敬 園，程 銘，林永亮，葉 剛，仲路路，王 豐

車門玻璃升降扭矩與車身尺寸偏差關(guān)系分析

敬 園，程 銘，林永亮，葉 剛，仲路路，王 豐

（上海蔚來汽車有限公司，上海 201805）

論文研究flush door車門結(jié)構(gòu)玻璃升降系統(tǒng)對于車門鈑金公差的兼容性和敏感度，同時也為探索車門鈑金公差的各個輸入因子與玻璃升降力矩和面差之間的關(guān)系，以及極限公差下的力矩和面差值?；谠囼?yàn)設(shè)計(jì)中響應(yīng)曲面的分析方法，在獨(dú)立開發(fā)的夾具上調(diào)整輸入因子的值和測量對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，對相關(guān)的車門鈑金尺寸因子和玻璃升降力矩之間的關(guān)系進(jìn)行分析。得出結(jié)論，在該系統(tǒng)中，車門預(yù)彎量對玻璃升降力矩的影響較小，腰線開口的公差對玻璃升降力矩影響最大。同時也驗(yàn)證出適合于該系統(tǒng)的鈑金公差范圍，以及各個輸入因子和輸出結(jié)果之間的關(guān)系式，為后續(xù)同類結(jié)構(gòu)的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)；Flush door；可調(diào)夾具；車門預(yù)彎

1 實(shí)驗(yàn)背景

Flush door 車門結(jié)構(gòu)（圖1），由于具有外觀簡潔、低風(fēng)阻、低能耗的優(yōu)勢，在新開發(fā)車型中應(yīng)用越來越廣泛。

圖1 車門外觀對比

Flush door車門結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，玻璃在A柱受2個方向的約束力，B柱受4個方向約束力。玻璃升降時由于A柱和B柱所受約束力不平衡，容易卡住。

圖2 Flush door車門結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)車門結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示，玻璃在前后導(dǎo)軌都受3個方向的約束力，前后方向的約束力放開[1]。

圖3 傳統(tǒng)車門結(jié)構(gòu)

同時由于flush door 結(jié)構(gòu)與普通有框門結(jié)構(gòu)（圖3）對玻璃前后導(dǎo)軌的約束不對稱，玻璃升降對車身的尺寸精度比較敏感，尺寸偏差大時玻璃可能在運(yùn)動中被卡住[2-3]。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)（Design of Experiment, DOE）方法是優(yōu)化多因子相關(guān)的復(fù)雜設(shè)計(jì)的科學(xué)方法。本文采用響應(yīng)曲面法（Response Surface Method, RSM）DOE方法，通過對Flush door車門結(jié)構(gòu)中玻璃升降系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)，向的尺寸變動對玻璃升降影響最顯著，選取了4個相關(guān)性最大的車門鈑金尺寸因子，包括：1）車門門框預(yù)彎量（圖4），下文用1表示，DOE測試范圍：-1～2 mm；2）玻璃導(dǎo)軌安裝面（圖5），下文用2表示，DOE測試范圍：-2.0～2 mm；3）玻璃上亮條安裝面（圖6），下文用3表示，DOE測試范圍：-1.5～1.5 mm；4）內(nèi)外水切夾持面寬度（圖7），下文用4表示，DOE測試范圍：-3.0～3.0 mm[4]。

圖4 車門門框預(yù)彎量

圖5 玻璃導(dǎo)軌安裝面

圖6 玻璃上亮條安裝面

圖7 內(nèi)外水切夾持面寬度

圖8 可調(diào)的車門鈑金夾具

根據(jù)選取的車身尺寸因子，開發(fā)可調(diào)的車門鈑金夾具（圖8），用于玻璃升降的DOE試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^對車身尺寸因子的精準(zhǔn)控制，測量每種因子極限狀態(tài)的排列組合下玻璃上升扭矩的峰值，同時檢測玻璃到外飾件的平均面差。玻璃上升扭矩的峰值，下文用1表示，1≤6 Nm；玻璃平均面差，下文用2表示，-1 mm≤2≤1 mm。在1和2都滿足各自公差范圍的條件下，求出各個車身尺寸因子的公差范圍。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.玻璃上升扭矩峰值測量

實(shí)驗(yàn)通過扭力扳手手動控制玻璃升降器的齒輪，為玻璃升降提供動力，同時讀出玻璃在上升過程中的扭力峰值。

2.玻璃周邊面差測量

用數(shù)字顯示的面差表測量玻璃到前三角窗和到B柱外飾板的面差，共8個點(diǎn)，如圖9所示，測量后取絕對值的平均值作為面差的整體表現(xiàn)。

圖9 前門面差測點(diǎn)

3.車門鈑金狀態(tài)的調(diào)整

車門鈑金的不同狀態(tài)是通過調(diào)整可調(diào)夾具來實(shí)現(xiàn)的。1調(diào)整是通過可調(diào)夾具繞某一給定的軸線旋轉(zhuǎn)，并控制某一指定點(diǎn)的向移動量來實(shí)現(xiàn)。2、3和4的向調(diào)整，都通過可調(diào)夾具在安裝面加裝不同厚度的墊片來實(shí)現(xiàn)按指定的尺寸偏差來調(diào)整。

