汽車設(shè)計- 車門閉合力設(shè)計規(guī)范模板

1、XX公司企業(yè)規(guī)范編號XXXX-XXXX汽車設(shè)計-汽車車門閉合力設(shè)計規(guī)范模板XXXX發(fā)布汽車車門閉合力設(shè)計規(guī)范模板范圍本規(guī)范規(guī)定了乘用車車門閉合力的設(shè)計要求，為后期新車試制過程中的車門閉合力整改提供依據(jù)。本規(guī)范適用于眾泰控股集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的乘用車旋轉(zhuǎn)式車門閉合力開發(fā)流程及質(zhì)量整改。術(shù)語和定義車門閉合力定義所謂車門閉合力，主要是指用戶在關(guān)閉車門時的一種主觀評價。目前，國內(nèi)汽車行業(yè)對車門閉合力沒有一個準(zhǔn)確的定義，如：車門在關(guān)閉過程中的力的大小、速度的快慢、施加力的位置及怎樣評價車門閉合力等。車門閉合力的評價一般情況下，顧客希望用較小的力，在車門過限位一檔后車門能自動關(guān)閉或自動關(guān)第一道門鎖，感覺門的

2、閉合阻力越小越好。因此，對車門閉合性能存在幾種不同的評價方式，概括起來主要有以下三種評價方式：采用測量最小關(guān)門速度V評價車門閉合性能；采用測量最小關(guān)門能量E評價車門閉合性能；采用測量最小關(guān)門力F評價車門閉合性能；以上三種方式各有優(yōu)缺點，公司目前采用測量最小關(guān)門速度來評價車門閉合性能。閉合力測量規(guī)范整車空載且門窗都關(guān)閉的情況下，車門上A點（外把手水平中心線上方405mm的門邊緣處）通過B位置（車門打開時，A點距其關(guān)門時相應(yīng)位置A點的直線距離1105mm處）時，恰好使車門關(guān)閉的速度，如圖1所示。圖1檢測點位置示意圖閉合力的影響因素閉合力影響因素很多，鉸鏈軸線布置、車門重量、車門重心位置、鉸鏈轉(zhuǎn)動力

3、矩及上下鉸鏈同軸度、限位器結(jié)構(gòu)、密封條的結(jié)構(gòu)及壓縮載荷、門鎖關(guān)閉過程中產(chǎn)生的作用力、車門內(nèi)間隙均勻度以及關(guān)門過程中空氣流通等因素。另外，不正常的干涉、門下垂等因素也會對車門閉合力產(chǎn)生影響。在對A01的測量中，各因素對車門閉合力的影響如下： 表1類別影響因素影響速度（m/s）影響率（%）非正常因素，可消除干涉0.17%正常因素，不可消除，可優(yōu)化門洞膠條0.17%門框膠條0.644%鉸鏈/限位器0.054%鎖0.054%氣密性0.4533%上述數(shù)據(jù)只是一款車型實測數(shù)據(jù)，各個車型應(yīng)該略有不同，影響率指示從速度計算得來，具體車型推薦從能量角度來算更準(zhǔn)確。另，內(nèi)間隙、軸線傾角無法從一個車型來實測出影響率

4、（可以計算出影響率）。下邊分析各因素的影響、設(shè)計和制造注意點。3.1鉸鏈軸線布置綜合考慮車門分縫線、車門抬升量（按照我國GJJ37-1990城市道路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)汽車停在路邊時，建議車門開啟時的提升值為1530mm3）等，鉸鏈軸心線一般會布置成內(nèi)傾角或前、后傾角（如圖2所示）。鉸鏈軸線布置內(nèi)傾角或后傾角，車門重量的分力會產(chǎn)生向心力，同時在車門關(guān)閉過程中，車門重心Z方向坐標(biāo)發(fā)生變化，此變化對車門關(guān)閉提供勢能，有利于車門閉合，角度越大則提供的勢能越大；但向心力在開門時有反作用力，會增大開啟力，故在車門設(shè)計時需結(jié)合開啟力綜合考慮。圖2鉸鏈軸線的內(nèi)傾角和后傾角表2鉸鏈前傾角度鉸鏈內(nèi)傾角度鉸鏈軸線通過點

