XX123前车门结构设计

丁红

(上海汽车商用车技术中心，上海 200438)

0 引言

XX123是一款小排量轻客，它具有复杂结构的四门两盖。门盖的设计开发直接决定了该车身结构的复杂程度、设计的难易程度，对制造成本具有很大的影响。汽车铰链式车门的设计遵循先布置铰链、再布置玻璃升降器，最后再布置其他附件的原则，并同步进行车门开启的运动校核、外开把手的运动校核、玻璃的运动校核，总成样件出来后进行台架试验、道路试验等。因此掌握车门设计开发的正确流程及方法是重中之重［1］。

1 车门铰链的布置

铰链是车门总成中的受力构件，当车门关闭时，车门上的承力件为锁和铰链;当车门打开时，车门的重力完全由铰链来承受。车门两只铰链的中心所连成的轴线直接影响到车门的受力状况，门柱的结构、车门开缝线的位置和形状，在对它们进行布置时，应注意以下几方面的问题:

(1)在结构允许的情况下，车门上下两铰链间距离应尽可能大，以加大承受力力矩，通常不小于300 mm，如图1所示:由于A柱的空间限制，设计距离为值300 mm，偏小［2］。

(2)在结构允许的情况下，在Y向，铰链尽可能向车外，以免车门开启时铰链与其他部件干涉［3］。

(3)为保证车门在自身重力作用下有一定的自动关闭能力，轴线内倾，应与XOZ平面间有一定的角度，通常不大于5°;如图 2 所示，设计值为 3.3°［4］。

(4)为抵抗车门由于重力下垂，铰链轴线前倾，与YOZ平面间有一定的角度，通常不大于1°;如图3所示，设计值为0.35°。

铰链布置后的最终情况详见图4。

2 玻璃升降器的布置

玻璃升降器是承载玻璃上下运动的构件，其两侧的导轨构成玻璃运动的轨道，升降器与轨道间的合理布置，决定了玻璃上下运动过程中阻力的大小，及玻璃防漏水性能的好坏。该车型采用的是交叉型电动升降器，如图5所示。

玻璃导轨轨迹设计时注意点如下(图6):

(1)前、后导轨是近似于平行的，一根螺旋线上的两段线，并不是两根平行线;前后导轨只有一根螺旋线中的两段，在上下运动时才能够完全重合，减少在运动过程中玻璃与导轨间的前后方向的阻力。

(2)玻璃上下运动的轨迹面通常是圆柱面的一部分，减少轨迹面的复杂程度，减少运动阻力。

交叉型玻璃升降器布置时的注意点:

(1)玻璃升降器的4个安装点是在同一个平面上，详见图7;

(2)升降器的旋转轴相对4个安装点是固定不变的，故此玻璃上下运动的理轨轨迹应该是一个平面，其能够沿轨道的曲面运动是靠滚轮与水平导轨间的间隙及整个摆臂在运动中的允许误差来实现的。

(3)升降器相对玻璃真实运动轨迹在上、下止点时的布置:

①理论上在上、下止点处的压缩量是相同的，设计时上止点取较大值是为了使玻璃在最上方时能够产生较大的向外的推力从而增加防水(密封)性能;

②中间和下止点处取较小值，有利于玻璃在向下运动时的阻力较小，由于升降器本身具有锁死机构，玻璃的重力亦不会自行往下运动。

3 限位器的布置

车门限位器是控制车门开启角度的构件，它的作用是使车门在每一挡开启角度停留时，能够产生一定的阻尼，使车门不易再继续打开或关闭。该车型限位器的开启角度有两挡:第一挡为:45°，第二挡为70°。

(1)车门限位器上有第一挡开启角度限位槽机构;

(2)车门限位器末端有第二挡开启角度控制面机构;

