车门设计浅谈

1 车门设计浅谈

摘要：现代汽车车门设计是一个非常复杂的系统工程，应在满足造型要求、法规要求、人机工程要求和功能要求的前提下，进行布置一个车门系统，本文着重从几个方面对车门功能零件布置进行简要说明。 关键词：车门、铰链、限位器、车门锁、玻璃升降器 1.前言 车门的结构型式很多，主要旋转门、拉门、折叠门和外摆车门，本文主要介绍旋转车门。车门的作用是，乘员上下车时打开和关上，行驶时防止乘员掉出来，并防止乘员和车室内被风吹雨淋。车门是车身上的一个独立总成，它的设计好坏，将直接影响到安全性、侧面视野性、进出方便性、密封性及噪音等方面的性能。车门的设计过程是整车开发流程中的一部分，而且是和其他结构设计工作并行的，不同的公司可能会略有不同的阶段划分，但主要分为概念设计和工程设计两大主要阶段。概念设计阶段主要是根据竞争车型或经验值制定车门的主要性能指标，再根据造型曲面的输出、结构配置等输入条件布置车门、绘制主要断面；工程设计阶段主要是实现概念阶段所提出的要求，同时完成三维数据等细节的工作。下面讨论的是车门概念设计阶段的主要工作。 2.车门结构类型的制定 车门(旋转门)结构可以分为以下几种形式： 整体车门：内外板都为有框是车门结构，该结构车门采用内外板卷边固定形式； 冲压件分体车门：车门外板无框，只有下半部分，内板有框为整体结构； 无框式车门：只有车门内外板的下部结构，没有车门门框，一般这种结构车门多用于活动顶盖的运动型车上，车门玻璃的安装需要特殊的夹具定位，保证车门的密封性能； 框式车门：车门内外板均无框，门框采用单独设计另外一个零件与车门内外板焊接。 不同的车门结构，有不同的优缺点和不同的工艺要求，应根据工厂的实际情况和造型特点进行选择；不同的车门结构功能零件布置亦略有不同，但是不论哪种结构，车门的功能要保证、法规和造型的要求应满足。 3.车门目标性能参数的制定 在整车开发的概念设计阶段，车门的主要性能指标需要定义，包括车门的静态弯曲扭转刚度、一阶二阶模态、表面抗凹性能等，目标值的制定可以通过测量竞争车型或根据经验值确定。表1是车门相关力学特性的参考，主要为大众 Magotan(B6)、Golf(五代）、Tiguan；现代 ELANTRA ；丰田 RAV-4；福特S-MAX。

车型 一阶模态(Hz) 二阶模态(Hz) 垂直刚度(N/mm)

Magotan(B6) 41.07 58.73 133

Golf(五代） 48.61 57.29 163

ELANTRA 23.65 30.4097 115

Tiguan 44.79 51.64 160

RAV-4 39.03 44.96 110

S-MAX 41.20 56.67 120 表1. 相关前车门的力学特性 2 4.车门布置 目前的车门内部布置结构主要分为模块化车门结构和非模块化车门结构(如图1)，本文主要讨论非模块化车门结构的布置。 4.1铰链： 车门是靠两个铰链悬挂在门柱上的，整个车门的质量及作用在车门上的力，在车门关闭的状态下，是由两个铰链、门锁及固定在车身门柱上的锁扣系统来支承；而在车门打开时，则全由铰链支承。实际车门的下垂，通常是由于在载荷作用下，铰链与车身或车门的连接部位发生变形所致。 4.1.1铰链类型： 按铰链加工工艺分主要有冲压铰链、型材机加铰链、冲压和型材机加并用铰链(如图2所示)。 按铰链与车身联接的形式分主要有螺接铰链、焊接铰链、螺接与焊接并有用铰链。 4.1.2铰链布置： 铰链轴距在有可能的话尽可能的加大，一般前门要求320mm以上，后门要求300mm以上。车门铰链的理论轴线在车身坐标系中是和X、Y、Z坐标轴成一定角度的，通常情况下是内倾，一般要求0-3°、前倾（整车坐标系的Z平面与地面也是有角度的，前低后高），一般要求0-1.5°，其主要原因是车门在关闭过程中可以依靠车门重力提供一定的关门力，前倾设计主要还考虑到车门在打开过程中避让车门附近地面的障碍物。在门开闭过程中，检查门与周围零件的最小间隙，要求大于3mm；前门检查与翼子板、A柱、铰链本身的距离；后门检查与前门、B柱、铰链本身的距离，同时亦应检查工具安装空间。 图

