车门开闭感评价与优化

陈缓邓智伟刘立群张宗华邓卫东潘毓滨

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

车门开闭感评价与优化

陈缓邓智伟刘立群张宗华邓卫东潘毓滨

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

分析了影响车门开闭感的主要因素，将车门开启力、车门开启声音、车门关门声音、最小关门速度和背压力作为评价车门开闭感的评价参数。以此对某SUV车型提出了优化方案。对比该车型优化前、后的车门开闭感评价参数测量结果可知，优化后各参数均有不同程度的减小，优化措施有效，解决了其车门开闭感较差的问题。

车门开闭感是指车辆开关门力和开关门声音等给人的主观感觉，其作为影响汽车操作舒适性的重要指标，受到用户广泛关注。车门开闭感由于影响因素众多，尚无统一的评价参数和标准，一直都是车身设计中的难点。

1 车门开闭感评价

轿车车门通常采用旋转式车门，本文所有的分析和论述均是针对旋转式车门。车门开闭感评价是对车门开闭性能的综合评价，目前各大汽车厂商对于车门开闭感的评价参数和标准不尽相同。本文通过查阅国内、外相关文献并结合工作实践，分析总结出了车门开闭感的评价参数和评价方法，并将其应用于某SUV车型的车门开闭感评价。

1.1 评价参数

讨论车门开闭感的评价参数，首先应该分析开关门过程，如图1所示。在正常的开门过程中，人手持续对车门外把手施加不断变化的拉力，使车门从关闭状态打开至车门最大开度，在此过程中可明显感受到几次力的峰值，依次出现在外把手打开门锁时（产生车门开启力）、越过限位器一级开度时（产生限位器一级开门阻力）、越过限位器二级开度时（产生限位器二级开门阻力），同时还可感受到打开门锁时的声音（车门开启声音）和开门过程中声音是否异常。在正常的关门过程中，人手在车门外把手处或在其附近门边缘处施加一个瞬时力，使车门从最大开度至关闭状态，在此过程中可感觉到瞬时力大小（车门关闭力）和关门声音。从以上车门的开闭过程分析，可得出车门开闭感的评价参数为车门开启力、限位器一级开门阻力、限位器二级开门阻力、车门开启声音、车门关闭力、车门关门声音。上述参数一般是指能使车门开启或完全关闭的最小值。

目前关于车门开门性能的相关文献很少，而关于关门性能的研究相对较多。车门关闭力由于很难定义其测量条件，如施力方向、施力时间以及能使车门完全关闭的临界状态，故在各大整车企业中，一般用最小关门速度和背压力代替关闭力来评价关门性能。

综上所述，本文将车门开启力、车门开启声音、车门关门声音、最小关门速度和背压力作为车门开闭感的评价参数。

1.2 评价方法

车门开闭感的评价方法有主观评价和客观评价2种。主观评价主要通过反复开关车门进行。一般认为，好的车门开门时，声音柔和，开门力适中，手感好，关门时发出“嘭”的声音，给人的感觉是车门刚度好，结实耐用，即开关门力适中，各个挡位清晰，无异响。差的车门开门时，有“嘣”的释放声，开门力过大或过小，手感差，关门时给人感觉轻薄，发出“啪”的声音，即关门力过大或过小，各个挡位不清晰，开关门过程中伴有金属异常噪声。常用的开闭感主观评价方法有成对比较法和等级评分法。成对比较法是将待评价样本成对进行比较，据此做出相关的比较评价；等级评分法一般是采用10分制，得分越高表明车门开闭感越好，以6分为是否可以接受的分界线。客观评价是通过试验测量评价参数来评估车门开闭感。

仅通过主观评价很难全面考察车门开闭感，而且不利于查找影响开闭感的原因及问题的解决。因此，在车门开闭感评价时，可以以主观评价为起点，通过客观评价来评估，特别是对主观评价较差的项目需通过客观评价来查找原因。

