整車氣體泄漏量對(duì)關(guān)門力的影響研究

朱建華 劉晶 蒙永種

【摘 要】整車車內(nèi)氣壓阻力是影響關(guān)門力的重要因素，而整車氣體泄漏量是影響整車車內(nèi)氣壓阻力且能夠通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)改變與調(diào)整的重要因素。只有弄清整車氣體泄漏量與關(guān)門力之間的關(guān)系，才能評(píng)估是否有必要通過(guò)更改整車氣體泄漏量（主要是通過(guò)更改泄壓閥）來(lái)改善關(guān)門力。文章通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量的方法和測(cè)量系統(tǒng)分析，得到了準(zhǔn)確有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合分析，得出了整車氣體泄漏量與關(guān)門力之間的定量關(guān)系，為改善關(guān)門力提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】氣體泄漏量;關(guān)門力;試驗(yàn)測(cè)量

【中圖分類號(hào)】U472.43 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）07-0047-03

0 引言

汽車側(cè)門的關(guān)門力是開(kāi)關(guān)門感知質(zhì)量的重要組成部分，目前主流的評(píng)價(jià)關(guān)門力大小的參數(shù)為側(cè)門最小關(guān)閉速度，單位為m/s，所以本文所述關(guān)門力與側(cè)門最小關(guān)閉速度是同一概念。研究表明，關(guān)門力在0.7～0.9 m/s時(shí)，是顧客比較滿意的區(qū)間，超過(guò)0.9 m/s會(huì)引起顧客報(bào)怨，若關(guān)門力大于1.5 m/s，顧客不可接受。目前，上汽通用五菱汽車股份有限公司生產(chǎn)的汽車普遍存在關(guān)門力大的問(wèn)題，關(guān)門力普遍在1.0～1.2 m/s，個(gè)別車型甚至達(dá)到1.5 m/s，所以關(guān)門力大是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

關(guān)門力的主要影響因素包括側(cè)門總成抬升量、鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩、限位器力矩曲線、主/次密封膠條反力、門鎖阻力和關(guān)門時(shí)的整車氣壓阻力，而關(guān)門時(shí)的整車氣壓阻力對(duì)關(guān)門力的影響在30%以上;影響關(guān)門時(shí)的整車氣壓阻力的因素有3個(gè)：關(guān)門速度、車內(nèi)內(nèi)腔體積和整車氣體泄漏量;關(guān)門速度與關(guān)門時(shí)的整車氣壓阻力是相互影響的關(guān)系，若其他條件不變，關(guān)門速度越大，則同一時(shí)間壓入車內(nèi)的氣體體積越多，車內(nèi)壓力上升得越高，氣壓阻力越大。同時(shí)，氣壓阻力越大，需要的最小關(guān)門速度越大;若同一時(shí)間內(nèi)，壓入車內(nèi)的氣體體積和整車氣體泄漏的體積不變，則車內(nèi)內(nèi)腔體積越大，氣體的壓縮比就越小，氣壓阻力越大;若同一時(shí)間內(nèi)，車內(nèi)內(nèi)腔體積和壓入車內(nèi)的氣體體積不變，則整車氣體泄漏越大，氣壓阻力越小。影響整車氣壓阻力的這3個(gè)因素中，整車氣體泄漏量是可以通過(guò)改變泄壓閥設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整的。目前，公司在整車氣體泄漏量對(duì)關(guān)門力的影響方面還停留在定性研究階段，并未進(jìn)行過(guò)定量研究，所以無(wú)法回答整車氣體泄漏量對(duì)關(guān)門力的影響有多大，通過(guò)改變整車氣體泄漏量來(lái)降低關(guān)門力的作用有多大等問(wèn)題。

整車氣體泄漏量包括可控泄漏量和不可控泄漏量2個(gè)部分。所謂可控泄漏量，是指可通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)控制調(diào)整的泄漏量，目前主流的方法是通過(guò)設(shè)計(jì)泄壓閥（也稱減壓閥）來(lái)實(shí)現(xiàn)的;所謂不可控泄漏量，是指由于制造等原因，造成整個(gè)車體不是一個(gè)完全密封的腔體而導(dǎo)致氣體的泄漏，不可控泄漏量的特點(diǎn)是非設(shè)計(jì)的、泄漏位置和大小未知的。但對(duì)于同一臺(tái)車，不可控泄漏量基本是恒定的，故本文研究時(shí)，認(rèn)為該值為定值。本文采用試驗(yàn)測(cè)量的方法，通過(guò)改變可控泄漏量來(lái)研究整車氣體泄漏量對(duì)關(guān)門力的影響。

