第46卷 第8期
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作者简介：刘红波（1972-），女，工程师，就职于北京汽车股份有限公司汽车工程研究院，从事整车橡胶密封条设计开发研究工作。
收稿日期：2020-03-31
汽车在行驶、操作等过程中的异响问题，如发动机异响、悬架异响、座椅异响、手套箱异响等，已经成为是消费者抱怨最多的问题之一（J.D.Power ，2018中国行业联合研究年终特辑）
。从异响产生的机理可概括为三类，包括：①摩擦异响（Squeak ），是一种由于两部件表面之间的黏滑现象导致的摩擦噪声；②拍击异响（Rattle ），是一种当有两个相对运动的组件之间发生短促接触时，产生的拍击声；③蜂鸣声（Buzz ），是单一部件结构共振而辐射的声音
[1]
。
汽车门锁系统冲击异响可概括为静态冲击异响和动态冲击异响。静态冲击异响是指车辆在静止状态（或者相对静止）时，车门关闭、开启过程中产生的噪音；而动态冲击异响是指汽车行驶过程中受到路面颠簸、或者发动机抖动的影响在门锁锁舌和锁扣间产生异响，是一种拍击异响。
异响的动态特征和声学原理非常复杂，通过建立数学模型得到异响的解析几乎不可能
[2]
。在设计早期
进行设计规避也非常困难，只有通过产品样机或实车进行识别、分析、并最终得到消除和改善
[3]
。本文研
究了车门门锁冲击异响和摩擦异响的异响机理，建立了考虑整车动态影响的门锁异响冲击模型；分析总结了产生异响的影响因素；应用8D 方法，通过实例分析，给出了解决车门冲击异响的一般流程方法。
1 车门-门锁系统
1.1 门锁系统
汽车门锁系统由门锁（锁体）、和锁扣两部分组成图1(a )，其结构主要有齿轮齿条式、凸轮式、及卡
板式等形式。其中，卡板式门锁由于啮合可靠，强度高等原因被广泛使用。门锁安装在车门内板上，通过U 形卡板与安装在车身侧围上的锁扣啮合保持车门上锁状态。门锁机构主要由爪支座、旋转卡板、止动爪、锁扣和弹簧等组成，如图1(b )
所示。
图1 汽车门锁系统及结构
1.2 车门-门锁系统
以汽车前门为例，车门-门锁系统主要包括车身（侧围）、门洞密封条、门铰链（忽略限位器）、车门总成（玻璃、升降器、电器等附件）、车门密封条、门锁机构（含B 柱锁扣）、车门限位块等。在车门开启关闭过程中，车门绕车门铰链旋转；在汽车行驶过程中异响，门处于关闭状态，此是车门密封系统（密封条）处于压缩状态。
汽车门锁冲击异响及影响因素分析
刘红波，苏立杰
(北京汽车股份有限公司汽车研究院，北京 101300)
摘要：以卡板式汽车门锁为例，介绍了汽车门锁系统、及车门-门锁系统结构；分析了门锁系统静态和动态冲击异响产生机理，并构建了相应的动力学模型；分析了门锁冲击的影响因素。最后，结合某车型门锁冲击异响问，应用8D 方法提出的解决了撞击异响问题工程方法和流程。
关键词：门锁系统；冲击；密封条；压缩负荷；8D 方法中图分类号：TQ320.67
文章编号：1009-797X(2020)08-0028-05
文献标识码：B DOI:10.13520/jki.rpte.2020.08.005
图2 车门-门锁系统
2 理论基础
静态冲击异响发生在车门在开启/关闭过程，主要由门锁系统结构、及其安装误差导致，包括：啮合冲击、锁止冲击、解锁冲击、及干涉冲击。动态冲击异响则是，车辆在行驶过程中由于路面起伏激励导致，这种冲击通常是连续多次的。
2.1 静态冲击异响
2.1.1 机理
汽车车门在关闭过程经历两阶段的冲击：啮合过程的冲击、及锁止过程的冲击。关闭车门时，在外作用力产生的惯性力作用下，门锁将以车门铰链的轴心为旋转轴线，沿着锁体的关闭曲线，与锁扣相撞，此为啮合冲击。门锁锁舌受到锁扣的推力作用下沿着关闭曲线旋转，而当锁舌旋转到锁体的半锁或全锁位置时，止动卡爪弹出，与锁舌的限位断面发生撞击，此为锁止冲击。撞击停止后，锁扣受汽车的密封反力向外拉动锁舌，由于棘爪卡住锁舌，使锁舌无法回到初始位置，进入正常的车门闭锁状。