1 模块化车门 非模块化车门

冲压件铰链 型材机加铰链 冲压件和型材铰链

图2 3 确定铰链在X方向的位置，同时要考虑铰链安装在A、B柱时，工具的安装空间，即门缝线与铰链安装孔之间的最小距离大于安装工具的半径。 确定铰链在Z方向上的位置：首先确定下铰链座最低位置距离车门的下边缘的位置，其值一般大于130mm，为了加强其连接刚度，除了在门内板和立柱上布置必要的加强板外，布置的时候尽量加大两铰链的间距。 确定铰链在Y方向上的位置：在布置上，铰链尽量靠近车门外板，但是距离车门外板（class-A表面）的最小距离一般不得小于10mm，主在取决于铰链的调整量和制造公差。 4.2限位器： 限位器具有车门半开时的支承功能和全开时的制止功能，其作用是限制车门的最大开度，防止车门外板与车身相碰，并使车门停留在所需要的开度，防止车门自动关闭。 4.2.1限位器类型： 图3为车门限位器结构，通过改变拉杆的形状，可能设计车门半开的保持位置和保持力。由图可见，门全开时座板和缓冲块接触。设计时应考虑过分开启和暴风吹开车门的作用力。 也有采用限位器与铰链结合在一起的结构，如图4所示。 4.2.2限位器布置： 车门限位器的开启角度大概在60-70度左右，主要取决于车门的大小、座椅R点的相对位置等影响上下车方便性和开关门舒适性的人机工程相关因素。一般小于车门铰链的开启角度。限位器的布置要保证车门在开闭过程中，限位器拉带的运动不能和周围零件发生干涉，留出足够的安全空间，一般应大于10mm。 4.3门锁： 门锁一般应具备如下几种功能：内外开启功能；内外锁止功能；后门儿童安全锁功能；中央控制锁止功能；司机门防误锁功能。 4.3.1门锁的类型： 门锁型式主要包括卡板式、齿轮齿条式、钩簧式、舌簧式、凸轮式等。其中卡板式车门锁被广泛应用。这种锁体零件大部分为钢板冲压件，锁体部件用

增强树脂制造。 1.支架 2.支架转轴 3.拉板 4.拉板嵌件 5.盖板 6.座板 7.滑块 8.压块 9.缓冲块 10.挡板 11.挡板限位轴

图3 图

4 与铰链一体限位器 4 4.3.2门锁的布置： 门锁的位置应和上下铰链的位置形成稳定的三角形，同时锁在高度方向上的布置应布置在车门质心或略高于车门质心的位置上，即在上、下门铰链中间的位置或向上偏移一段距离。锁体的布置还应满足如下三点要求： a) 锁体的倾角应在锁体允许的范围内（一般小于20度）； b) 锁体的横向轴线应该与车门铰链轴线垂直； c) 锁体的横向轴线在锁点处，应该与锁体绕铰链轴线运动的轨迹相切。 门锁的内开启把手根据造型和人机工程的需要可以布置在车门内饰板的前部或后部，不论在哪，门锁内部的拉线可以是软轴的或拉杆的，拉线的布置和固定是非常重要的，不能与玻璃和玻璃升降器的运动干涉，固定点要牢固，不能在车辆行驶中有震动和磕碰的噪音。 4.4防撞杆： 防撞杆的两个端点一般布置在门锁和铰链的安装位置处，主要承受侧向力的冲击，并将力分解到A、B柱上，所以对其材料的要求很高。防撞杆可以采用型材或冲压成型的零件，为防止车在行使过程中车门的震动和提高车门外板的抗凹性能，在防撞杆和车门外板之间增加膨胀胶。 4.5玻璃升降器布置、玻璃面： 玻璃升降器是调节车门玻璃开度大小的部件，装在车门内板里面，它能确保门窗玻璃的顺利开启和关闭，并保证门窗玻璃升降平稳。当乘员停止操作时，玻璃应能保持在任意停止位置，而不会因路面颠簸导致玻璃面发生上下滑动。 4.5.1玻璃升降器的类型： 目前常用的玻璃升降器有臂式传动和钢丝绳式传动(或尼龙带传动)两种结型式。驱动方式有手动和电动两种。 4.5.2玻璃曲面： 一般玻璃面都是双曲率面且具有回转中心，X向的曲率半径偏差在5mm以内，即玻璃前边缘曲率半径与后边缘曲率半径之差，纵向曲率半径根据车型的不同、造型风格的不同略有不同，一般在1100-1900mm之间。 根据第一次的造型曲面定义玻璃的运动方向，同时要考虑车门内部的限制区域：玻璃下边缘的区域、玻璃导轨与门锁系统的空间，玻璃下边缘与周围零件的间隙至少是10mm，同时还要根据其它零部件的尺寸公差和安装公差定义，在Y向还要定义±15mm的玻璃导轨调整空间；外后视镜座的大小和位置根据技术要求和最大视角法规要求定义(参见图5)。 4.5.3玻璃升降器的布置： 根据玻璃的运动方向定义玻璃升降器的布置，升降器前后导轨所在的平面是相互平行的且平行于运动方向；根据造型表面定义玻璃曲率，前后玻璃导轨的曲率根据造型可以不同，玻璃曲面近似一个桶型，玻璃的运动轨迹应该是一个圆面并且垂直于桶型面的旋转中心，但实际情况并非如此，与造型师讨论的最终可行结论是运动轨迹是一个近似的椭圆，所有这些工作都是和造型工程师共同确定的即符合技术法规要求又满足造型需要；玻璃曲面的旋转中心是与水切上边缘平行的一条直线，但实际是造型曲面是自由曲面，车门的布置和水切的断面在Y向是可以移动的(参见图6)。 预压紧设计，为保证车门玻璃运动到顶部时确保整车的密封性能，在保证较小关门力及开门功能的前提下，玻璃在最上端位置时的设计位置与造型位置有一定偏差，根据车门结构、尺寸、密封条的压紧力等定义，此偏差值根据不 5 同的车门结构不同。 车门关门力：一般轿车的车门静态关门力是20-30kg，（车门于密封条处于接触状态，在门锁位置施加的力），主要是克服密封条的弹力；动态关门力应小于0.8m/sec，车门在一定开度（大概是30度）时的速度小于等于0.8m/sec。关门力的大小取决于车门重量、车身与车门的制造质量（间隙的控制）、车门静刚度等。 在满足法规视野要求的前提下，定义请安导轨边缘的位置，保证后视镜三角区域最大化

