檔次等，進(jìn)而影響消費心理。關(guān)門品質(zhì)與汽車設(shè)計和制造有很大關(guān)聯(lián)，在一定程度上可以反應(yīng)汽車質(zhì)量優(yōu)劣，主機廠不斷提升關(guān)門品質(zhì)具有重要意義。

本文針對某款車型關(guān)門手感重、關(guān)門時刻存在明顯耳壓的問題，進(jìn)行排查分析和實車的改進(jìn)優(yōu)化，使關(guān)門品質(zhì)得到提升。

1　問題描述

某款車型關(guān)門品質(zhì)的主觀評價為：關(guān)門手感重、關(guān)門時刻存在明顯耳壓。與主觀描述相關(guān)的客觀指標(biāo)為最小關(guān)門能量（外界施加的能使車門關(guān)閉的最小能量）、最小關(guān)門速度（能使車門關(guān)閉的最小速度）和關(guān)門耳壓。首先對車輛的客觀指標(biāo)進(jìn)行測試。

1.1　最小關(guān)門能量和最小關(guān)門速度

測試最小關(guān)門能量和最小關(guān)門速度時，選擇無風(fēng)環(huán)境，車輛停放在平整地面上，設(shè)備布置如圖1所示，角速度傳感器、力傳感器均水平布置，且高度相同，角速度傳感器布置位置盡量靠近鉸鏈軸線，力傳感器布置位置考慮操作便利盡量靠近鎖扣，關(guān)門速度儀布置位置在門鎖附近。

在關(guān)門能量測試軟件中輸入相應(yīng)的能量半徑、速度半徑、測速儀位置、車門開度等信息，并進(jìn)行力值、角度校準(zhǔn)后，將車門打開至最大開度位置，用手作用于力傳感器使車門完全關(guān)閉，采集車門速度和關(guān)門能量數(shù)據(jù)[2]。

圖1　關(guān)門能量和關(guān)門速度測試

關(guān)門能量和關(guān)門速度的測試結(jié)果見表1。

根據(jù)經(jīng)驗值，關(guān)門手感評價較好的車輛，最小關(guān)門能量不大于12 J，最小關(guān)門速度不大于1 m/s。由表1可知，汽車前、后門最小關(guān)門速度和最小關(guān)門能量均較大，與主觀感受關(guān)門沉重相符。

表1　最小關(guān)門能量和最小關(guān)門速度測試值

1.2　關(guān)門耳壓測試

測試關(guān)門耳壓時，將人工頭分別布置在駕駛員頭枕和右后乘員頭枕位置，如圖2所示。連接關(guān)門耳壓人工頭至關(guān)門耳壓測試軟件，在車門完全關(guān)閉狀態(tài)下對關(guān)門耳壓設(shè)備進(jìn)行壓力清零校準(zhǔn)設(shè)置，使用關(guān)門速度儀測試左前門的關(guān)閉速度，在最小關(guān)門速度下測試駕駛員位置及右后乘員位置的耳壓。

圖2　關(guān)門耳壓測試

以駕駛員左耳耳壓和右后乘員左耳耳壓為主要評價指標(biāo)，根據(jù)經(jīng)驗值，在關(guān)門耳壓不大于170 Pa時，關(guān)門時刻的壓耳感不易被察覺到，不會引起客戶抱怨。某車型測試曲線如圖3所示，駕駛員位置左耳耳壓為193.4 Pa，右后乘員位置的左耳耳壓更大，為198.1 Pa，兩個耳壓測試值均較大，與關(guān)門時刻明顯壓耳感主觀感受相符。

圖3　關(guān)門耳壓測試曲線

2　問題分析

車門最小關(guān)門速度和最小關(guān)門能量較大的直接表現(xiàn)是關(guān)門沉重，通過降低最小關(guān)門速度和最小關(guān)門能量可以解決此問題，優(yōu)化目標(biāo)是最小關(guān)門能量小于12 J，最小關(guān)門速度小于1 m/s。關(guān)門能量的計算公式為

=s+j+x+m+c+q－p（1）

式中：s為門鎖鎖閉過程中運動阻力的耗能，J；j為鉸鏈的旋轉(zhuǎn)阻力矩耗能，J；x為限位器的耗能，J；m為門洞密封條的耗能，J；c為車門密封條的耗能，J；q為關(guān)門過程中氣阻耗能，J；p為關(guān)門過程中重力的助能，J。

最小關(guān)門速度與小角度（本文為6°）最小關(guān)門能量的換算關(guān)系為

式中：6為門開度為6°時的最小關(guān)門能量，J；為車門整備質(zhì)量，kg；為最小關(guān)門速度，m/s；為換算系數(shù)，即車門質(zhì)心到鉸鏈軸線距離與最小關(guān)門速度測量點到鉸鏈軸線距離之比。

由于問題車型為量產(chǎn)車型，需要通過盡量小的改動來解決問題，鎖單體特性、鉸鏈特性、限位器特性、車門布置等改動量較大的方案不列入考慮范圍，即s、j、x、p不進(jìn)行更改，只考慮更改m、c、q。

通過排除法分析各影響因素對關(guān)門速度和關(guān)門能量的貢獻(xiàn)量，找到關(guān)鍵影響因素進(jìn)行改進(jìn)。改變或消除氣阻耗能q的方案包括：（1）消除全部氣阻；（2）拆除泄壓閥；（3）拆除泄壓閥及內(nèi)飾格柵；（4）降下右后車窗（等同泄壓面積增大約10 000 mm2）。改變或消除密封條耗能m、c的方案包括：（1）拆除門洞密封條；（2）拆除車門密封條。各因素所產(chǎn)生的單獨影響見表2。

