車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設計探析

張朝林

摘 要：車門鉸鏈軸線是車門設計的核心部位，同時也是檢驗車門造型可行性的重要依據(jù)，是整個車門附件布置的基礎所在。隨著人們生活水平的提升，不論是從汽車產(chǎn)品的性能還是整體品質(zhì)來講，人們的汽車消費需求越來越多，而作為相對獨立的部分，車門的設計更是備受關(guān)注。而對于汽車制造行業(yè)來講，車門鉸鏈軸線布置是設計人員需要考慮的重要因素，本文以此為背景，重點對車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設計要點進行了分析。

關(guān)鍵詞：車門鉸鏈;軸線;內(nèi)傾角

1 車門鉸鏈軸線設置關(guān)鍵影響要素

1.1 車門鉸鏈軸線傾角

車門鉸鏈軸線傾角主要分為內(nèi)傾角、外傾角、前傾角和后傾角。內(nèi)傾角和后傾角主要是為車門開啟提供勢能、為關(guān)閉車門提供自動關(guān)閉能量，其中鉸鏈軸線內(nèi)傾角提供的關(guān)門能量最具明顯。

鉸鏈間距指的是車門上下鉸鏈中心平面距離，在汽車空間允許的條件下，間距越大產(chǎn)生的效果越好，因為間距越大，車門鉸鏈在x方向上的受力也會越小，這樣可以避免車門下沉，提升車門剛度。然而在設計過程中，可能會受到整車外觀設計、鈑金成形性等因素的限制，所以鉸鏈間距實際上無法達到最理想的狀態(tài)。

1.2 車門最大開度

所謂車門最大開度實際上指的是車門能夠打開的最大角度，通常最大開度就是限位器的最大限位角度（一般在65-75°），鉸鏈的最大開度是其具備的限位角度，通常車門最大開度為3°。校核角度是車門運動校核角度，通常在鉸鏈最大開度基礎上增加2-4°。

1.3 車門提升量

車門開啟的時候，Z向向上的運動趨勢讓車門產(chǎn)生勢能，關(guān)閉車門時，勢能轉(zhuǎn)化為關(guān)門能量，即為車門提升量，也就是Z向產(chǎn)生的高度差，通常前門提升量在12.7-13.3mm之間，因為后門重量要大于前門，所以提升量也較大，在20.3-27.94mm之間。

1.4 車門開關(guān)方便性評價指標

1.4.1 靜態(tài)關(guān)閉力

所謂靜態(tài)關(guān)閉力指的是車門從半鎖狀態(tài)到全鎖狀態(tài)的過程中，車門外把手拉置需要的操作力，靜態(tài)關(guān)閉力的測量需要借助維力計，量程為500N。

1.4.2 瞬時最小關(guān)閉速度

瞬時最小關(guān)閉速度指的是車門在關(guān)閉的時候，能夠讓車門達到全鎖狀態(tài)的最小關(guān)閉速度。量化評價主要是測量車門在全鎖位置的最小瞬時速度，當然在具體的測量中，需要使用光學測速儀經(jīng)過多次的實驗測量，才能獲取最小關(guān)閉速度。

1.4.3 車門開關(guān)方便性的影響因素

車門密封條反彈力、空氣阻力、車門自身重力以及車門鉸鏈限位器也是影響開關(guān)方便性的因素。例如密封條反彈力能夠通過調(diào)整膠條泡管厚度和薄弱點等來實現(xiàn)最理想的壓縮負荷，進而給乘客良好的車門開關(guān)體驗;空氣阻力通過汽車排氣格柵數(shù)量、面積等射擊使其達到自家裝填;鉸鏈限位器等結(jié)構(gòu)的阻力通常很小，甚至可以忽略不計;車門自身的重力對車門開關(guān)方便性的影響主要體現(xiàn)在鉸鏈傾角（內(nèi)傾角），而這也是本文研究的重點方向。

2 車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設計

2.1 車門鉸鏈原理

車門鉸鏈也叫作合頁，在車門開啟的時候，支架和門型連門架開始相對轉(zhuǎn)動，U型彈簧帶著定位滾輪在扇形定位曲線上滾動，由于U型彈簧的存在，在滾動的過程中，定位滾輪在凸輪頂點移動過程中會對車門開啟產(chǎn)生阻力，通過凸輪定點后在彈簧作用力下產(chǎn)生一定的助開力。當滾輪移動到定位凹槽時，凹槽會對車門產(chǎn)生定位作用，相反，關(guān)門的時候也會產(chǎn)生相應的阻力和助閉力。當滾輪到達最大限位卡時，車門打開到最大位置。