2.3 DOE實(shí)驗(yàn)方案

如前述分析，DOE實(shí)驗(yàn)里有4個因子，每個因子有2個level，每種組合對應(yīng)2個響應(yīng)。全因子實(shí)驗(yàn)有24組合，對應(yīng)16組實(shí)驗(yàn)。通過對玻璃升降系統(tǒng)的分析，有可能在某些因子的2個level的中間值出現(xiàn)極值，即出現(xiàn)彎曲[5-6]。故再增加4個中心點(diǎn)，以檢測彎曲。另外升降系統(tǒng)中還存在密封條老化的問題，故再增加一輪重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，這樣按順序測量每種組合都能測到兩個數(shù)值，即老化前后的數(shù)值，以盡量降低老化的影響[7-8]。

綜合上述分析，初步的實(shí)驗(yàn)方案是測量（16+ 4）×2=40組實(shí)驗(yàn)。對40組實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，扭矩峰值和面差這兩個響應(yīng)都存在彎曲。因此，實(shí)驗(yàn)中引入RSM方法，考慮序貫性，可調(diào)夾具可測量范圍對應(yīng)的成本，采用中心復(fù)合表面設(shè)計(jì)（Central Composite Face-centered Design, CCF）的方法安排實(shí)驗(yàn)，共計(jì)60組實(shí)驗(yàn)[9-10]。實(shí)驗(yàn)和測量結(jié)果如表１所示。

表1 實(shí)驗(yàn)和測量結(jié)果

RunOrderf4/mmf3/mmf2/mmf1/mmY1/(Nm)Y2/mm 1-3-1.5-2-1.06.20.47 23-1.5-2-1.04.50.54 3-31.5-2-1.06.70.48 431.5-2-1.05.80.60 5-3-1.52-1.05.80.76 ………………… 5500.0-20.55.50.53 5600.020.55.20.83 5700.00-1.05.40.58 5800.002.05.50.49 5900.000.55.20.58 6000.000.55.40.58

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1.1峰值扭矩結(jié)果分析

分析結(jié)果表明，4個影響因子中對1影響顯著的是2、3和4這3個因子。每2個因子在另一個因子取中值時與1的關(guān)系如圖10－圖12所示。

關(guān)系式：

1=5.32-0.154+0.063-0.172+0.0822+

0.0342-0.0434（1）

則標(biāo)準(zhǔn)誤差=0.105，-sq=71.6%，-sq(adj)= 68.4%。

考慮DOE實(shí)驗(yàn)中所測量的尺寸偏差范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)實(shí)中可以實(shí)現(xiàn)的公差，因此，不必在實(shí)驗(yàn)中爬坡找到“頂”或“底”。目前實(shí)驗(yàn)測量范圍可以滿足指導(dǎo)工程設(shè)置公差的需要。因?yàn)槟壳伴T鈑金總成公差要求已經(jīng)小于實(shí)驗(yàn)測量范圍；另外根據(jù)以往項(xiàng)目公差經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，DOE測量范圍已經(jīng)大于所有項(xiàng)目總成公差。

圖10 Y1與因子f3和f4關(guān)系圖像

圖11 Y1與因子f2和f4關(guān)系圖像

圖12 Y1與因子f2和f3關(guān)系圖像

3.1.2玻璃面差結(jié)果分析

分析結(jié)果表明，4個影響因子中對2影響顯著的是2，3和4這3個因子。每2個因子在另一個因子取中值時與2的關(guān)系如圖13－圖15所示。

圖13 Y2與因子f3和f4關(guān)系圖像

圖14 Y2與因子f2和f4關(guān)系圖像

圖15 Y2與因子f2和f3關(guān)系圖像

關(guān)系式：

2=0.57+0.0074-0.0073+0.062+0.0122-

0.00442-0.00732（2）

則標(biāo)準(zhǔn)誤差=0.017，-sq=87.5%，-sq(adj)= 83.9%。

與峰值扭矩同理，目前實(shí)驗(yàn)測量范圍可以滿足指導(dǎo)工程設(shè)置公差的需要。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

利用上述公式，在DOE模型中預(yù)測一些典型的1和2值，和這些值對應(yīng)的2、3、4因子的狀態(tài)。在可調(diào)夾具上調(diào)出各個因子的狀態(tài)，再測量各因子組合狀態(tài)下1和2值，最后與預(yù)測值比較來驗(yàn)證DOE模型的準(zhǔn)確性。驗(yàn)證結(jié)果如表2所示。