保证玻璃与车门冲压件、车门限位器的安全间隙 保证玻璃与车门冲压件、车门门锁系统的安全间隙

图5

根据玻璃的运动方向定义玻璃升降器前后导轨的方向，并且两个导轨的运动平面是相互平行的

图6 6 4.5车门密封 车门的密封包括车门与车身门框之间的密封和门窗玻璃的密封。 车门与车身门框之间的密封： 车门与车身门框之间的间隙是通过安装橡胶密封条来实现车室内部与外界的隔离，以防止雨水、灰尘、风和噪声侵入车内。其密封形式主要有一道密封、一道半密封、两道密封。尽可能布置两道完整的密封，如图7所示。一般情况下预压缩量设计为：主密封 5—6 mm ；辅助密封 3 mm，分别在车门和车身上，有时车门上还有在门槛和A柱的位置增加密封条。后视镜的安装和密封对整车NVH水平的贡献非常大，它是产生风噪音的一个主要音源，所以密封结构一定要可靠，包括外水切和装饰条的缝隙和断差都在考虑范围之内。密封条的固定方式有粘接、卡扣固定、嵌入式固定或夹持。 门窗玻璃的密封结构: 门窗密封是靠玻璃导槽和车门窗台处内外水切密封条来实现的。玻璃导槽一般采用粘接或嵌入的方式装配在门窗框的结构凹槽内，为了减小玻璃升降阻力，导槽两侧通过植绒的唇边或柔软的压缩面贴于玻璃，使玻璃升降平稳、轻便。车门窗台采用双面密封形式，密封条分别布在玻璃的两侧，如图8所示。可以防止灰尘和噪声侵入车室内，确保气密性；还可以减少停留在玻璃上的脏物；且防止关闭车门时玻璃的振响。内、外侧密封条的唇部与玻璃接触面经过静电植毛，要求显露部分美观，同时设计时应考虑安装的安便性。 4.6车门防腐： 车门防腐措施有，使用镀锌钢板、在车门内外板卷边处涂密封胶、车门底部内外板之间涂防腐蜡、在车门底部增加排水孔。 4.7扬声器： 扬声器的布置位置与门护板的扬声器位置相对应，扬声器垂直或倾斜向上安装,以满足声音的良好传递效果，扬声器的电源插头口向下一定角度,以防进水和其它杂质。 5.车门材料及轻量化设计 车门是整车零部件系统中经常使用的活动部件，相对独立，而且对整车的