限位器及车门过档力计算浅析
Song Minpeng;Wang Yingxin;Zhang Yunfeng
【摘 要】车门是使用频率最高的汽车系统之一,用户在开关门时,对车门过档手感会有直接的体验,好的手感可以提高用户满意度、提升品牌形象.过档手感主要由车门限位器提供,但与把手位置、车门重力、铰链等都有重要关联.文章分析了把手位置、车门重力、铰链、限位器等对开关门手感的影响,并详细介绍了车门过档力的计算方法,尤其是限位器过档力矩的计算,对车门过档力的设计和调整,提供了可靠的理论依据.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2019(000)013
【总页数】4页(P79-82)
【关键词】限位器;开关门手感;车门过档力;限位器过档力
【作 者】Song Minpeng;Wang Yingxin;Zhang Yunfeng
【作者单位】
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.83+4
新车型开关门手感的确定，通常做法是试制阶段进行实车评审确认，如不满意，则不断对限位器进行实物更改，然后再次评审，直到达到预期效果。这个过程，一般需要3~5轮的修改才可实现，周期长、效率低。造成这种现象的主要原因，一是设计前期缺乏系统的计算，未对限位器进行合理的力矩设计；二是实物评审调整阶段，每次调整限位器时，大多依靠经验，未进行必要的系统性计算确认。因此，合理的车门过档力计算方法，可以大大提高车门限位器开关门手感开发的效率。
车门开关时的过档力，通常以车辆水平放置状态进行评价，其与把手位置、铰链内阻、铰链倾角、车门重量、限位器等均有直接关系。
车门把手是人开关车门的直接操作部位，把手到铰链轴线的距离即为操作力臂，同样的开关门阻力，力臂的长短决定了用户感受到的力的大小，因此，讨论开关门过档力时必须考虑把
手的位置。但对一个具体的车型来讲，把手的位置通常是固定的，是不可改变位置的，不能通过调整把手位置来调整过档力。
铰链连接着车门和车身，车门开关均绕铰链轴线进行，铰链旋转时自身有一定的内阻，会对开关门手感产生一定的影响。
为了使车门具有自动关门的趋势，铰链布置时一般具有一定的内倾角和前后倾角，铰链倾角会使车门重力在开关门方向产生分力，重力分力会直接影响开关门手感。铰链布置是车门各附件布置的基础，影响重大，因此铰链确定以后，通常不会通过调整铰链的方式来调整过档力。
汽车铰链
对于铰链倾角已确定的车型，车门重量的大小，决定了重力分力的大小。一般对于具体的车型，各车门的重量为定值。
限位器具有控制车门开度、提供过档手感的功能，是开发者调整开关门过档力的最主要手段，即通过调整限位器自身的过档力，来实现车门系统过档力的调整。具体通过调整限位器臂上各斜坡高度、斜度、圆角大小来实现，极少数情况也会调整弹簧的弹力。
人在开关门过程中，需要克服的阻力矩有：铰链自身的旋转阻力矩M铰、限位器的阻力矩M限、车门重力的分力矩MG，如图2所示。因此根据力矩平衡原理，可知开关门操作力矩MF：
开门时：MF=M铰+M限+MG
关门时：MF=M铰+M限-MG
人开关门时，通过车门把手进行操作，操作力矩为：
其中，F为人开关门时使用的力，即开关门过档力，为用户开关门时的直接感受；
L为对应的力臂，即把手到铰链轴线的距离。
铰链作为一个单独的零部件，其自身旋转存在内阻，阻力矩一般为固定的范围，计算时可取中值，即针对特定的车型，铰链自身的旋转阻力矩为定值。
因为铰链轴线存在倾角，车门重力在开关门方向上存在分力，其大小为：
其中，P为过重心且垂直于铰链轴线的平面；
GP为重力在平面P上的分力；
G为车门重力
A为重力G与平面P的夹角，针对具体车型则为恒定值。
车门重力分力GP在开关门方向产生的力矩为：
其中，LG为车门重心到铰链轴线的距离。
B为重力分力GP与重心铰链连线LG的夹角，∠B随车门开度变化而变化，因此每个档位需分别计算（注：重力分力GP在重心铰链连线LG的车内侧时为正，否则为负）。
3.4.1 限位器弹簧弹力计算
限位器自身的过档力，由限位器滑块在限位器臂上爬坡时，压缩限位器弹簧产生。限位臂两侧各有一个弹簧，结构对称，故两弹簧的总弹力为：
其中，K为弹簧的弹性模量；
ΔL为单个弹簧的压缩量。
如图4所示，根据限位器的结构特点，弹簧压缩量可表示为：
其中，L0为弹簧自由状态下长度；
H为限位盒闭合高度；
H1为滑块上弹簧配合端面，到滑块与限位臂切点的距离；
t为滑块与限位臂切点，到限位臂中心平面的距离。
如图5所示，根据限位器滑块的结构特点，尺寸H1可表示为：
其中，H0为滑块上，弹簧配合端面到限位臂配合端面的厚度；
R为滑块圆角半径；