10.16638/jki.1671-7988.2018.17.078
汽车车门闭合力分析研究
张映红，刘国弟，汪建安，王毅，徐勇
（奇瑞汽车股份有限公司研发总院，安徽芜湖241000）
摘要：汽车车身设计在整车设计中有举足轻重的作用，而车门的设计又是车身设计中的一个难点和重点，如何判断车门结构的合理性，设计和优化车门系统，是一项非常重要的工作，文章详细研究了车门系统设计的整个过程，为后续车型车门系统设计开发提供了参考和依据。
关键词：车门设计；闭合力；优化
中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)17-231-03
Analysis and study of vehicle door closing force
Zhang Yinghong, Liu Guodi, Wang Jianan, Wang Yi, Xu Yong
( Chirui Automobile Co., Ltd.. R&D Headquarters, Anhui Wuhu 241000 )
Abstract: Automobile body design plays an important role in the design of the whole vehicle, and the design of the car door is a difficult and key point in the design of the car body. How to judge the rationality of the door structure and design and optimize the door system is a very important work. This paper studies the whole process of the door system design in detail, which provides a reference and basis for the design and development of the door system of the following car models. Keywords: Door design; closing force; Optimization
CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)17-231-03
前言
在汽车行业闭合件为车门系统含四门两盖，在车身设计中是一个相对独立的模块，其贯穿整车设计的始终。从前期的市场调研，选型同类对标车，到效果图定稿，CAS面的输出到主模型架构完成[1]。
在轿车车门的工程设计中，闭合力设计始终是一个难点，如果设计不好，或出现闭合力过大，或出现漏风漏雨、车内噪声值过高等问题[2]。J.D.POWER的新车质量调研结果显示，开关门力超重始终是顾客抱怨最多的质量问题之一[3]。
本文采用关门速度评价方式进行闭合性能研究，通过理论分析结合CAE计算模拟给出分析结论。
1 门闭合力影响因素分析
空载且门窗均关闭的状况下，车门上的  A 点，通过B 位置时，恰好能使车门关闭所达到的速度称为车门关闭速度，用符号V 表示，A点为“门外把手”水平中心线上方60+5mm 的门边缘处，B位置为车门打开时，A点距离其关门时相应位置A'点的直线距离为60+5mm处，其示意图如图[4]：
作者简介：张映红，女，工程师，工程硕士，就职于奇瑞汽车股份
有限公司研发总院，主要从事汽车舱室、人机布置研究方面工作；
汪建安，男，工程师，本科，就职于奇瑞汽车股份有限公司研发总
院，主要从事汽车平台架构、舱室、人机工程研究管理方面工作；
刘国弟，女，工程师，本科，奇瑞汽车股份有限公司研发总院，主
要从事汽车平台架构、舱室布置、人机工程研究方面工作；王毅，
男，高级工程师，工程硕士，奇瑞汽车股份有限公司研发总院，目
前主要从事汽车安全系统零部件开发工作；徐勇，男，工程师，本
科，奇瑞汽车股份有限公司研发总院，主要从事汽车平台架构、舱
室、人机工程研究方面工作。
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汽车实用技术
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图1  车门在B 位置的关闭速度示意图
2 门闭合力的设计
门闭合力设计流程：
2.1 设定车门闭合速度目标
结合实际车型情况，合理制定各门闭合速度，推荐闭合速度：V ≤1.2m/s ；
表1  参考车型门闭合速度
假设对前门和后门使用相同的速度关门，我们能否将门给关上，针对此问题做推算（假设铰链、密封条、空气阻力不计的情况下），前后门均以V=1.0 m/s 的速度，M1=29.4kg(前)，R1=0.515m ，R2=1.002m ，  H1=0.507268m ，H2=0.505364m ；根据动能公式：；门质心