(3)车门限位器的位置Z向轴线不能与铰链的轴线重合，才能产生控制门开启的扭矩，本车型的距离为45 mm。

其详细的结构如图8所示。

4 密封条的布置

密封条是使汽车分隔成内、外空间的构件，其布置及结构设计的好坏直接对车内的噪声、温度、清洁度、湿度等有很大的影响。

(1)密封条的位置

通常轿车车门有两道密封，第一道能够防水、抗噪声，第二道主要是抗噪声。该车型的车门亦有二道密封条，不过它为了降低模具开发成本，把两道密封条都安装在侧围上，上方的第一道密封条起防水作用，门框周边的第二道密封条起防水和保温作用，其具体的布置情况如图9所示。

(2)密封条的压缩量

密封条是通过两物体间的挤压，使密封条产生变形，而达到防水，保温目的。通常密封条的压缩量为可变形区域的1/3～1/2，详见图10。

5 车门钣金件的结构设计

(1)车门外板是由造型所决定，采用整体冲压成形，为避免在运动过程中的振动，通常采用烘烤硬化板材，即涂装烘烤后表面硬度、刚度会提高;有些轿车上部窗框采用滚压件时，车门外板就仅有下半部分为冲压成形件，如图11所示［4］。

(2)车门内板是安装各种附件的载体，完全是由满足功能(附件安装点、车门密封、部件安装工艺)和必要的强度所决定的，通常在车门铰链处有一个加强板，目前轿车采用不同板厚的材料激光拼焊后，一起冲压成形，以减少制造过程中的成本，提高制造精度，详见图12所示。

(3)外板仅是体现外观造型的，材料比较薄，在其内部必须要有防止其振动的支撑板，通常采用防撞梁上带支撑板的功能，但在当驾驶员座椅H点高于450 mm时，车门内部可以没有专用的防撞梁，此时就必须要设立专用的外板支撑板，再通过膨胀胶与外板相连接，起缓冲作用，详见图13所示。

(4)车门内、外板是通过包边合成的，其包边的方式有模具包边、液压包边、机器人滚边，不同的方式所需要的包边尺寸有些不同。该车型的包边情况详见图14所示。

6 运动干涉分析

(1)车门与翼子板间最小间隙校核车门在开启由0°～70°过程中，车门最前方的边界与翼子板间间隙的变化情况见图15所示，在70°时局部最小间隙为2.9 mm，符合设计要求。

(2)车门外开门把手与外板间运动分析

从外面开车门时外开把手的最大开启角度为45°，在开启过程中的运动轨迹面及与外板间的最小间隙为1.9 mm，符合设计要求，详见图16所示。

(3)玻璃上下运动分析

玻璃上下负载运动的CAE分析结果显示，符合设计要求。玻璃在上、中、下3个止点位置时与理论运动轨迹面的间隙符合设计需求，详见表1。

表1 三止点位置与理论运动轨迹面的间隙

7 车门模态CAE分析及试验认证

由于车门是运动件，铰链是3C件，汽车标准要求铰链要能开启10万次，钣金件强度、刚度的CAE分析及后期的台架试验、道路试验不在此次论述之中。

8 总结

通过此款车门结构设计，主要得到以下的结论:

(1)车门设计第一要素是铰链的布置，它是车门运动的首要部件;

(2)车门设计第二要素是玻璃面的设计(即升降器的布置)，它是内板总成结构设计的灵魂;

(3)车门设计第三要素是必须充分考虑与之相配合零部件间的间隙;

(4)车门设计第四要数是各种附件的安装工艺，留出足够的工艺孔;

(5)车门设计第五要素是考虑各个零部件的加工工艺;

(6)前期运动校核分析及CAE分析便于提前修改设计，缩短开发周期。

【1】乐玉汉．轿车车身设计［M］．北京:高等教育出版社，2000．

【2】江漫清，吴亚良．CAD/CAM/CAE在车身开发中的应用［J］．上海汽车，1999(2):22－24．

【3】吴亚良．现代轿车车身设计［M］．上海:上海科学技术出版社，2003．

【4】黄天泽，黄金陵．汽车车身结构设计［M}．北京:机械工艺出版社，2000．