汽车设计- 车门闭合力设计规范模板

1、XX公司企业规范编号XXXX-XXXX汽车设计-汽车车门闭合力设计规范模板XXXX发布汽车车门闭合力设计规范模板范围本规范规定了乘用车车门闭合力的设计要求，为后期新车试制过程中的车门闭合力整改提供依据。本规范适用于众泰控股集团有限公司生产的乘用车旋转式车门闭合力开发流程及质量整改。术语和定义车门闭合力定义所谓车门闭合力，主要是指用户在关闭车门时的一种主观评价。目前，国内汽车行业对车门闭合力没有一个准确的定义，如：车门在关闭过程中的力的大小、速度的快慢、施加力的位置及怎样评价车门闭合力等。车门闭合力的评价一般情况下，顾客希望用较小的力，在车门过限位一档后车门能自动关闭或自动关第一道门锁，感觉门的

2、闭合阻力越小越好。因此，对车门闭合性能存在几种不同的评价方式，概括起来主要有以下三种评价方式：采用测量最小关门速度V评价车门闭合性能；采用测量最小关门能量E评价车门闭合性能；采用测量最小关门力F评价车门闭合性能；以上三种方式各有优缺点，公司目前采用测量最小关门速度来评价车门闭合性能。闭合力测量规范整车空载且门窗都关闭的情况下，车门上A点（外把手水平中心线上方405mm的门边缘处）通过B位置（车门打开时，A点距其关门时相应位置A点的直线距离1105mm处）时，恰好使车门关闭的速度，如图1所示。图1检测点位置示意图闭合力的影响因素闭合力影响因素很多，铰链轴线布置、车门重量、车门重心位置、铰链转动力

3、矩及上下铰链同轴度、限位器结构、密封条的结构及压缩载荷、门锁关闭过程中产生的作用力、车门内间隙均匀度以及关门过程中空气流通等因素。另外，不正常的干涉、门下垂等因素也会对车门闭合力产生影响。在对A01的测量中，各因素对车门闭合力的影响如下： 表1类别影响因素影响速度（m/s）影响率（%）非正常因素，可消除干涉0.17%正常因素，不可消除，可优化门洞胶条0.17%门框胶条0.644%铰链/限位器0.054%锁0.054%气密性0.4533%上述数据只是一款车型实测数据，各个车型应该略有不同，影响率指示从速度计算得来，具体车型推荐从能量角度来算更准确。另，内间隙、轴线倾角无法从一个车型来实测出影响率

4、（可以计算出影响率）。下边分析各因素的影响、设计和制造注意点。3.1铰链轴线布置综合考虑车门分缝线、车门抬升量（按照我国GJJ37-1990城市道路设计标准的，当汽车停在路边时，建议车门开启时的提升值为1530mm3）等，铰链轴心线一般会布置成内倾角或前、后倾角（如图2所示）。铰链轴线布置内倾角或后倾角，车门重量的分力会产生向心力，同时在车门关闭过程中，车门重心Z方向坐标发生变化，此变化对车门关闭提供势能，有利于车门闭合，角度越大则提供的势能越大；但向心力在开门时有反作用力，会增大开启力，故在车门设计时需结合开启力综合考虑。图2铰链轴线的内倾角和后倾角表2铰链前倾角度铰链内倾角度铰链轴线通过点

5、车门重心位置关闭状态向心力矩分解角度开启35向心力矩分解角度从开启35。到关闭状态车门Z方向坐标变化（坐标值减小为-）（单位：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：前倾为+，后倾为-；内倾为+，外倾为-。3.2车门重量及重心位置车门重量越大，则向心力越大，有利于车门闭合；车门重心位置主要影响向心力臂尺寸。车门重量及重心对关闭力的影响要配合铰链轴线一起分析。图3车门重心与检测点铰链铰链对关门能量的影响在于车门关闭过程中，铰链的固定部分和活动部分的相互摩擦会损耗能量摩擦力主要体现为铰链