表2 DOE分析值驗(yàn)證

序號f4/mmf3/mmf2/mm實(shí)測值預(yù)測值 Y1/(Nm)Y2/mm 13–1.504.9 Y1最小值4.79 Nm，置信區(qū)間(4.58,4.99)，預(yù)測區(qū)間(4.08,5.49) 2–3–1.5–2 0.47Y2最小值0.45 mm，置信區(qū)間(0.41,0.48)，預(yù)測區(qū)間(0.36,0.53) 33–1.5–1.55.00.54同時優(yōu)化Y1和Y2，都取最小值。Y1最小值4.94 Nm，置信區(qū)間(4.71,5.16)，預(yù)測區(qū)間(4.23,5.65)；Y2最小值0.54 mm，置信區(qū)間(0.52,0.57)，預(yù)測區(qū)間(0.46,0.63)

所有實(shí)測值都在置信區(qū)間的范圍內(nèi)，說明DOE模型的公式是可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測1和2的值。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用

根據(jù)DOE模型中的公式，驗(yàn)證1和2在臨界值時，2、3和4允許的最大尺寸偏差，進(jìn)而逐步縮小車身尺寸的公差范圍。可初步確定2的公差±0.7 mm，3的公差±0.7 mm，4的公差±1 mm。

把2、3和4的值反向代入DOE模型中的公式，觀察隨著尺寸偏差的變化，1和2的變化趨勢，同時驗(yàn)證1和2是否超出臨界值。以0.1 mm為步距，逐漸增加2、3和4的公差值，形成15×15×21=4 725種排列組合，并計(jì)算每種排列下1和2的值，如圖16所示。

篩選所有數(shù)值，1最大值5.71 Nm，2最大值0.63 mm，都沒有超出要求的范圍。公式中1的（σ）=0.105 ，預(yù)留單邊3σ的余量后剛好約等于6 Nm，即在上述給定的2、3和4的公差下，1先達(dá)到臨界值，上述公差為允許的最大公差。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過觀察圖16的每張圖片里左上角和右下角的深色區(qū)域的隨著玻璃導(dǎo)軌安裝面，玻璃上亮條安裝面和內(nèi)外水切夾持面寬度的公差變化可以發(fā)現(xiàn)玻璃上升扭矩的峰值和玻璃平均面差的分布規(guī)律。

玻璃上升扭矩的峰值受內(nèi)外水切夾持面寬度的影響最顯著，影響趨勢為內(nèi)外水切夾持面寬度越大，玻璃上亮條安裝面越偏車外方向，玻璃導(dǎo)軌安裝面越偏車內(nèi)方向，玻璃上升扭矩的峰值越小，且按上述方向調(diào)整出較小的玻璃上升扭矩的峰值的概率越大。

圖16 Y1與Y2分布圖

玻璃平均面差受玻璃導(dǎo)軌安裝面的影響最顯著，影響趨勢為玻璃導(dǎo)軌安裝面越偏車外方向，玻璃上亮條安裝面越偏車內(nèi)方向，內(nèi)外水切夾持面寬度越小，玻璃平均面差越小，且按上述方向調(diào)整出較小的玻璃平均面差的概率越大。

車門門框預(yù)彎量在-1～2 mm之間時對玻璃上升扭矩的峰值和玻璃平均面差的影響不顯著，可以忽略。設(shè)計(jì)上可以接受2 mm以內(nèi)的預(yù)彎。

4 結(jié)束語

本文通過對車身新結(jié)構(gòu)的分析，找出系統(tǒng)中可能存在問題的關(guān)鍵參數(shù)，并確定與其相關(guān)的輸入因子。篩選并確定可控的因子數(shù)量和水平，基于DOE響應(yīng)曲面的方法制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，并為驗(yàn)證獨(dú)立開發(fā)可調(diào)夾具。最終通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析確定了車身尺寸的公差范圍，以及關(guān)鍵參數(shù)的分布規(guī)律，為后續(xù)項(xiàng)目應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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Analysis of the Relationship between Lifting Torque of Flush Door Glass and Body Dimensions Deflection

JING Yuan, CHENG Ming, LIN Yongliang, YE Gang, ZHONG Lulu, WANG Feng

( NIO Company Limited, Shanghai 201805, China )

The purpose of this article is to study the compatibility and sensitivity of the flush door glass lifting system with the door sheet metal tolerances, as well as to explore the relationship between various input factors of the door sheet metal tolerances and the glass lifting torque and flushness difference, and the torque and flushness difference values under the limit tolerances. Based on the response surface analysis method in the design of experiment test design, the input factor values are adjusted and the corresponding output data are measured on the independently developed fixture, and the relationship between the relevant door sheet metal dimension factors and the glass lifting torque is analyzed. The conclusion is that in this system, the door cheat has smallest impact on the glass lifting torque, and the tolerance of the waistline opening has the greatest impact on the glass lifting torque. At the same time, the suitable sheet metal tolerance range for this system and the relationship between each input factor and output result are also verified, providing a theoretical basis for the development of subsequent similar structures.

Design of experiment; Flush door; Adjustable cubing; Door cheat

U461.99

A

1671-7988(2023)17-106-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.017.019

敬園（1982－），男，高級工程師，研究方向?yàn)檐嚿黹_閉件，E-mail:randy.jing@nio.com。