开门时，锁止卡爪拉启，在密封条反作用推动下，锁扣从锁舌中脱离，完成车门开启[4]。使锁止卡爪与锁舌脱离是一个快速卸载的过程，对车门产生比较大的冲击，称为解锁冲击。
制造误差、以及零部件结构刚度等原因，锁舌和锁扣没有处于理论位置，导致闭锁和开锁过程中车门锁
与锁扣之间发生干涉相碰，产生异响，称之为干涉冲击。而在开启过程中，由于干涉量不断增大，直至车门离开锁扣瞬间干涉量最大，使得车门在开启瞬间，存在较大的激励，则会引起车门的抖动[5]。
冲击激励可以是力激励，也可能是位移激励。受冲击单自由度模型[6]如公式（1）描述。其中，U z(t)代表啮合方向上的冲击载荷，z e则是由于制造误差带来的位移激励，t为时间。
mz+c(z-z e)+k(z-z e)=U z(t) (1)
U z=U z(t),0≤t≤τ1
Z e=z e(t),0≤t≤τ2
Z e=0,t>τ2
U z=0,t>τ1
当物体发生冲击时，大量的动能在短时间内要转成振动或噪音的能量，而且频率分布的范围非常的广，是影响汽车车门关门声音品质的因素。
2.1.2 影响因素
啮合冲击，主要车门关闭速度影响，其次啮合刚度。在正常情况下，关门速度与车门最小关闭力相关，最小关闭力值越大，车门关需要最小速度越大。而降低锁舌和锁扣间的啮合刚度，则能有效增加冲击时间，降低冲击载荷的峰值，从而改善车门关闭的疲劳寿命，同时改善冲击异响。为改善冲击带来的异响和噪音，对门锁系统来说，还需要考虑安装点的动、静刚度和阻尼，以减小冲击响应的传递。
经历过啮合冲击，密封系统等消耗掉大量能量，锁止冲击和解锁冲击直接影响因素密封刚度和密封间隙、及门锁锁止行程。
2.2 拍击异响
在外力的作用下，两个相邻的物体产生碰撞，彼此接触然后又分开，再接触，有时也会出现反向接触再分开，产生拍击异响[7]。对于汽车来说，路面激励产生门锁系统拍击异响的主要激励源。在车辆行驶过程中，车门在重力和路面传来的激励的共同作用，此时可以将整车可以简化为一个四自由度垂向动力学模型（1/2整车动力学模型[8]）。在1/2垂向动力学模型的基础上引入车门-门锁系统，可建立如下图3所示
的汽车门锁拍击模型。
图3 车门-门锁动力学系统
考虑锁扣和门锁间隙的拍击异响动力学模型如图4，其中，B为单侧间隙，m、c、k为车门-门锁系统
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在锁扣啮合位置的当量的质量、阻尼、和刚度。其动力学方程为公式（2），其中f (x )是一个描述位置非线
性函数。
图4 车门-门锁动力学系统
mx +cx +kf (x )=F (t )
（2） x -B ，当x >B 时f (x )= 0，当-B ≤x ≤B 时 x +B ，当x <-B 时
3 影响因素
对门锁冲击及异响进行控制，是一个系统的过程，只有对于其影响因素全面的研究，才能在产品开发早期、及产品生产过程中进行预防和控制。影响或者导致冲击异响产生的主要因素包括： 门锁系统结构、门锁的安装、车门下垂、车门及车身结构、密封刚度和阻尼特性等。
3.1 门锁系统结构
无论是静态冲击，还是动态冲击，门锁系统的结构合理设计是控制冲击异响的关键因素，因为其在整个门锁系统运动过程中与周边零部件的碰撞最多，声音最大。必须在锁扣、卡板冲击位置设计缓冲结构、包塑处理、增加缓冲垫。也采用润滑脂，在降低摩擦阻力的同时，还可以在冲击的瞬间产生油膜，起到缓冲击的作用。
3.2 门锁的安装