7、自身旋转阻力。限位器当开关车门时，限位盒沿着限位臂运动，由于限位臂上由高低不同的结构，限位盒内的弹簧橡胶块在限位臂不同的位置会产生不同的弹性变形，要越过每个限位的位置点，需要用不同的力，通过力的大小对车门起到限位作用。根据限位器工作原理，看以得出限位器在车门关闭过程中存在两个方面的运动：限位器安装支架与限位臂之间的转动以及限位臂与限位盒之间的滑动，根据七运动方式可以确定限位器对车门比合理的影响：1-限位器支架；2-限位盒图4限位器结构示意No图5限位器力矩-角度曲线图限位器安装支架与限位臂之间的转动力矩：在车门转动过程中始终是阻力矩，对车门闭合力有一定影响。爱得夏此转动力矩标准：W1.5Nm；

8、限位臂与限位盒之间的滑动摩擦阻力：限位臂与限位盒在滑动摩擦运动过程中，由于弹簧橡胶块受力压缩，会给限位臂一个挤压力，限位臂和限位盒内橡胶块之间存在一个摩擦系数(平和精工推荐此值为0.27)，车门在滑动过程中必然产生摩擦力，摩擦力在车门关闭过程中产生阻力矩，阻力矩的大小和限位器的结构及限位器布置位置相关。限位盒越过限位臂凸点后，由高点跳跃到低点，限位器提供部分助动力，有利于车门关闭。门锁作用力车门关闭过程中，门锁通过锁扣与锁体的啮合达到车门关闭，在锁体转动过程中必然消耗能量，锁体和锁扣啮合一般设计两级锁紧位，每个锁紧位均需克服回位弹簧力消耗动能。图5为某车型门锁啮合力曲线。总4丫證Dist.Fr

9、ovFriaarjlatchMsItIon(m)图6克服锁扣力和位移曲线图密封条压缩变形车门关闭过程中对密封条产生挤压，密封条受挤压后产生反作用力，此作用力在车门关闭过程中消耗能量，阻碍车门关闭。密封条对闭合力的影响主要有三个指标：压缩负荷，压缩量及总长度。总长度一般由钣金结构决定，密封条设计过程中可通过设计合理的压缩负荷和压缩量满足能耗目标要求。车内气压阻力车门快速关闭过程中，从密封条接触门框表面到完全关闭，车门在极短的时间压缩车内空间的空气，车内空气受压后压力上升而通过没有关闭的门缝流出，该气流产生一个气压阻，在车门关闭过程中消耗能量，阻碍车门的关闭。闭合力计算校核4.1密封条能耗模型建立

10、条件：假设车门关闭时，车门平面压缩密封条；密封条变形为弹性变形；密封条沿周长方向均匀受力。AL-把长度为L的密封条分割成n段，每段长i，则关闭车门时压缩第段密封条所消耗的能量EsFdSsPALdS=1PALS密封条ioioi2i（1）其中F车门压缩时第i段密封条产生的阻力；P为密封条压缩负荷（单位：N/m）；S为密封条压缩i量（单位：m）在密封条长度L上，阻力所做的总功为：E=丫1PALS=丄PLS密封条2i2i=1（2）从式（2）可以看出，影响密封条能耗主要参数为密封条长度、压缩负荷及压缩量。密封条长度在车身结构设计时已基本确定，长度越长，产生的阻力越大；压缩负荷一般由密封条材料、截面形式等

11、决定，压缩负荷越大，产生的阻力越大，如图7所示；密封条的压缩量设计主要是为了保证车门密封性能，压缩量越大，产生的阻力也越大，如图8所示。图7车门关闭力与密封条压缩负荷关系图8车门关闭力与密封条压缩距离关系4.2车内气压阻力能耗模型建立条件：假设车门从压缩密封条开始至结束的运动是平动过程；假设驾驶室空间内的空气为理想气体，车门关闭压缩过程中忽略温度上升值；假设驾驶室内空气质量不变。根据工程热力学理想气体状态方程可得：TOC o 1-5 h zPV=PV00ii式中卩0为标准大气压；乂为车门关闭前车内空气容积；Pi为关闭时驾驶室内气压；V为车门关闭后00ii车内空气容积。设车门迎风面积为A0,密封