5、車門重心位置關(guān)閉狀態(tài)向心力矩分解角度開啟35向心力矩分解角度從開啟35。到關(guān)閉狀態(tài)車門Z方向坐標(biāo)變化（坐標(biāo)值減小為-）（單位：mm）00X-460.406X-973.3500000.50.4980.434-2.6410.9960.867-5.281.51.4941.301-7.91921.9921.734-10.5572.52.492.167-13.19332.9882.599-15.8283.53.4863.032-18.461-0.5-0.498-0.4342.64-1-0.996-0.8685.280.50Y=-824.498Y=-778.1170.045-0.2490.57810.09

6、-0.4971.1561.50.135-0.7461.73320.18-0.9952.3112.50.225-1.2432.88830.27-1.4923.4643.50.315-1.744.04-0.5-0.0450.249-0.577-1-0.090.497-1.153注：前傾為+，后傾為-；內(nèi)傾為+，外傾為-。3.2車門重量及重心位置車門重量越大，則向心力越大，有利于車門閉合；車門重心位置主要影響向心力臂尺寸。車門重量及重心對關(guān)閉力的影響要配合鉸鏈軸線一起分析。圖3車門重心與檢測點鉸鏈鉸鏈對關(guān)門能量的影響在于車門關(guān)閉過程中，鉸鏈的固定部分和活動部分的相互摩擦?xí)p耗能量摩擦力主要體現(xiàn)為鉸鏈

7、自身旋轉(zhuǎn)阻力。限位器當(dāng)開關(guān)車門時，限位盒沿著限位臂運動，由于限位臂上由高低不同的結(jié)構(gòu)，限位盒內(nèi)的彈簧橡膠塊在限位臂不同的位置會產(chǎn)生不同的彈性變形，要越過每個限位的位置點，需要用不同的力，通過力的大小對車門起到限位作用。根據(jù)限位器工作原理，看以得出限位器在車門關(guān)閉過程中存在兩個方面的運動：限位器安裝支架與限位臂之間的轉(zhuǎn)動以及限位臂與限位盒之間的滑動，根據(jù)七運動方式可以確定限位器對車門比合理的影響：1-限位器支架；2-限位盒圖4限位器結(jié)構(gòu)示意No圖5限位器力矩-角度曲線圖限位器安裝支架與限位臂之間的轉(zhuǎn)動力矩：在車門轉(zhuǎn)動過程中始終是阻力矩，對車門閉合力有一定影響。愛得夏此轉(zhuǎn)動力矩標(biāo)準(zhǔn)：W1.5Nm；

8、限位臂與限位盒之間的滑動摩擦阻力：限位臂與限位盒在滑動摩擦運動過程中，由于彈簧橡膠塊受力壓縮，會給限位臂一個擠壓力，限位臂和限位盒內(nèi)橡膠塊之間存在一個摩擦系數(shù)(平和精工推薦此值為0.27)，車門在滑動過程中必然產(chǎn)生摩擦力，摩擦力在車門關(guān)閉過程中產(chǎn)生阻力矩，阻力矩的大小和限位器的結(jié)構(gòu)及限位器布置位置相關(guān)。限位盒越過限位臂凸點后，由高點跳躍到低點，限位器提供部分助動力，有利于車門關(guān)閉。門鎖作用力車門關(guān)閉過程中，門鎖通過鎖扣與鎖體的嚙合達(dá)到車門關(guān)閉，在鎖體轉(zhuǎn)動過程中必然消耗能量，鎖體和鎖扣嚙合一般設(shè)計兩級鎖緊位，每個鎖緊位均需克服回位彈簧力消耗動能。圖5為某車型門鎖嚙合力曲線。總4丫證Dist.Fr

9、ovFriaarjlatchMsItIon(m)圖6克服鎖扣力和位移曲線圖密封條壓縮變形車門關(guān)閉過程中對密封條產(chǎn)生擠壓，密封條受擠壓后產(chǎn)生反作用力，此作用力在車門關(guān)閉過程中消耗能量，阻礙車門關(guān)閉。密封條對閉合力的影響主要有三個指標(biāo)：壓縮負(fù)荷，壓縮量及總長度?？傞L度一般由鈑金結(jié)構(gòu)決定，密封條設(shè)計過程中可通過設(shè)計合理的壓縮負(fù)荷和壓縮量滿足能耗目標(biāo)要求。車內(nèi)氣壓阻力車門快速關(guān)閉過程中，從密封條接觸門框表面到完全關(guān)閉，車門在極短的時間壓縮車內(nèi)空間的空氣，車內(nèi)空氣受壓后壓力上升而通過沒有關(guān)閉的門縫流出，該氣流產(chǎn)生一個氣壓阻，在車門關(guān)閉過程中消耗能量，阻礙車門的關(guān)閉。閉合力計算校核4.1密封條能耗模型建立