门锁的安装位置，在垂向方向（整车Z 向）应当尽可能地靠近门总成的质心。
锁扣通常用螺栓安装到车身门柱上，冲击产生的噪音通过锁扣安装点传递给车身。提高锁扣安装位置的动刚度，减少由于关门撞击锁扣产生的振动和噪声的传递。同时，还可以在锁扣与侧围中间设计一个橡胶隔振垫起到隔振作用。
3.3 车门下垂
车门下垂是指车门在重力以及外力作用下相对于车身的垂向变形，车门抗垂向变形能力（垂向刚度）
不足，在恶劣行驶工况下，车门可能会由于动态载荷作用下发生塑性变形，造成车门下沉降，导致车门无法顺利开闭，甚至车门系统的密封性等。
车门下垂除跟自身结构刚度和重量及分布相关外，还跟车门的两个铰链的安装间距和安装点的静态刚度有关。
3.4 车门及车身结构
车门总成与车身的固有合理频率分布，在设计早期进行预防和避让。同时，整车门框要有足够抗变形
汽车密封条能力（门框刚度，通常以门框对角相对变形量来衡量）， 降低门框与车门存在较大的相对运动趋势。
3.5 密封刚度和阻尼特性
密封条的刚度和车门密封间隙是决定密封条反力的关键因素，而密封反力越大，需要的关门力就越大，而较大关闭力，而需要较大的关门速度，因素带来较大的静态冲击；但是，较大的周向刚度和密封反力则对控制门锁系统动态拍击异响有利。
在车门关闭过程中，当密封条受到挤压发生变形，能消耗车门关闭能量的30%~50%，密封条排气孔阻尼力能够消耗能量占密封条消耗总能量的20%[9]。在车辆行驶颠簸时，密封系统的阻尼力也是消除车门振动的关键要素。
4 案例分析
根据市场反馈，某车型存在“颠簸路车门异响”问题。参考8D 方法
[10]
，首先建立了以市场质量、工
艺、产品工程、供应商质量、售后服务为主的跨部门TFT
（Task Force Team ）功能小组。并建立下以五个步骤的问题解决方法和流程：①问题描述；②临时措施；③原因分析及措施；④执行实施；⑥防再发。
4.1 问题描述
对问题进行客观的描述、及正确识别是问题能得以解决的前提。质量工程师对问题进行了严密的调查，问题描述为：①车辆行驶在扭曲路上，加速急停，转向时车门锁与锁扣处发出异响；②锁扣上表面磨损严重（图6）；③首次发生问题车辆，使用行驶周期时间约12个月。
4.2 临时措施
制定临时措施，对问题进行快速的处理，能够有效减少损失和客户抱怨。根据调查结果分析，在动态载荷作用下，锁体金属底板与锁扣撞击导致异响。调
整锁扣安装位置，排除在常用工况下发生撞击的现象，
经实车验证有效，维修指导手册用于处理售后问题。
图6 问题车辆锁扣
4.3 原因分析及措施
这一步骤要求对问题产生的潜在原因进行排查、分析、和验证，并最终制定解决问题的方法和工作计划。
根据案例的问题描述，从来件质量、装配不良、车身及车门结构、车门密封四个方面（图7）的潜在原因进行分析和排查，最终确认了引发异响的三条主因，并根据原因制定了问题整改的对策和措施（表1）。
门锁冲击异响
门锁系
统质量影响因素：门锁的装配间隙、滑润不良、锁扣压装失效或变形、锁扣包塑处理等制造装配不良
影响因素：门锁和锁扣安装匹配、车门和车身匹配、安装螺接松动等
车身-车门结构车门和车身固有频率和模态匹配、车门下垂、门框刚度不足、门锁安装点局部结构等车门密封载荷
密封间隙过大或不均匀、密封条（含门框条）压缩刚度不足等。
图7 问题潜在原因
表1 车辆淋雨实验要求
序号原因验证项目原因说明对 策/改善方向
措 施/具体内容
1车门锁体
本身异响
故障件拆解分析锁舌处润滑油脂上沾染异物
锁体上增加泡棉，阻止水渍和异物进入锁体多功能开关增加泡棉，并对库存进行断点切换。
2
车身结构车身和车门点结构：有限元
分析、对标分析现代对标，
侧围焊点较少
B 柱锁扣安装点位置焊点较
少、局部刚度不足
在车身侧围处增加焊点，增强车身的整体刚度.
