车门系统的关键性能设计研究

韦启生

摘 要：随着汽车科技迅速的发展，车门系统作为汽车使用频率最高的关键部件，为驾驶员和乘客提供出入车辆的通道，承载着安全、密封性、美观性等功能，而人们对车门系统的性能要求也越来越高。本文详细介绍了车门系统的关键性能及相关设计研究，希望对新产品开发提供宝贵的经验。

关键词：车门系统 关键性能 强度 主断面

Abstract：With the rapid development of automotive science and technology， the door system， as the most frequently used key component of the car， provides to entry and exit the vehicle for the driver and passengers， bearing the safety， sealing， aesthetic and other functions， and the People have higher and higher requirements on the performance of the car door system.This paper introduces the key performance and related design research of the door system in detail， hoping to provide valuable experience for the development of new products.

Key words： The car door system， key performance， strength，the main section

1 引言

在激烈的汽车市场竞争中，企业要提升竞争力，就要不断提高汽车的性能品质，满足客户对汽车驾驶、舒适、安全等性能的需求。车门系统作为整车重要的部分，它的综合性能直接关系到整车的性能品质及客户的满意度。车门系统的关键性能设计研究，对汽车工业的发展有着极其重要的作用。

2 車门系统的关键性能

2.1 使用方便性。开关门方便，轻便自如，限位可靠；上下车方便，具有足够的开度，并能使车门停在最大开度；玻璃升降顺畅。

2.2 安全可靠性。具有足够的刚度、强度，不易变形下沉；行车时平稳，无振动噪响，NVH性能优；各零部件性能可靠，不干涉；车门能锁住，不会自动打开；防腐性能优；碰撞安全。

2.3 密封性。雨、雪、尘不能进入车内，具有良好的气密封性。

2.4 视野性。视野开阔，车门窗口尽量大，三角窗位置、大小、形状布置合理。

2.5 工艺性。易于生产制造，便于安装附件，拆装维修便利。

2.6 外观性。外型上与整车协调，外观视觉效果良好。

3 车门系统的关键性能设计

3.1 设计的基本要求：

3.1.1 车门开关需要满足乘客的使用需求，车门的位置、形状及开口空间需要合理设计，要确保车门能够停留在最大开度位置上，玻璃升降顺畅无阻，开关门操作力、开关门速度符合要求。

3.1.2 车门需要满足刚度和强度的指标要求，车门的使用安全可靠，车辆的侧面碰撞符合标准；车门的静态间隙和运动间隙合理，部件间无干涉现象；门锁安全可靠，车辆行驶过程中不会自动打开；密封道数合理，排水孔布置合理，吸音材料优质，NVH性能优；涂胶量及位置布置合理。

3.1.3 根据要求选择密封道数，密封胶条与门钣金、饰板匹配合理，保证车门系统具有较好的密封性能。

3.1.4 视野宽阔，透光面大，满足各向视野要求。

3.1.5 满足车门制造的冲压、焊接、涂装、总装四大工艺要求，满足拆装维修便利性的要求。

3.1.6 车门与整车造型协调一致，包括外表面形状、尺寸及门缝的设计等。

3.2 车门强度要求：

3.2.1 过开强度

车门全开状态下，在车门打开方向施加过行程所需要的载荷时，应该满足以下要求：

（1）施加250N载荷时：车门下沉量小于1mm，开启方向角度变形小于10度；

（2）施加290N载荷时：车门与车身其他部件之间没有干涉；

（3）施加450N载荷时：未发生开裂及使性能降低的变形现象；

（4）车门过开工况下，车门内板所承受的最大应力小于137MPa，铰链加强板所承受的最大应力小于155MPa。

3.2.2 向下加载负荷强度

在车门后端施加规定的载荷时，需要满足：施加500N载荷时，向下位移量小于10mm，发生永久变形的位移量小于1mm。

3.2.3 全力关门强度

在车门全开状态下，把车门从全开位置用全力关闭车门时，车门钣金、升级系统、门锁系统及其他部位不能发生开裂及使性能降低的变形现象。

3.2.4 车门子系统耐久强度

在过底漆的白车身上安装车门总成，实施5万次外部开关门耐久试验和5万次内部开关门耐久试验时，需要满足以下要求：

（1）内外开手柄操作部件无损坏、卡滞及异响等异常情况。

（2）车门的整个运动系统运动顺畅，无明显的卡滞及异响等异常情况。

（3）各部件功能使用正常，能够正常操作。

（4）试验后，车门全开时的门下垂量小于2mm。

（5）试验后，车门的操作力、最小关门速度均要求小于试验前的130%。

（6）不出现永久变形、弯曲、裂缝、焊点开裂、干涉、紧固件松动等情况。

3.3 设计的输入条件：

包过总体布置图、设计概念描述、造型数据、车身主断面及樣车参考信息等。

3.3.1 总体布置图

总体布置图是造型和结构设计所需的尺寸控制图。其根据汽车的总体方案、整车参数及性能要求，提出对各总成及部件的布置和特性参数等设计要求，协调整车与各总成之间的布置关系和参数匹配关系，以达到产品目标要求。根据总体布置图，设计车门结构，确定车门数量、门洞开口位置、车门开度等关键参数。