10、條件：假設(shè)車門關(guān)閉時，車門平面壓縮密封條；密封條變形為彈性變形；密封條沿周長方向均勻受力。AL-把長度為L的密封條分割成n段，每段長i，則關(guān)閉車門時壓縮第段密封條所消耗的能量EsFdSsPALdS=1PALS密封條ioioi2i（1）其中F車門壓縮時第i段密封條產(chǎn)生的阻力；P為密封條壓縮負(fù)荷（單位：N/m）；S為密封條壓縮i量（單位：m）在密封條長度L上，阻力所做的總功為：E=丫1PALS=丄PLS密封條2i2i=1（2）從式（2）可以看出，影響密封條能耗主要參數(shù)為密封條長度、壓縮負(fù)荷及壓縮量。密封條長度在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計時已基本確定，長度越長，產(chǎn)生的阻力越大；壓縮負(fù)荷一般由密封條材料、截面形式等

11、決定，壓縮負(fù)荷越大，產(chǎn)生的阻力越大，如圖7所示；密封條的壓縮量設(shè)計主要是為了保證車門密封性能，壓縮量越大，產(chǎn)生的阻力也越大，如圖8所示。圖7車門關(guān)閉力與密封條壓縮負(fù)荷關(guān)系圖8車門關(guān)閉力與密封條壓縮距離關(guān)系4.2車內(nèi)氣壓阻力能耗模型建立條件：假設(shè)車門從壓縮密封條開始至結(jié)束的運動是平動過程；假設(shè)駕駛室空間內(nèi)的空氣為理想氣體，車門關(guān)閉壓縮過程中忽略溫度上升值；假設(shè)駕駛室內(nèi)空氣質(zhì)量不變。根據(jù)工程熱力學(xué)理想氣體狀態(tài)方程可得：TOC o 1-5 h zPV=PV00ii式中卩0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；乂為車門關(guān)閉前車內(nèi)空氣容積；Pi為關(guān)閉時駕駛室內(nèi)氣壓；V為車門關(guān)閉后00ii車內(nèi)空氣容積。設(shè)車門迎風(fēng)面積為A0,密封

12、條壓縮量為S,則：0iV=VASi00i車門關(guān)閉過程中，當(dāng)密封條壓縮量為S時，駕駛室容積變化而產(chǎn)生的阻力為：iAF=（PP）Aii00由式（3）、（4）和（5）可得空氣壓縮阻力增量所做的功為：E氣壓阻=ISAFdS=0i(asA-PVIn1Vo丿00PAS00從式可以看出，車內(nèi)體積V。越大，壓縮比例越小，關(guān)門消耗的能量越小，關(guān)門越輕便，如圖9所示；迎風(fēng)面積A0(即車門面積)越大，關(guān)閉車門所克服的阻力越大，車門關(guān)閉力越大，如圖10所圖9車門關(guān)閉力與車內(nèi)體積關(guān)系圖10車門關(guān)閉力與車門面積關(guān)系4.3門鎖作用力能耗車門關(guān)閉至接觸鎖扣到完全鎖上這個過程，需要提供克服鎖扣力所需的能量，圖5是某車型鎖克服鎖