原理如圖1所示：

其中：D為車門重心到鉸鏈軸線的距離;

α為車門的開啟角度;

η為車門關(guān)閉狀態(tài)下車門重心到鉸鏈軸線垂線和y平面的夾角;

G為車門關(guān)閉狀態(tài)下的重心位置;

G'為開啟角度α時車門重心位置;

G1、G2為車門重力在開啟平面上的分力。

根據(jù)上面的原理圖，車門自關(guān)力、自關(guān)力矩計算公式如下：

以上為車門自關(guān)力計算公式。

以上為車門自關(guān)力矩計算公式。

其中：α為車門的開啟角度;

γ為車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角。

2.2 車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設計應用

根據(jù)上面提到的車門軸線工作原理以及車門自關(guān)力、自關(guān)力矩計算公式，以下重點對車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設計應用進行分析，對于車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設計應用的分析本文借助某大質(zhì)量汽車為例。

2.2.1 車門軸線傾角目標設定

車門軸線傾角設計之前，首先針對市場中已經(jīng)存在的同一層次的汽車車門開關(guān)方便性進行了主觀評價，與此同時還對這些車門的鉸鏈軸線傾角做了三坐標測量，通過主觀評價結(jié)果和三坐標測量結(jié)果可以看出，所有汽車的車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角對于車門開關(guān)方便性產(chǎn)生的影響最大，通常內(nèi)傾角大于2.5°的時候，車門操作更加便捷，如果內(nèi)傾角小于2°，則操作方便性相對較差，內(nèi)傾角在1°以下的時候車門操作便捷性最差。根據(jù)開關(guān)方便性主觀評價以及最終的坐標測量結(jié)果，我們將該大質(zhì)量車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角目標設定為3°。

2.2.2 車門自關(guān)力矩計算

車門自關(guān)力矩計算過程按照上面的公式進行帶入，帶入的時候按照上面的自關(guān)力計算公式，分別對α去不同的數(shù)值，如α等于0、5、10....70，而相應的G1水平均為0.0，G2水平均為20.9N，通過將這些數(shù)據(jù)帶入到計算公式中計算Mg水平，最終的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著α的增加，在保證車門重力在開啟平面上的分力不變的情況下，車門自關(guān)力矩會隨著α的增加逐漸減小。具體計算結(jié)果如表1所示：

2.3 實物測量實驗與主觀評價結(jié)果

實際上從上面的車門自關(guān)力計算結(jié)果可以看出，實車重力矩測量結(jié)果與設計之初的計算結(jié)果基本上相同，之間不會存在較大的誤差，而通過對車門重心位置、車門重量等參數(shù)的估算，最終得出該大質(zhì)量汽車的車門開關(guān)方便性主觀評價良好，既能夠滿足車輛應有的開關(guān)方便性，同時也能夠達到最初主觀評價效果。

3 結(jié)論

總的來講，車門作為車輛上的重要運動件，通過車門鉸鏈連接在整車車身上，鉸鏈的存在對于車門開關(guān)方便性有重要的作用，而本文也重點對車門開關(guān)方便性的量化評價方法以及影響這種結(jié)果的主要因素進行了重點分析，同時對車門鉸鏈原理、車門自關(guān)力、車門自關(guān)力矩計算公式做了簡單介紹，并借助具體的車門設計實例分析了車門鉸鏈傾角設計對于車門開關(guān)方便性以及主觀體驗影響的重要性，通過最終的分析結(jié)果可以看出，汽車車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角對于車門開關(guān)方便性有決定性的影響，最終得出結(jié)論，如果內(nèi)傾角小于2°，則操作方便性相對較差，內(nèi)傾角在1°以下的時候車門操作便捷性最差，車門鉸鏈軸線內(nèi)傾角設計角度在2.5°以上的條件下，車門開關(guān)方便性能夠達到理想的狀態(tài)。

參考文獻：

[1]胡建鋒.基于CATIA的側(cè)門鉸鏈布置設計[J].汽車實用技術(shù)，2018（16）：143-145.

[2]高尚鵬，劉海根，邴建.乘用車車門鉸鏈正向布置技術(shù)研究[J].北京汽車，2018（03）：33-37.

[3]劉漪青.車門鉸鏈軸線布置方法[J].汽車與配件，2018（05）：75-77.