車門外把手開啟力設計

劉立群，陳緩，成龍， 李衛(wèi)平

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

車門把手開啟力是評價開門舒適性的重要指標，包括外把手開啟力與內把手開啟力。由于系統(tǒng)設計方法的缺乏，很難在設計前期準確管控，在設計驗證階段容易出現(xiàn)力值偏大問題，只能通過反復更改把手設計優(yōu)化，造成成本與時間的損失。車門內外把手開啟力的設計方法類似，本文作者將介紹外把手的開啟力設計方法。

1 開啟力計算方法

通過對外把手、門鎖結構及外開解鎖過程的分析，可得到車門外把手開啟力的簡化力學模型，如圖1所示。則當式(1)成立的時候，可以通過外把手打開車門。

F×L1cosβ≥N×L2cos(90°-α-β)+T

(1)

式中：F為外把手開啟力；N為門鎖解鎖力；T為外把手扭簧扭矩；α為兩個力臂的相對夾角；β為外把手力臂夾角；L1為外把手開啟力力臂；L2為解鎖力力臂。

圖1 車門開啟力簡化力學模型

2 解鎖力測試

在新車型開發(fā)中，通常選用成熟門鎖。為計算車門外把手開啟力，需對選用門鎖解鎖力進行測試。

2.1 解鎖力測試方法

為了測試在不同密封力、不同門鎖與鎖扣對中性條件下門鎖的解鎖力，設計制造了圖2所示的門鎖外開解鎖力測試臺架。測試臺架包括門鎖外把手解鎖力和位移傳感器、鎖體安裝板、鎖扣安裝板、用來施加密封力的彈簧、測量彈簧力和位移的傳感器。測試門鎖解鎖力和位移曲線時，測試門鎖安裝在臺架的門鎖安裝板上，鎖扣安裝在臺架鎖扣安裝板上，通過調節(jié)彈簧的壓縮力來模擬不同的背壓力，通過調節(jié)鎖扣在鎖扣安裝板上的位置來模擬鎖扣與門鎖的不同對中性。

圖2 門鎖開啟力測試臺架

通過上述臺架，測試了3把平臺門鎖在不同密封力、不同鎖扣與鎖體對中性條件下的開啟力和位移曲線。整理得到200、300 N密封力，不同鎖扣鎖體對中性工況下開啟力和開啟行程結果，分別見表1和表2。

表1 200 N密封力工況下解鎖力測試結果 N

表2 300 N密封力工況下解鎖力測試結果 N

2.2 解鎖力測試結果分析

在200、300 N密封力工況下，分別對比3把平臺門鎖在不同門鎖對中性條件下的解鎖力，可看出C鎖的解鎖力對鎖扣與鎖體的對中性不敏感，且開啟力最小，比B鎖小約15 N， 3把門鎖300 N密封力條件下的開啟力比200 N的大5 N左右。

3 開啟力設計方法

基于上述車門把手開啟力計算方法和平臺門鎖解鎖力測試數(shù)據(jù)，在車型開發(fā)中，可通過如圖3所示的流程圖設計車門把手開啟力。

參考企業(yè)標準或對標車力值，設定車門外把手開啟力目標值，可根據(jù)車型布置區(qū)域Y向空間大小，選用平臺門鎖和現(xiàn)用車型把手初步方案；然后進行門鎖和把手的布置，把手位置受造型面約束先確定，然后布置門鎖；布置完成后，根據(jù)耐慣性力要求可以得到扭簧扭矩T、外把手開啟力力臂L1和門鎖解鎖力力臂L2及其兩者夾角α、外把手力臂夾角β，門鎖解鎖力根據(jù)車門密封力、門鎖與鎖扣對中性公差要求查找門鎖解鎖力測試數(shù)據(jù)得到。根據(jù)公式(1)，可計算車門把手開啟力。若計算值滿足目標要求，則完成車門外把手開啟力設計。若計算值不滿足目標要求，則返回流程“門鎖和把手方案”活動處，優(yōu)化方向分以下2種情況：

(1)計算值小于目標要求范圍，則可適當加大外把手扭簧扭矩T。

(2)計算值大于目標要求范圍，這種情況比較多，可通過4種方案優(yōu)化：①優(yōu)化外把手結構，使解鎖力與其力臂的夾角更接近90°；②優(yōu)化外把手結構，減小夾角α、β；③改選解鎖力小的門鎖；④適當減小扭簧扭矩T，增大重塊質量或力臂。

圖3 車門把手設計流程

4 某車型設計案例

以目前開發(fā)的車型為例，基于上述車門外把手開啟力設計方法介紹其前門外把手開啟力的設計過程。

第1步：設定目標值。通過測試得到對標車車門外把手開啟力為45 N，結合企業(yè)標準，設定目標為(45±5) N。

第2步：初定門鎖選用B鎖，因為其Y項布置空間要求小于A、C鎖，而車門外板面在門鎖預布置區(qū)域與玻璃面的距離較小；定義外把手沿用修改某量產車型。

第3步：布置門鎖和外把手，并校核其與周邊件的間隙滿足要求，如圖4、圖5所示。

第4步：計算外把手開啟力。該車的密封條壓縮力為(250±50) N，鎖扣與門鎖對中要求為±1.5 mm，查找上述B鎖的解鎖力測量值為23.86～32.95 N。在外把手設計數(shù)據(jù)上測量外把手計算參數(shù)如圖6所示。按側面碰撞外把手耐慣性力要求暫定彈簧扭轉T為(0.65±0.1) N·m，將以上參數(shù)代入計算公式(1)，計算得到外把手開啟力為42.1～49.6 N，滿足目標要求(45±5) N。

經過以上4步，完成了某車型的前門外把手開啟力設計。在該車設計驗證階段，實車抽檢該車的車門外把手開啟力均滿足目標要求。

圖4 門鎖與周邊件間隙校核

圖5 外把手與周邊件間隙校核

圖6 某車型外把手計算參數(shù)測量

5 結束語

介紹了車門外把手開啟力的計算方法和門鎖解鎖力臺架測試方法，以此為基礎提出了車門把手開啟力的系統(tǒng)設計方法。并將該方法應用于某車型開發(fā)前期，完成了該車型的車門外把手開啟力的設計，在設計驗證階段實車測試樣車車門外把手開啟力均滿足目標要求。

該方法可正向設計車門外把手開啟力，在設計前期可根據(jù)設計目標，合理設計門鎖及把手方案達成目標，而不會發(fā)生實車驗證不滿足目標造成優(yōu)化代價大或反復優(yōu)化的情況。