【正文】 好壞直接影響到整車的造型效果 、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘坐空間等諸方面的優(yōu)劣。 車門主要由車門內(nèi)外板、內(nèi)飾板、加強(qiáng)梁、加強(qiáng)板、車門玻璃及升降器、門鎖、內(nèi)外手柄、車門鉸鏈、限位器、車門密封條和車門開關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車門從布置到設(shè)計(jì)再到制造，每一個(gè)環(huán)節(jié)考慮的因素都比較多，既要保證車門與整車的協(xié)調(diào)一致，還要保證車門本身的技術(shù)要求。很多時(shí)候，各個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)循環(huán)反復(fù)的過程，造成了傳統(tǒng)的車門設(shè)計(jì)難度與周期很長。 車門設(shè)計(jì)必須走流程化的道路，并且要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺做早期的判斷分析、循環(huán)優(yōu)化，是目前我們公司正在努力探索的一個(gè)方向。車門結(jié)構(gòu)分 析的早期介入，可以及早解決因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的機(jī)能件運(yùn)動(dòng)干涉、鈑金成型性差、總成的振動(dòng)特性無法滿足整車 NVH 的需要，避免后期修改造成的資金與時(shí)間上的大量浪費(fèi)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，結(jié)合知識工程，各大汽車公司紛紛建立了自己的研發(fā)流程，確立了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。 長期以來，車門設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，使得車門設(shè)計(jì)的后期分析可以提前到設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行，使設(shè)計(jì)的難度降低。車門設(shè)計(jì)兼顧的方面多、初期布置復(fù)雜、需要有豐富的知識與經(jīng)驗(yàn)，基于流程與知識的車門布置很好的解決了這個(gè)問題。所以本 課題以某款新車的開發(fā)為例，在該領(lǐng)域做一些研究是很有意義的。 本課題的研究內(nèi)容 本課題研究是以 花冠 汽車開發(fā)項(xiàng)目為依托、以 CAD 為軟件平臺，在開發(fā)過程中從造型數(shù)據(jù)模型確立，到前車門各個(gè)機(jī)能件選型，結(jié)構(gòu)布置，直到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，并結(jié)合工藝、工裝的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，建立起一套完善的車門設(shè)計(jì)解決方案。 7 第 2 章 車門的相類型與相關(guān)的組成要求 花冠轎車 車門參數(shù)化設(shè)計(jì) 要求 汽車車門的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，是通過參數(shù)化設(shè)計(jì)采用幾何約束控制產(chǎn)品形狀的幾何特征，改變約束可迅速獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié) 果，提高設(shè)計(jì)效率，有助于減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，主要是通過改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動(dòng)完成對圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對圖形的驅(qū)動(dòng)，只需要根據(jù)某些具體的條件和參數(shù)來決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計(jì)的柔性，并在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表 達(dá)、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)過程相對寬松。 在車門設(shè)計(jì)的布置設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品的內(nèi)部機(jī)能件主要位置、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)難以具體化，設(shè)計(jì)師關(guān)心的是產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系，因此無法采用具體尺寸繪圖設(shè)計(jì)。參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)可以在布置設(shè)計(jì)過程中通過捕捉模型中存在的關(guān)系及其定義的參數(shù)化的 8 位置點(diǎn)來捕捉機(jī)能件的位置，同時(shí)也允許對零件進(jìn)行反復(fù)地編輯，允許用戶試探不同的設(shè)計(jì)方案或生成不同的位置版本和零件版本，對位 置的編輯可以簡單地通過改變草圖的關(guān)系來完成，如在鉸鏈布置時(shí)，通過改變幾個(gè)不同方向上的草圖上的幾個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行重新計(jì)算，就可以完成新的設(shè)計(jì)，非常簡便。 