3.3.2 设计概念描述

设计概念描述，在项目开发前期，结合对标分析数据对零件或子系统零部件确定目标和方案，包括以下内容：对标分析数据、质量、成本、重量、性能参数、结构方案、配置情况、设计说明、设计潜在失效模式分析、零件清单、实验大纲、投资成本及子系统开发主计划等。

3.3.3 造型数据

造型数据作为车门设计最重要的设计依据之一，它定义了车门的位置、外形尺寸及门缝线位置。在车身造型数据冻结前，须对车身造型数据进行仔细合理地工程可行性分析，使其符合工程化要求，需要分析考虑以下内容：

（1）车门圆角检查：冲压成形可行性，与造型风格协调一致性。

（2）门周围的间隙值定义：门开启过程中，与周围零件的最小间隙要求；车身的造型风格；制造工艺水平；对标车的间隙值；车门使用过程中部件变形、门下沉量等因素。

（3）门周围的面差定义：人的视觉感知，车身的造型风格，防水措施，对标车的面差值。

（4）车门的特征分析：

①车门玻璃面分析。玻璃面的形状、尺寸及曲率分布状况等。

②辊压窗框结构可行性分析。辊压窗框表面应与玻璃面平行，其间距与相关断面形状相匹配。合理定义玻璃外表面与车门外板的距离，确保部件有足够的安装空间和运动间隙。

③车门外开把手凹坑设计分析，包过凹坑的形状及尺寸。需考虑乘员使用的方便性，考虑安装门把手的工具能否顺利地进入所需的位置。

④车门腰线部位的形状分析。需考虑车门腰线部位要安装外水切密封条，要确保外水切密封条安装到车门外板上后，水切密封条和车门腰线部位的形状协调一致。

⑤门外板的模态、刚度和抗凹性能分析。为满足目标要求，门外板需要设计具有一定数量特征线的结构。

3.3.4 车身主断面

车身主断面表达了车身主要部位的结构形式、搭接关系、间隙设定、主要控制尺寸、生产工艺、人机工程及法规等方面的信息。车身主断面可以指导车身结构设计，同时也是工程分析的重要手段和工具。车身主断面有如下要求：（1）DTS要求：间隙和面差；（2）制造工艺要求：最小R角、出模方向及最小出模角度；（3）工程结构要求：分件、结构空间、面（关键或有争议的面）的宽度、尺寸链（有争议的尺寸链）等；（4）感知工艺（精致工艺）要求：渐近角及弧高等。与车门设计有关的主断面有（如图1）：

（1）S01断面是截在左前门上铰链中心位置，且垂直于铰链轴线。该断面主要表达的信息：铰链位置、结构及尺寸，前门结构及尺寸，侧围结构，胶条结构及与周边搭接零件的配合关系。

（2）S02断面是A柱上部截面，垂直于A柱做的截面。该断面主要表达的信息：前挡玻璃侧面构造及尺寸，A柱腔体结构及尺寸，前门上部结构及尺寸（含密封方案），内饰区域结构及尺寸。

（3）S03断面是左前门顶部YZ剖面，一般定义在乘员头部X向正中位置。该断面主要表达的信息：前门构造及尺寸（含密封方案），上边梁区域白车身及内饰构造及它们的尺寸，顶盖装饰胶条结构及尺寸，天窗区域构造及尺寸。

（4）S04断面是左前、后侧门及B柱腔体的XY剖面，一般定义在安全带上安装点Z向正中位置。该断面主要表达的信息：前侧门构造及尺寸（含密封方案），后侧门构造及尺寸（含密封方案），车身B柱腔体结构及尺寸（含安全带上安装点结构方案），B柱装饰板构造及尺寸。

（5）S05断面是左前侧门腰部YZ剖面，一般定义在门腰部X向正中位置。该断面主要表达的信息：前门腰部构造及尺寸，腰部内外胶条的结构及尺寸，门装饰板结构及空间尺寸。