1 試驗(yàn)研究的技術(shù)路線

在整車氣壓阻力對(duì)關(guān)門力的影響的3個(gè)因素中，關(guān)門速度是一個(gè)非常復(fù)雜的因素，且有相互影響的關(guān)系，故本文將其排除在外，只考慮車內(nèi)內(nèi)腔體積和整車氣體泄漏量2個(gè)因素。所以，總的技術(shù)路線為通過(guò)測(cè)量不同車內(nèi)內(nèi)腔體積的車型，在不同的整車氣體泄漏量的情況下關(guān)門力的值，再通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得出它們之間的影響關(guān)系。

1.1 測(cè)量對(duì)象的選擇

考慮到車內(nèi)內(nèi)腔體積的影響，選擇2臺(tái)車內(nèi)內(nèi)腔體積相差較大的車型：車型A和車型B，車型A的車內(nèi)內(nèi)腔體積為4.1 m3，車型B的車內(nèi)內(nèi)腔體積為2.01 m3。同時(shí)，所選2臺(tái)車還有以下2個(gè)特性：一是它們的前門，車門大小相似，車型A的前門表面積為0.89 m2，車型B的前門表面積為0.90 m2;二是它們?cè)谡嚪敲荛]狀態(tài)（對(duì)面車門打開(kāi)，以排除整車氣壓阻力的影響）的關(guān)門力相似。故測(cè)量對(duì)象最終確定為車型A和車型B的左前門。

1.2 不同的整車氣體泄漏量的獲得

車型A和車型B都具有后保險(xiǎn)杠和4上泄壓閥，可通過(guò)依次拆除后保險(xiǎn)杠、封堵泄壓閥來(lái)獲得不同的整車氣體泄漏量。

1.3 測(cè)量設(shè)備、方法、人員和場(chǎng)地

測(cè)量設(shè)備為關(guān)門速度測(cè)量?jī)x和整車氣體泄漏量測(cè)量?jī)x，關(guān)門速度的測(cè)量位置為鎖扣處（如圖1、圖2所示）。測(cè)量方法如下：通過(guò)反復(fù)關(guān)閉車門，找到能使車門關(guān)閉的最小速度。整車氣體泄漏量是在車內(nèi)外保持1.27 cm（0.5英寸）水柱高壓強(qiáng)差的條件下測(cè)量。測(cè)量人員共3人，場(chǎng)地在質(zhì)量部的整車氣體泄漏量測(cè)量室，該場(chǎng)地?zé)o風(fēng)、平坦、恒溫。

2 測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）

測(cè)量系統(tǒng)分析的目的是確保測(cè)量系統(tǒng)的有效性，保證之后所測(cè)量的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的，本文采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)是重復(fù)性和再現(xiàn)性，采用考慮交叉的方差分析法。

2.1 關(guān)門力測(cè)量系統(tǒng)分析

選取車型A和車型B的左前門和右前門為測(cè)量對(duì)象，共4個(gè)對(duì)象;共3名測(cè)量人員，用同一臺(tái)關(guān)門速度測(cè)量?jī)x，測(cè)量整車非封閉狀態(tài)下的關(guān)門力（排除整車氣壓阻力的影響，提高測(cè)量對(duì)象的穩(wěn)定性），每個(gè)對(duì)象測(cè)量3次，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

量具的R&R分析結(jié)果如下。

（1）合計(jì)量具R&R：方差分量為0.000 026 1，方差分量貢獻(xiàn)率為3.78;其中，重復(fù)性和再現(xiàn)性的方差分量分別為0.000 026 1和0，方差分量貢獻(xiàn)率分別為3.78和0;部件間的方差分量為0.000 664 1，方差分量貢獻(xiàn)率為96.22。

（2）合計(jì)量具R&R：標(biāo)準(zhǔn)差為0.005 109 9，研究變異（6×SD）為0.030 659，研究變異（%SV）為19.45;其中，重復(fù)性和再現(xiàn)性的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.005 109 9和0，研究變異（%SV）分別為19.45和0;部件間的標(biāo)準(zhǔn)差為0.025 769 6，研究變異（%SV）為98.09。