1.3 评价案例

采用上述车门开闭感评价方法和参数对某SUV车型A在生产调试阶段的多台样车及其对标车某SUV车型B进行了评价。

主观评价采用10分制评价方法，主观评价人员由车身设计工程师、NVH工程师、商品性评价师、质量工程师和市场销售人员共数十人组成。评价结果见表1。

表1 A/B车门开闭感主观评价结果对比

客观评价时由于A车是生产调试阶段样车，制造精度不是很稳定，故随机抽取8台样车进行各评价参数的测量，并除去其中偏差较大的3个测量结果，最后对剩余的5个测量结果求平均值得到A车的最终评价结果。A车、B车最终客观评价结果见表2，可知客观评价结果也是B车车门开闭感明显优于A车。

表2 A车和B车车门开闭感客观评价结果对比

2 影响因素分析

针对A车车门开启力、开启声音、背压力及最小关门速度偏大的问题，进行影响因素分析。车门与侧围的制造精度对车门开闭感的各评价参数有不同程度的影响，但本文主要研究设计上的影响因素。

研究表明，车门开启力主要与车门外开系统结构有关。车门开启时“嘣”的释放声主要是由背压力过大造成。而背压力和最小关门速度主要与空气阻力、车门密封条阻力、门锁闭锁阻力和车门重力产生的自闭力有关。经验表明，若车门正常关闭前车门缓冲块与侧围干涉，会显著增大背压力，对车门最小关门速度也会有所影响。

2.1 车门外开系统

通过对外把手、门锁结构及外开解锁过程进行分析，可得到车门开启力的简化力学模型如图2所示。则当F×L1cosβ≥N×L2cos（90°-α-β）+T成立时，可以通过外把手打开车门。式中，F为外把手操作力，N为门锁解锁力，T为扭簧扭矩，α为2个力臂的相对夹角，β为外把手力臂夹角。从中可知，要减小外把手操作力值，可以通过减小门锁解锁力、扭簧扭矩、门锁作用力臂和增大外把手作用力臂等途径实现。

2.2 缓冲块

车门缓冲块可在车门过关时防止车门与侧围干涉并对门锁起保护作用。车门正常关闭前，缓冲块应与侧围无干涉，否则会导致背压力显著增大，并影响其他车门开闭感评价参数。

2.3 空气阻力

若车辆未设计单向排气阀门并假定整车密封性良好，当轿车车门窗关闭时，在车门开始接触胶条至完全关闭的瞬间，可以认为是一空气压缩过程。由于在空气挤压瞬间车门的位移量很小，因此这一过程可以近似采用理想气体状态方程来描述。空气阻力在此过程中所作的功为：

式中，P0为标准大气压；V0为车门关闭前驾驶室容积空间（密封条未被压缩空间）；V为车门关闭后驾驶室容积空间（密封条已被压缩）；A0为车门的迎风面积；S为密封条的压缩量。

从式（1）中可看出，要减小空气阻力，可以通过减小密封条压缩量、减小车门迎风面积和增大驾驶室容积空间等途径实现。

2.4 密封条阻力

相关研究表明，在车门关闭过程中，大多数区域的密封胶条主要承受法向的受力变形，因此，在关门密封条阻力研究中主要对相关区域密封条的法向受力变形进行分析，为此做以下简化。

a.车门关闭时车门门框垂直压缩密封条；

b.密封条在小变形范围内为线性弹性变形，弹性系数为k；

c.按照车门设计的一般规范，密封条压缩量S≤10 mm；

d.密封条沿周长方向均匀受力，在车门关闭过程中，密封条阻力所做的总功为：

式中，L为密封条长度。

从式（2）可看出，关门时密封条阻力与密封条压缩量、长度及压缩弹性系数成正比。

2.5 车门自闭力

车门铰链轴线通常具有一定倾角，设计时一般让铰链轴线具有一定的内倾角和后倾角。在车门开闭过程中，当车门重力与铰链轴线处于同一平面时（将该平面定义为平衡平面，车门所处的位置定义为平衡位置），车门重力不会使车门产生绕铰链轴线的关门力矩，而车门处于其他位置时车门重力会使车门产生绕铰链轴线的关门力矩，从而使车门具有自动关闭的趋势（当车辆处于下坡时，可能会产生自动开启的趋势），改善关门轻便性。当车辆处于平地时，在车门关闭过程中，车门重力所做的功为：