前门上铰链处焊点调整，增加焊点数量：4个
3
车门密封反力北分下线车内间隙及关闭速
度检测
（1）静态锁闭力不满足要求（大于 300 N ）
（2）密封条荷重虽符合要求
（2.5±1 N/mm ），实测密封反力偏下限。
车门密封条结构变更，提高密封条载荷，提高密封反力
密封条开发B 点供应商，B 点密封条的密封反力前门增加45 N ，后门增加36 N
4.4 执行实施
整改完成后，经过多轮、多种行驶工况动态测试，没有发生异响，措施有效。问题整改进入正常的问题整改流程：①下发设计变更通知（ECN ）；②小批量试装；③对库存老状态产品进行处理；④生产断点正式切换。
4.5 防再发
问题得以解决，并不意味着TFT 小组的工作结束，接下来在物料入厂检验，密封条压缩负荷检测和生产检查采取标准化作业。同时，还需要对公司的其它产品进行排查；并总结经验教训，并从设计标准、PFMEA 、CP 、工艺标准等方面进行固化，防止问题再次发生。
5 结论
引起门锁冲击异响因素很多，不同车型、车门门
锁结构引起冲击异响根本原因也有差异。本文建立的门锁拍击动力学模型可以作为专业人员进行理论研究的基础；给出的影响因素分析和问题解决的流程方法可以为工程技术人员提供参考。通过实例分析，还可以得出以下结论：
（1）过大的密封力对动态拍击异响有利，但却增加的关门力，对静态冲击异响不利。
（2）在产品开发的后期及生产阶段，通过优化密封条改变密封刚度和阻尼解决门锁冲击异响问题一种是低成本、且行之有效的方法。参考文献：
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Analysis of the abnormal impact noise of car door lock and its
influencing factors
Liu Hongbo, Su Lijie
(Automobile Research Institute of BAIC Motor Co.LTD., Beijing 101300, China)
Abstract: Taking the card type door lock as an example, this paper introduces the structure of the door lock system and the door lock system, analyzes the mechanism of the static and dynamic impact noise of the door lock system, and constructs the corresponding dynamic model, and analyzes the influencing factors of the impact of the door lock. Finally, combined with the abnormal impact noise of a car door lock, the engineering method and process of solving the problem of abnormal impact noise are proposed by 8D method.
Key words: door lock system; impact; sealing strip; compression load; 8D method
（R-03）
新型螺杆解决了长期存在的塑料挤出问题
The new screw solves the long-standing plastic extrusion problem
美国诺信公司分享了最近的一个成功案例，描述了其新型Xaloy 螺杆是如何解决困扰聚乙烯技术公司(Peetylene Technology Inc.)运营的管道挤出生产线上一个长期存在的问题。
由于喘振，挤出生产线的产量波动很大，以厚壁高密度聚乙烯管为例，与目标壁厚的产生的偏差可以高达50%。“我们尝试了各种解决方案，”明尼苏达州莱克维尔工厂的高级制造经理Brad Williams 说，“我们检查了电机驱动和拉拔器，测试了四五种替代树脂，得到了一个新的螺丝和加固筒，结果是都没有成功。我们的重量挤压控制显示每5 s 或10 s 出现一次波动。”
此外，聚乙烯管材挤出机存在炭黑混合问题。“所需的添加量为2%，但我们无法获得良好的混合效果——管道的某些区域总是存在炭黑过少的问题，”Williams 说。
聚乙烯技术公司在收到另一家供应商提供的螺钉后的几个月内就转向了美国诺信公司。诺信的区域销售经理Brad Casale 说：“我们推荐了Xaloy 高效阻流螺杆，计量部分配有纳米混合器。通过防止固体过早分解和提高熔融速度，高效螺杆提高了聚乙烯技术公司挤出生产线的混合和生产能力。纳米混合器提供了均匀分散的炭黑混合。”
除了解决喘振问题和均匀熔体外，新型Xaloy 螺杆还增加了产量。Williams 说：“由于使用了新型Xaloy 螺钉，我们的目标产出率提高了12%。”
拥有四十年历史的聚乙烯技术公司生产用于市政供水、地热、泵和井以及灌溉应用的聚乙烯管。
诺信开发和制造了一系列精密点胶应用系统。诺信聚合物加工系统为客户提供可熔化、均质、过滤、测量和成形塑料和流体涂层材料的工程组件。
摘编自“中塑在线”
（R-03）
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