13、扣力和位移的曲線圖，設(shè)車門閉合過程中鎖扣反作用力變化區(qū)間為巴，F(xiàn)2,關(guān)閉車門鎖舌運動距離s,則門鎖關(guān)閉能耗為：7)E=F+F)s門鎖0124.4鉸鏈能耗在車門閉合過程克服鉸鏈阻力所的功：4.5其中，F(xiàn)鉸鏈為鉸鏈自身旋轉(zhuǎn)阻力，L重力勢能E=FL鉸鏈鉸鏈鉸鏈鉸鏈為關(guān)閉車門從檢測點到關(guān)閉狀態(tài)鉸鏈所運動過的路程鉸鏈8)9)車門在閉合過程中重力產(chǎn)生的勢能：E=mgh勢能其中m為車門質(zhì)量；h為從檢測點到關(guān)閉位置車門重心的Z方向變化量4.6限位器助動能量限位器助動力在車門閉合過程運動一定距離所做的功：E=FL(10)限位器限位器限位器其中，F(xiàn)限位器為限位器助動力，L限位器為車門從檢測點到關(guān)閉時限位塊在限位臂

14、上滑移的距離。車門關(guān)閉動能車門以關(guān)閉速度V通過檢測點產(chǎn)生動能：11E=-J2=mR2(V/R)2(11)動能2212其中，J為轉(zhuǎn)動慣量；為角速度；V為車門關(guān)閉速度，R為車門重心的轉(zhuǎn)動半徑，R2為檢測點的轉(zhuǎn)動半徑。從式(11)可以看出，車門質(zhì)量越大，則關(guān)閉車門時產(chǎn)生的動能越大，關(guān)門越輕便也越大，則產(chǎn)生的動能越大，關(guān)門越輕便；R2越大，則產(chǎn)生的動能越小，車門關(guān)閉力越大。能量守恒根據(jù)能量守恒定律,在檢測點關(guān)閉車門提供的最小動能應(yīng)等于車門關(guān)閉過程中各因素消耗的能量：E=E+E+E+E+E+E動能密封條氣壓阻門鎖鉸鏈限位器勢能(12)某車型關(guān)閉能量計算及結(jié)果分析5.1參數(shù)輸入表3某車型前門相關(guān)參數(shù)輸入車

15、門質(zhì)量(kg)33.7門鎖嚙合力(N)5，30關(guān)閉速度(m/s)V前門運動距離(mm)20重心位置坐標(biāo)(959.0,-781.8,455.3)鉸鏈轉(zhuǎn)動力矩（Nm）1.5檢測點位置坐標(biāo)(1526.6,-979.5,455.3)旋轉(zhuǎn)行程（mm）110密封條主密封門洞內(nèi)傾角（）2.3壓縮負(fù)荷（N/m）8045后傾角（）0長度（m）3.83.6壓縮量（mm）63.5限位器助動力（N）15氣壓車內(nèi)體積3）1.8行程（mm）10迎風(fēng)面積（）0.88表4某車型后門相關(guān)參數(shù)輸入車門質(zhì)量（kg）25.1門鎖嚙合力（N）5,30關(guān)閉速度（m/s）V.運動距離（mm）20重心位置坐標(biāo)(1993.5,-766.8,5

16、07.6)鉸鏈轉(zhuǎn)動力矩（N）1.5檢測點位置坐標(biāo)(2666.7,-963.2,558.0)旋轉(zhuǎn)行程（mm）110密封條主密封門洞內(nèi)傾角（）1.5壓縮負(fù)荷（N/m）8045后傾角（）0長度（m）3.63.4壓縮量（mm）63.5限位器助動力（N）15氣壓車內(nèi)體積3）1.8行程（mm）10迎風(fēng)面積（）0.855.2計算結(jié)果由表3及4.1至4.6可以分別計算出各因素所消耗的或產(chǎn)生的能量（以消耗能量為正，產(chǎn)生能量為負(fù)），如表5所示。表5前門各因素消耗或產(chǎn)生能量結(jié)果E亠一1.156E0.784密封條E勢能-0.684氣壓阻E0.35-0.15E鉸鏈0.154由表4及4.1至4.6可以分別計算出各因素所消耗的或產(chǎn)生的能量（以消耗能量為正，產(chǎn)生能量為負(fù)），如表6所示。表6后門各因素消耗或產(chǎn)生能量結(jié)果E、，1.132E.一0.733E-0.297E0.35勢能E-0.15門鎖E鉸鏈10.1475.3結(jié)果分析1）根據(jù)能量守恒定律，可以得到關(guān)閉車門最小的動能為1.61J,并由式（11）可以確定前門最小關(guān)閉速度為0.67m/s。2）根據(jù)能量守恒定律，可以得到關(guān)閉車門最小的動能為1.915J,并由式（11