12、条压缩量为S,则：0iV=VASi00i车门关闭过程中，当密封条压缩量为S时，驾驶室容积变化而产生的阻力为：iAF=（PP）Aii00由式（3）、（4）和（5）可得空气压缩阻力增量所做的功为：E气压阻=ISAFdS=0i(asA-PVIn1Vo丿00PAS00从式可以看出，车内体积V。越大，压缩比例越小，关门消耗的能量越小，关门越轻便，如图9所示；迎风面积A0(即车门面积)越大，关闭车门所克服的阻力越大，车门关闭力越大，如图10所图9车门关闭力与车内体积关系图10车门关闭力与车门面积关系4.3门锁作用力能耗车门关闭至接触锁扣到完全锁上这个过程，需要提供克服锁扣力所需的能量，图5是某车型锁克服锁

13、扣力和位移的曲线图，设车门闭合过程中锁扣反作用力变化区间为巴，F2,关闭车门锁舌运动距离s,则门锁关闭能耗为：7)E=F+F)s门锁0124.4铰链能耗在车门闭合过程克服铰链阻力所的功：4.5其中，F铰链为铰链自身旋转阻力，L重力势能E=FL铰链铰链铰链铰链为关闭车门从检测点到关闭状态铰链所运动过的路程铰链8)9)车门在闭合过程中重力产生的势能：E=mgh势能其中m为车门质量；h为从检测点到关闭位置车门重心的Z方向变化量4.6限位器助动能量限位器助动力在车门闭合过程运动一定距离所做的功：E=FL(10)限位器限位器限位器其中，F限位器为限位器助动力，L限位器为车门从检测点到关闭时限位块在限位臂

14、上滑移的距离。车门关闭动能车门以关闭速度V通过检测点产生动能：11E=-J2=mR2(V/R)2(11)动能2212其中，J为转动惯量；为角速度；V为车门关闭速度，R为车门重心的转动半径，R2为检测点的转动半径。从式(11)可以看出，车门质量越大，则关闭车门时产生的动能越大，关门越轻便也越大，则产生的动能越大，关门越轻便；R2越大，则产生的动能越小，车门关闭力越大。能量守恒根据能量守恒定律,在检测点关闭车门提供的最小动能应等于车门关闭过程中各因素消耗的能量：E=E+E+E+E+E+E动能密封条气压阻门锁铰链限位器势能(12)某车型关闭能量计算及结果分析5.1参数输入表3某车型前门相关参数输入车

15、门质量(kg)33.7门锁啮合力(N)5，30关闭速度(m/s)V前门运动距离(mm)20重心位置坐标(959.0,-781.8,455.3)铰链转动力矩（Nm）1.5检测点位置坐标(1526.6,-979.5,455.3)旋转行程（mm）110密封条主密封门洞内倾角（）2.3压缩负荷（N/m）8045后倾角（）0长度（m）3.83.6压缩量（mm）63.5限位器助动力（N）15气压车内体积3）1.8行程（mm）10迎风面积（）0.88表4某车型后门相关参数输入车门质量（kg）25.1门锁啮合力（N）5,30关闭速度（m/s）V.运动距离（mm）20重心位置坐标(1993.5,-766.8,5

16、07.6)铰链转动力矩（N）1.5检测点位置坐标(2666.7,-963.2,558.0)旋转行程（mm）110密封条主密封门洞内倾角（）1.5压缩负荷（N/m）8045后倾角（）0长度（m）3.63.4压缩量（mm）63.5限位器助动力（N）15气压车内体积3）1.8行程（mm）10迎风面积（）0.855.2计算结果由表3及4.1至4.6可以分别计算出各因素所消耗的或产生的能量（以消耗能量为正，产生能量为负），如表5所示。表5前门各因素消耗或产生能量结果E亠一1.156E0.784密封条E势能-0.684气压阻E0.35-0.15E铰链0.154由表4及4.1至4.6可以分别计算出各因素所消耗的或产生的能量（以消耗能量为正，产生能量为负），如表6所示。表6后门各因素消耗或产生能量结果E、，1.132E.一0.733E-0.297E0.35势能E-0.15门锁E铰链10.1475.3结果分析1）根据能量守恒定律，可以得到关闭车门最小的动能为1.61J,并由式（11）可以确定前门最小关闭速度为0.67m/s。2）根据能量守恒定律，可以得到关闭车门最小的动能为1.915J,并由式（11