（6）S06断面是截在左后侧门上铰链中心位置，且垂直于铰链轴线。该断面主要表达的信息：前门后部、B柱、后侧门前部、后侧门上铰链、密封条的结构和尺寸信息。

（7）S07断面是左前侧门中部XY剖面，一般定义在前门Z向正中位置。该断面主要表达的信息：前门构造及尺寸（含密封方案），锁体及锁扣位置及构造尺寸，B柱构造及尺寸，后侧门构造及尺寸（含密封方案），玻璃及玻璃导槽的位置及尺寸。

（8）S08断面是左前门门槛中部YZ剖面。该断面主要表达的信息：门槛区域钣金的结构及尺寸，前门内饰及储物方式，线束附件及车身密封形式，涂装进出液孔，侧面视野线，举升位置及标识。

（9）S09断面是左后侧门顶部YZ剖面，一般定义在乘员头部X向正中位置。该断面主要表达的信息：后排乘员头部区域车辆结构及尺寸，侧围外板上边梁区域结构及尺寸，车门与侧围外板间隙与面差，门密封边的信息，顶盖装饰胶条结构及尺寸，各翻边的拔模角，侧围钣金密封面的圆角要求。

（10）S10断面是左侧C柱中间的XY剖面，一般定义在C柱安全带上固定点处。该断面主要表达的信息：后侧门构造及尺寸（含密封方案），C柱上端结构及尺寸，内装饰结构，后侧窗结构及尺寸（含密封方案），中排座椅安全带上固定点结构及尺寸。

（11）S11断面是左侧C柱下端后轮罩处的截面。该断面主要表达的信息：后侧门构造及尺寸（含密封方案），C柱下部白车身及内饰构造及它们的尺寸，后地板结构及尺寸，部件间搭接关系。

（12）S12断面是左后侧门门槛中部YZ剖面。该断面主要表达的信息：门槛区域车辆结构及尺寸，显示门槛内外板的结构形式，线束附件以及车身密封形式，定义门内板到门槛外表面的距离，车身门槛区域的钣金的构造、腔体尺寸，翻边结构的拔模角度，圆角的半径要求。

3.3.5 样车参考信息

车门在设计的时候，选择一款车型、风格、档次类同的样车以参考相关信息，会使得设计工作事半功倍。主要参考样车内容：开关门操作力，最小关门速度，门开度及限位器开启角度，车门零件结构、尺寸、参数及布置，车门间隙及面差，缓冲胶塞数量，零件刚度、强度及模态，零件数量及重量，孔类型，焊点焊缝，车门包边，线束走向，电泳液通过路径，主断面，密封情况，补强胶、减振胶及紧固件信息等。

4 车门系统的关键性能验证

4.1 车门运动分析验证

（1）运动分析：分析运动部件在运动过程中，与周围零部件的运动间隙值。在造型冻结前，须对门缝开口的位置与尺寸，进行运动校核，满足车门在运动过程中的最小间隙值要求。车门的运动分析包括：带限位器的车门运动、玻璃升降运动及锁系统运动分析。

（2）拆装分析：拆装分析的目的是模拟零部件的装配和拆卸过程，来判断零部件的装配和折卸的可行性。车门折装分析包括升降器和玻璃拆装分析，为了进行拆装分析，需要定义好运动部件和固定部件。

4.2 CAE分析验证

CAE分析包过：刚度、强度分析，机构运动分析，NVH分析，抗凹性分析，门下垂分析，钣金件冲压成型模拟分析，车辆碰撞模拟分析，疲劳分析和空气动力学分析等。

4.3 实车试验验证

试验的项目主要有：汽车路试试验（包过试验场测试、道路测试、风洞试验、碰撞试验等），车门开关耐久试验，车门过载试验，车辆淋雨试验等。

5 结语

本文详解了車门系统关键性能的内容及相关设计研究，为新车型开发提供建议和参考。当我们在开发新车型时，我们要与时俱进，不断创新，不断地优化车门系统的关键性能，提升车辆的整体性能，提升企业的竞争力，提高自我的技术水平，为汽车“智能化、网联化、轻量化、低碳化”新趋势的发展努力做出卓越的贡献。

参考文献：

[1]《汽车设计》机械工业出版社  主编/闵海涛、王建华.

[2]《汽车整车设计与产品开发》机械工业出版社 主编/吴礼军.

[3]《汽车性能集成开发》机械工业出版社 主编/詹樟松.

[4]《汽车NVH性能设计与控制》机械工业出版社  主编/王志亮.

[5]《新能源汽车设计基础》机械工业出版社 主编/周侠.