（3）可區(qū)分的類別數(shù)：7。

由分析結(jié)果可知：量具貢獻(xiàn)率為3.78%（要求小于9%），量具研究變異為19.45%（要求小于30%），可區(qū)分的類別數(shù)為7（要求大于5），關(guān)門力的測(cè)量系統(tǒng)合格。

2.2 整車氣體泄漏量的測(cè)量系統(tǒng)分析

選取4臺(tái)車型A為測(cè)量對(duì)象，共3名測(cè)量人員，用同一臺(tái)氣體泄漏量測(cè)量?jī)x測(cè)量整車全封閉狀態(tài)下的氣體泄漏量（包括可控泄漏量和非可控泄漏量），每個(gè)對(duì)象測(cè)量3次，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

量具的R&R分析結(jié)果如下。

（1）合計(jì)量具R&R：方差分量為0.246，方差分量貢獻(xiàn)率為0.09;其中，重復(fù)性和再現(xiàn)性的方差分量分別為0.133和0.113，方差分量貢獻(xiàn)率分別為0.05和0.04;部件間的方差分量為287.062，方差分量貢獻(xiàn)率為99.91。

（2）合計(jì)量具R&R：標(biāo)準(zhǔn)差為0.495 5，研究變異（6×SD）為2.973，研究變異（%SV）為2.92;其中，重復(fù)性和再現(xiàn)性的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.364 4和0.335 8，研究變異（%SV）分別為2.15和1.98;部件間的標(biāo)準(zhǔn)差為16.942 9，研究變異（%SV）為99.96。

（3）可區(qū)分的類別數(shù)：48。

由分析結(jié)果可知：量具貢獻(xiàn)率為0.09%（要求小于9%），量具研究變異為2.92%（要求小于30%），可區(qū)分的類別數(shù)為48（要求大于5），關(guān)門力的測(cè)量系統(tǒng)合格。

3 測(cè)量和數(shù)據(jù)收集

3.1 測(cè)量步驟

第一步：測(cè)量車型A和車型B在整車非封閉狀態(tài)下（對(duì)面車門打開(kāi)）的關(guān)門力V0。

第二步：測(cè)量車型A和車型B在整車封閉狀態(tài)下（所有車門關(guān)閉，空調(diào)為內(nèi)循環(huán)）的關(guān)門力V1和整車氣體泄漏量P 1。

第三步：拆除后保險(xiǎn)杠，測(cè)量車型A和車型B在整車封閉狀態(tài)下（所有車門關(guān)閉，空調(diào)為內(nèi)循環(huán)）的關(guān)門力V2和整車氣體泄漏量P 2。

第四步：封堵泄壓閥1，測(cè)量車型A和車型B在整車封閉狀態(tài)下（所有車門關(guān)閉，空調(diào)為內(nèi)循環(huán)）的關(guān)門力V3和整車氣體泄漏量P3。

第五步：封堵泄壓閥2，測(cè)量車型A和車型B在整車封閉狀態(tài)下（所有車門關(guān)閉，空調(diào)為內(nèi)循環(huán)）的關(guān)門力V4和整車氣體泄漏量P4。

第六步：封堵泄壓閥3，測(cè)量車型A和車型B在整車封閉狀態(tài)下（所有車門關(guān)閉，空調(diào)為內(nèi)循環(huán)）的關(guān)門力V5和整車氣體泄漏量P 5。

第七步：封堵泄壓閥4，測(cè)量車型A和車型B在整車封閉狀態(tài)下（所有車門關(guān)閉，空調(diào)為內(nèi)循環(huán)）的關(guān)門力V6和整車氣體泄漏量P 6。

3.2 數(shù)據(jù)收集

車型A（測(cè)量員1測(cè)量）數(shù)據(jù)收集如下。

（1）整車非封閉狀態(tài)，整車氣體泄漏量：無(wú);關(guān)門力：0.65、0.65、0.64，均值為0.65。

（2）整車封閉狀態(tài)，整車氣體泄漏量：312.2，312.8，

311.5，均值為312.2;關(guān)門力：1.04、1.03、1.03，均值為1.03。

（3）整車封閉狀態(tài)并拆除后保險(xiǎn)杠，整車氣體泄漏量：422.5，421.9，423.1，均值為422.5;關(guān)門力：0.95、0.95、0.94，均值為0.95。