車門的結(jié)構(gòu)類型 一 般 來 講 ， 乘 用 車 車 門 分 為 帶 窗 框 車 門 和 無 窗 框 車 門 （ Frameless GlassConstruction，多見于高檔跑車，俗稱硬頂車）兩大類，其中帶窗框車門又可以分為整體式（ Full Stamped Inner and Outer Panel Construction，即內(nèi)外門板帶著窗框部分一起沖壓成型）和獨(dú)立窗框（ Loose Upper Frame Construction，即窗框部分與窗口線以下的內(nèi)外板分別成型）兩大類，如圖 所示。 實(shí)際上車門還可以做更細(xì)致的區(qū)分，現(xiàn)在按照以下分類對各個(gè)類型的優(yōu)缺點(diǎn)略做評述。 內(nèi)、外板整體沖壓成型式車門 1)外板整體沖壓成型式車門（ Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分進(jìn)入到車頂區(qū)域（ into roof，從外觀看，就是車門上部有面共享了車頂面）。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛性好，密封性好，在整條 J－ Line（就是指車門在關(guān)閉時(shí)，車門上與車身接觸的密封條區(qū)域，總裝車 間一般稱為 “頭道 ”）上可以作出對結(jié)構(gòu)有利的拔模斜角。 缺點(diǎn)：廢料多；增加了密封成本：如沿著車頂與車門邊的密封，沿著風(fēng)窗與車門邊的密封；不具備整形能力。 2)內(nèi)、外板整體沖壓成型式車門（ Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分側(cè)向暴露（ exposed on side，相對于上面類型）。 窗框內(nèi)藏式車門（ Frame Under Glass） 該類型又可以分為兩類： 一類是門內(nèi)板整體沖壓（ Full Stamped Inner），質(zhì)量與密封性都好，而且 Jline 的工藝性拔模也可以做，外觀當(dāng)然極像無窗框式車門的新穎前衛(wèi)；但是內(nèi)板仍然要產(chǎn)生許多廢料，密封性有待改善。整體沖壓的內(nèi)板剛度大，免去焊接的麻煩，尺寸精度高。 另一類是獨(dú)立窗框（ Loose UPR Frame）廢料率低，質(zhì)量也好，左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型，外觀優(yōu)勢同上。但凡獨(dú)立窗框，裝配時(shí)產(chǎn)生的問題是無法避免的，而且因?yàn)闈L壓的窗框，使得密封形式的選擇有限，會導(dǎo)致潛在的密封性能問題 獨(dú)立窗框式車門（ Loose Upper Frame） 優(yōu)點(diǎn)：廢料率同樣能降至最少；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型 ；該類型車 9 門具備整形能力；門質(zhì)量好。 缺點(diǎn)：可裝配性差，會產(chǎn)生匹配上的這樣那樣的問題（諸如 gap、 flush 等等）；限制了主密封樣式的選擇范圍，而且也存在密封性差的潛在問題。 。 無窗框車門（ Frameless Glass） 優(yōu)點(diǎn)：造型前衛(wèi)時(shí)尚，且外觀上各處配合對消費(fèi)者很是養(yǎng)眼；因?yàn)闆]有窗框部分的金屬板材，內(nèi)外板沖壓成型不必考慮此處廢料損失，可將廢料率降至最低；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型；該類型車門具備整形能力。 缺點(diǎn)：窗玻璃的穩(wěn)定性差（當(dāng)玻璃在 full up 位置時(shí)，至少在門肚子里留有露出部 分的三分之一長度，否則容易失穩(wěn)）；門肚子里需要有額外的支架來保持玻璃的穩(wěn)定性；當(dāng)然這些都會增加產(chǎn)品成本，而且造成門密封性先天不足，為了改善其密封性，不得不花更多代價(jià)；除此之外，車身腰線（ Belt line）也被抬高。 圖 車門結(jié)構(gòu)型式 車門的 組成 車門基本構(gòu)成分為鈑金件、機(jī)能件、密封件、裝飾件與電器線束件五大類，下面分別說明。本設(shè)計(jì)采用分體式車門結(jié)構(gòu)，外板上集成窗框，內(nèi)板與車門框架集成一體，外、內(nèi)板之間焊接連接。車門附件均參照現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的具體部件包括：鉸鏈、限位器、后視鏡、外板 、內(nèi)板、門鎖、門玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。 車門鈑金 10 車門鈑金一般分為車門外板、內(nèi)板、外板加強(qiáng)板、防撞梁、內(nèi)板加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板、鎖加強(qiáng)板、鉸鏈支座、窗框（如果為滾壓窗框）、窗框安裝支架、玻璃前后導(dǎo)槽、導(dǎo)槽安裝支架等，如圖 所示。 圖 車門鈑金總成 1)車門外板 車門外板是汽車覆蓋件中極為重要的部件之一 ,是車身上的活動(dòng)部件 ,對其剛性及表面質(zhì)量要求很高 。它是典型的具有復(fù)雜型面的大型板料沖壓件。一般對車門外板的質(zhì)量要求高：外觀表面光順平滑 ,棱線清晰 ,周邊尺寸精度 ,剛性好。 由于門外板是一種平坦淺拉延件。成形時(shí)凸模表面與毛坯以大平面接觸 ,由于平面上的拉應(yīng)力很低 ,材料得不到充分的塑性變形，所以車門外板剛性差，一般選擇外板材料時(shí)，考慮硬質(zhì)板材，如圖 所示。車門外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點(diǎn)焊、粘接及咬合等方法。 圖 車門外板 11 如圖 所示 。 車門外板采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的薄鋼板材料（厚度為 1 mm）經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成。