位置及转动惯量得出门的动能提供量：
门
从关闭测量位置到关闭位置，势能提供能量
：
根据动能公式和势能公式，前门从关闭测量位置到
关闭位置，动能和势能共提供能量计算得：
，若后门也用V=1.0 m/s 速度关门，M2=24.1
kg （后），R1'=0.443m ，R2'=0.9442m ，H1'=0.507268m ，H2' =0.505364m ，此速度具备的关门能量为
：
，若对影响前后门闭合力的其它因素
进行等效设定：即前后车门铰链、轴线同轴度、限位器，门锁及其它未知（如空气流通）消耗能量基本相同，设为E 其它因素。则前门能量与后门能量的比值为：
E 前门能量/ E 后门能量= 1.57倍，考虑到其它因素消耗的能量后，其剩余给密封条的能量比值为：E 前门能量-E 其它因素）/（E 后门能量-E 其它因素）＞1.57倍，而前门密封
条长度3350mm ，后门密封条长度3100mm ，如果密封条单位长度消耗能量相同的话，则前后门密封条消耗的能量比值为：E 前门密封条消耗/ E 后门密封条消耗= 1.08倍；
由上述定性计算可知，前后门关门速度相同，则前门提
供给密封条消耗的能量情况优于后门；后门在其它因素都不改变的情况下能够关上，只能提升关门速度，因为后门的闭合速度总是比前门要高些。 2.2 闭合力影响因素
影响门闭合力的因素很多，我们主要从结构布置和能量耗损两个方面进行考虑，能量消耗或增加类因素包含铰链、限位器、车门重心升降、气压阻、密封条等，在设计和优化过程中需要考虑其结构对闭合力的影响。
2.3 计算门闭合力所有因素的能量消耗值
2.3.1 密封条阻力
假定密封条在小变形范围内为线性弹性变形，密封条的弹性系数为k m ，按照车身设计规范，密封条的压缩量s ≤10mm ，沿密封条周长方向受力均匀，在密封条长度L 上，密封条在压缩面量S （m ）下，△L i 足够小时，所有n 段所产生的阻力所做的总功为P m 可视为：
（1）
2.3.2 气压阻力
车门在压缩驾驶室空气的瞬间位移量很小，可以假定过程运动是近似的平动过程。 设驾驶室容积空间内的空气为理想气体，则根据工程热力学理想气体状态方程可得：
P 0为标准大气压；P i 车门关闭时驾驶室容积空间内气体压力；V 0为车门关闭前驾驶室容积空间（密封
条为未压缩空间）；V i 为车门关闭后驾驶室容积空间（密封条已被压缩）；车门迎风面积为A 0密封条压缩量为S i ，则：
（2）
（3）
密封条被压缩S i 后，驾驶室内气体的压力：
（4）
车门关闭过程中，当密封条压缩量为S i 时，驾驶室容积空间变小而产生的阻力增量：
（5）
空气压缩力增量所做功为：
（6）
2.3.3 车门运动阻力
车门运动阻力总功为密封条变形阻力和气压阻力所做功之和，表达式如下：
（7）
张映红 等：汽车车门闭合力分析研究
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计算得出关闭车门所需克服的阻力越大，车门关闭力越大，驾驶室内空气压缩比例越小，关门越轻便，密封条被压缩距离越大，车门关闭力越大。
2.4 预设密封截面结构，初步确定密封条压缩特性曲线
密封截面的结构设计，可以参照已有车型，或沿用密封条所对应的结构，压缩特性曲线可以由供应商提供。
图2  密封截面结构示意 表2  密封截面结构对应尺寸
汽车密封条
2.5 密封截面设定，对密封条进行CAE 分析
根据密封截面各尺寸的设定，对密封条进行CAE 分析，其内容主要针对以下过程：
a.关门过程中，密封条的状态变化及应力分布；
b.关门过程中，密封条的反作用力变动范围；
c.关门后，密封条对钣
金的密封面积，或称为压覆面积。 2.6 根据模拟结果，调整各处密封截面结构
针对模拟结果，主要考察两方面是否满足：
图3
a.压覆面积是否满足密封要求；
b.密封条反作用力所消耗的能量是否小于或等于预分配值。如不满足，优先调整密封
截面形状，使之兼顾密封条压覆面积和反作用力的要求；如仍无法解决问题，则可以适当调整密封条压缩特性曲线。
3 总结
通过对设计的试制结果看，其闭合力设计技术是可行的，车门闭合速度均在允许范围内，达到了预期的设计目标。
参考文献
[1] 陈宇.汽车车门的设计研究［D ］.湖南.湖南大学.硕士论文.2014.11. [2] 李春芳.左春柽.车门闭合力研
究若干问题的综述[J].机械管理开
发.2011.8.
[3] Raviray Nayak, Kee Im, Optimization of the side swing door closing
effort[J].The society of Automotive Engineers Intem-ational, 2003, (1):871.