（4）整車封閉狀態(tài)并封堵泄壓閥1，整車氣體泄漏量：264.7，265.1，265.7，均值為265.2;關(guān)門力：1.02、1.01、1.02，均值為1.02。

（5）整車封閉狀態(tài)并封堵泄壓閥2，整車氣體泄漏量：89.5，88.1，88.6，均值為88.7;關(guān)門力：1.12、1.12、1.12，均值為1.12。

車型B（測(cè)量員2測(cè)量）數(shù)據(jù)收集如下。

（1）整車非封閉狀態(tài)，整車氣體泄漏量：無(wú);關(guān)門力：0.65、0.65、0.64，均值為0.65。

（2）整車封閉狀態(tài)，整車氣體泄漏量：299.2，299.7，

298.9，均值為299.3;關(guān)門力：1.22、1.23、1.23，均值為1.23。

（3）整車封閉狀態(tài)并拆除后保險(xiǎn)杠，整車氣體泄漏量：321.8，321.1，321.5，均值為321.5;關(guān)門力：1.26、1.25、1.26，均值為1.26。

（4）整車封閉狀態(tài)并封堵泄壓閥1，整車氣體泄漏量：261.8，261.7，260.8，均值為261.4;關(guān)門力：1.37、1.38、1.37，均值為1.37。

（5）整車封閉狀態(tài)并封堵泄壓閥2，整車氣體泄漏量：215.5，214.8，214.7，均值為215;關(guān)門力：1.48、1.48、1.48，均值為1.48。

（6）整車封閉狀態(tài)并封堵泄壓閥3，整車氣體泄漏量：164.9，164.2，165.1，均值為164.7;關(guān)門力：1.59、1.58、1.58，1.58，均值為1.58。

（7）整車封閉狀態(tài)并封堵泄壓閥4，整車氣體泄漏量：60.2，60.2，60.5，均值為60.3;關(guān)門力：1.77、1.77、1.76，均值為1.77。

4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)都采用均值進(jìn)行分析。整車氣壓阻力造成的關(guān)門力Ui=Vi-V0，其中Vi為整車封閉狀態(tài)下的關(guān)門力。

4.1 車型A

由U1/V1=0.37可知，初始狀態(tài)，由整車氣壓阻力造成的關(guān)門力占總關(guān)門力的37%。

利用EXCEL工具，以整車泄漏量Pi為橫坐標(biāo)，Ui為縱坐標(biāo)，擬合出公式：U=-0.000 5p+0.513 8，擬合度R2=0.958 6。

4.2 車型B

由U1/V1=0.48可知，初始狀態(tài)，由整車氣壓阻力造成的關(guān)門力占總關(guān)門力的48%。

利用EXCEL工具，以整車泄漏量P i為橫坐標(biāo)，Ui為縱坐標(biāo)，擬合出公式：U=-0.002 1p+1.271 2，擬合度R2=0.979 9。

5 結(jié)論

（1）由兩車型U1/V1的比值可知，由整車氣壓阻力造成的關(guān)門力占總關(guān)門力的比例很高，從設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決的角度來(lái)看，是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

（2）由擬合度R2的值可知，Ui與P i呈高度線性關(guān)系。

（3）由擬合的公式和敏感度k值可知，整車氣體泄漏量對(duì)關(guān)門力的敏感度很低，例如車型A，若整車氣體泄漏量P由320立方英尺/min提高到640立方英尺/min時(shí)，Ui由0.35 m/s降到0.19 m/s，關(guān)門力只降低了0.16 m/s（降低約15%）。一般情況下，通過(guò)更改泄壓閥，把整車泄漏量增加1倍是非常困難的。但對(duì)由車型B這種車內(nèi)內(nèi)腔體積很小的車型來(lái)說(shuō)，k值比車型A大了4.2倍，若整車氣體泄漏量P由320立方英尺/min提高到640立方英尺/min時(shí)，Ui由0.6 m/s降到0，關(guān)門力降低了0.6 m/s（降低約49%），所以從設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決的角度來(lái)看，通過(guò)更改泄壓閥的泄漏面積來(lái)增加整車氣體泄漏量，進(jìn)而降低關(guān)門力，對(duì)大體積車來(lái)說(shuō)是非常不劃算的。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]