因車門外板是車身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就差，行車時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪音，因此必須對外板剛度進(jìn)行加強(qiáng) ，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁，與外板柔性粘接。 2)車門內(nèi)板 內(nèi)板是車門附件主要的安裝機(jī)體，許多主要受力件均安裝在內(nèi)板上，如鉸鏈、限位器、門鎖等，為增加連接部位強(qiáng)度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設(shè)置加強(qiáng)板。 車門內(nèi)板是車門中所有主要部件的安裝載體，其結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)建也是我們本課題研究的重點(diǎn)之一。在車門靠近車身 A、 B 柱一側(cè)，由于需要考慮車門的下沉及鉸鏈等結(jié)構(gòu)的安裝此處剛度和強(qiáng)度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為 或 的高強(qiáng)板，其余部分采用了 的鋼板，這樣在保證 車門內(nèi)板必要的剛度和強(qiáng)度性能時(shí)又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖 所示 。 圖 外板的剛度加強(qiáng) 12 圖 車門內(nèi)板（左側(cè)：高強(qiáng)板，用于鉸鏈加強(qiáng)板，右側(cè)：一般材料） 鉸鏈加強(qiáng)板的型式多樣，一般根據(jù)性能與成本的需要來選擇，如圖 所示。 圖 鉸鏈加強(qiáng)板型式 3)內(nèi)外板加強(qiáng)板 一般車門鈑金結(jié)構(gòu)中都有內(nèi)外板加強(qiáng)板，起到增加車門內(nèi)外板在窗框處的剛性的作用，同時(shí)也可以作為正面碰撞時(shí)的力的傳遞途徑之一，將作用在門框上的力合理地向后傳遞。當(dāng)然也有的車中取消了該加強(qiáng)板，如圖 、圖 所示。 圖 車門外板加強(qiáng)板 13 圖 車門內(nèi)板加強(qiáng)板 4)車門 內(nèi)的 防撞 鋼 梁 車門防撞梁（桿）（ Side Impact Beam,Door Beam），也叫側(cè)門防撞梁（桿），是指在車門內(nèi)部結(jié)構(gòu)中加上橫梁（從外面看不到），用以加強(qiáng)車輛側(cè)面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高側(cè)面撞擊時(shí)的防撞抵抗力，以提升側(cè)面的安全?；趥?cè)面撞擊的概率，消費(fèi)者在選購車子的時(shí)候，一定把防側(cè)撞鋼梁這一項(xiàng)重要的安全配置考慮進(jìn)去 。 車門防撞作為一種額外吸能保護(hù)，可以降低乘員可能遭受的來自外部的力量。事實(shí)證明，車門防撞梁在車輛撞擊固定物體（比如樹木）時(shí)的保護(hù)效果非常明顯。依據(jù)美國國家公路交通安 全管理局（ NHTSA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，車門防撞梁在 2020 年拯救了994 名事故受害者。 車門防撞梁的形狀：一般分為管狀和帽形兩種；日韓車常用管狀車門防撞梁（一般情況下兩端有支架，用于連接固定防撞梁與車門，而歐美車門常用帽形防撞梁，一般直接焊接在車門上）；管狀防撞梁主要是圓管，也有矩形管、梅花形管、橢圓形管等，這要綜合考慮許多因素，如車門內(nèi)部空間，吸能設(shè)計(jì)等；而帽形防撞梁主要有單帽形狀（ U 形）和雙帽形狀（ m 形）； 車門防撞梁的布置方式：最常見的是對角線布置方式，也有垂直布置的。 車門防撞梁的吸能效果主要與以下幾個(gè) 因素有關(guān)： a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ——這是最重要的一點(diǎn)，一般來說，帽形防撞梁的吸能效果比管狀 防 撞梁好；另外，雙帽形結(jié)構(gòu)一般比單帽結(jié)構(gòu)要好；當(dāng)然，還有帽形結(jié)構(gòu)的高度，與 A/B/C柱、車門檻等的匹配等都至關(guān)重要； 14 b)材料的強(qiáng)度 ——人們通常以為里面的管子是普通水管之類的，其實(shí)不然；一般 日韓車中所用的管子抗拉強(qiáng)度高達(dá) 14001570MPa（目前有些國內(nèi)品牌車是用的較為普通的管子），是普通管子強(qiáng)度的 4 倍以上；而歐美車中常見的帽形防撞梁的抗拉強(qiáng)度一般為 10001600MPa； c)材料的厚度 ——當(dāng)然是材料越厚，吸能效果 越好（不考慮與 A/B/C 柱、車門檻 的匹配），吸能效果與材料的厚度成正比。 圖 M 型管柱式 防撞梁結(jié)構(gòu)示意 圖 為 M 型 管柱式 側(cè)門防撞梁，采用特殊材料的鋼材，大大提高了車門的抗扭性，保證了駕乘人員的安全。 5)鉸鏈支座 車門鉸鏈支座是安裝在車門內(nèi)板上的鉸鏈座凸焊螺母的安裝載體，通常形狀簡單，板材比較厚，如圖 所示。 15 圖 鉸鏈支座 6)車門窗框 單獨(dú)對于窗框而言，我們可以簡單分為幾大類：與內(nèi)外板同體式窗框、一體閉合式窗框、多體式窗框、滾壓窗框，如圖 所示。 圖 窗 框結(jié)構(gòu)型式 與內(nèi)外板同體式窗框在很多的小型車中有比較普遍的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡單，窗框由于與車門內(nèi)外板一體，所以剛性較好，工藝性也比較容易控制，缺點(diǎn)是材料利用率低；一體閉合式窗框由于窗框結(jié)構(gòu)閉合式，所以結(jié)構(gòu)剛性好；多