表2　各因素的影響

注：最小關(guān)門速度變化量為各方案與原狀態(tài)的最小關(guān)門速度之差的絕對值；最小關(guān)門速度貢獻(xiàn)量為對應(yīng)的最小關(guān)門速度變化量與原狀態(tài)最小關(guān)門速度之比；最小關(guān)門能量變化量為各方案與原狀態(tài)的最小關(guān)門能量之差的絕對值；最小關(guān)門能量貢獻(xiàn)量為對應(yīng)的最小關(guān)門能量變化量與原狀態(tài)最小關(guān)門能量之比。

由表2可知，對最小關(guān)門速度和最小關(guān)門能量影響最大的因素為氣阻效應(yīng)，其次為車門密封條，再次為門洞密封條。全部氣阻對最小關(guān)門能量的影響占比34.8%，影響比較顯著，對氣阻影響最大的是氣流通道，包括通道最小截面積和通道尾部的泄壓閥面積。通過拆除泄壓閥和內(nèi)飾格柵，模擬優(yōu)化氣流通道，最小關(guān)門能量降低了22.6%；通過降下右后車窗，模擬補充泄壓閥面積，最小關(guān)門速度和最小關(guān)門能量分別降低了10.4%和26.1%。拆除車門密封條后，最小關(guān)門速度和最小關(guān)門能量降幅均較大，分別降低26.6%和27.1%，拆除門洞密封條后，兩者降幅分別為7.1%和14.0%。主觀感受上，使最小關(guān)門能量和最小關(guān)門速度降幅大的方案，對關(guān)門沉重感的改善也更明顯。

針對關(guān)門耳壓較大問題進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化目標(biāo)是小于170 Pa。通過分析發(fā)現(xiàn)，關(guān)門耳壓較大的主要原因是氣流通道不暢、關(guān)門速度大，而氣流通道同時對關(guān)門速度和關(guān)門耳壓產(chǎn)生影響。問題車型的氣流通道為尾門泄壓，其尾門內(nèi)飾格柵通道面積和泄壓閥面積均較小，分別為12 600 mm2和10 120 mm2，采用表2中拆除泄壓閥及內(nèi)飾格柵的方案，可使耳壓值降低25 Pa左右，改善效果較明顯。

3　改進(jìn)方案

綜合表2中各影響因素貢獻(xiàn)量和車型實際情況，確定兩種改進(jìn)方案：（1）降低密封條CLD（Compression Load Deflection，密封條自身壓縮負(fù)荷，即長度100 mm的密封條在設(shè)計密封間隙狀態(tài)下提供的作用力）；（2）優(yōu)化氣流通道。兩種方案均可降低最小關(guān)門速度和最小關(guān)門能量，后一種方案可同時降低關(guān)門耳壓。

理論密封間隙下密封條單件CLD公差不超過基礎(chǔ)值30%，測試實車密封條CLD為上偏差，調(diào)整至中下偏差后，CLD降低約35%。采用改進(jìn)方案1可使前、后門最小關(guān)門速度由1.54 m/s、1.28 m/s降為1.08 m/s、1 m/s，前門接近目標(biāo)值,后門達(dá)到目標(biāo)值；前、后門最小關(guān)門能量由16.11 J、12.04 J降為14.81 J和10.08 J，前門比目標(biāo)值大2.81 J，后門滿足目標(biāo)值。

方案2優(yōu)化氣流通道主要從兩方面入手：（1）增加尾門鈑金開孔，使進(jìn)氣面積增加11 000 mm2；（2）增加一個泄壓閥，面積為10 120 mm2，形成雙泄壓閥結(jié)構(gòu)，降低氣阻效應(yīng)。方案2如圖4所示，氣流通道任意位置的氣流通過面積均超過20 000 mm2。

圖4　優(yōu)化氣流通道

將方案1、2疊加實施，則前門最小關(guān)門速度優(yōu)化為1 m/s，后門最小關(guān)門速度優(yōu)化為0.87 m/s，均滿足目標(biāo)要求；前門最小關(guān)門能量優(yōu)化為11.9 J，后門最小關(guān)門能量優(yōu)化為8.06 J，均滿足目標(biāo)要求。優(yōu)化后，前、后車門的最小關(guān)門速度均低于1.2 m/s，在1.2 m/s關(guān)門速度下測試關(guān)門耳壓，得到駕駛員位置左耳耳壓為161.3 Pa，右后乘員內(nèi)耳耳壓為169.2 Pa，均滿足目標(biāo)要求，前、后門關(guān)門主觀感受有了明顯提升。

4　結(jié)束語

針對某款車型的關(guān)門品質(zhì)問題，從密封系統(tǒng)參數(shù)和氣流通道兩個方面進(jìn)行優(yōu)化，使關(guān)門手感和關(guān)門耳壓得到改善，也為汽車行業(yè)同類問題的分析解決提供參考與借鑒。

[1]陸琳，張?zhí)忑?，徐紅梅，等. 我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策研究[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2019，18（9）：13-14.

[2]孫龍飛，黃霞，朱琪，等. 某車型車門關(guān)門力優(yōu)化方法研究[J]. 汽車科技，2017（6）：13-17.

2022-11-22

1002-4581（2023）02-0020-04

U463.83+4

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2023.02.005