车门质心位置示意图如图3所示，其中，Hθ、Hθ0分别为车门关闭位置和与平衡位置成θ角位置的车门质心高度；G为车门系统重力；α1为铰链轴线的后倾角；β1为铰链轴线的内倾角；a为车门系统质心到铰链轴线的距离；θ为车门开启位置与平衡位置的夹角。

从式（3）可以看出，在一定开启角度条件下，车门重力所做的功与车门总质量、车门系统质心到铰链轴线距离、车门铰链轴线的内倾角和后倾角成正比。

3 优化措施及验证

由上述分析得出，减小车门开启力的途径有减小门锁解锁力、减小扭簧扭矩、减小门锁作用力臂和增大外把手作用力臂；减小车门开启声音的途径有减小背压力，优化门锁结构；减小车门背压力和最小关门速度的途径有保证关门缓冲块与侧围无干涉，减小密封条压缩量、长度及弹性系数，减小车门迎风面积，增大驾驶室容积空间，增大车门铰链轴线内倾角和后倾角，增大车门质心与铰链的距离。

A车已处于生产调试阶段，车门迎风面积、驾驶室容积空间已不可改变，密封条压缩量、长度、铰链轴线倾角及车门质心位置的变更将需要较大变更费用和较长变更时间，也很难更改。通过分别测量车门安装和不安装缓冲块2种状态，发现前门前者比后者大160N左右，后门前者比后者大100 N左右。经分析，造成两者背压力差距较大的原因主要有两个：一个是缓冲块硬度超标（压缩2mm，实测所需负荷108 N，设计目标值45±13.5 N）；另一个是车门关闭前缓冲块与侧围干涉。对于车门关闭前缓冲块与侧围干涉的原因，分别从制造和设计两方面进行了分析。前、后门缓冲块安装面与侧围间隙的设计公差为±1.2 mm，缓冲块高度设计公差为±0.6mm。通过对之前的评价车辆进行检测发现，虽然缓冲块高度满足公差要求，但发现缓冲块安装面与侧围间隙均有不同程度的超差。若制造精度满足设计要求，缓冲块与侧围的间隙设计值为1mm，通过公差叠加，可得出缓冲块与侧围间隙在-0.8～2.8mm范围内波动，在车门关闭时缓冲块可能与侧围干涉；而前、后车门所用门锁的过关行程为7.4mm，则可将缓冲块与侧围的设计间隙增大到2mm，既能保证车门正常关闭前缓冲块与侧围无干涉，又能在车门过关时起到缓冲和保护门锁的作用。另外，通过与供应商的交流与沟通，发现外把手扭簧的扭力矩和门锁的内部结构有优化空间。

由此，除了调整缓冲块的材料硬度使其达到设计要求，并提高车门和侧围的制造精度外，对A车采取了以下优化措施：将缓冲块与侧围的间隙设计值由1 mm增大到2 mm以保证车门正常关闭前缓冲块与侧围无干涉，减小外把手扭簧扭矩，优化门锁内部结构，减小密封条弹性系数。

优化后，A车的开闭感评价参数测量结果见表3。

表3 优化后A车车门开闭感客观评价结果

对比A车优化前、后的车门开闭感评价参数测量结果可知，各参数均有不同程度的减小，A车已与B车车门开闭感水平相当，优化措施有效。

1 Raviray Nayak and Kee Im.Optimization of the Side Swing Door Closing Effort.The Society of Automotive Engineers International，2003（1）:871.

2孙义勇，张军，勾中彪，等.汽车关门声品质评价与优化.中国汽车工程学会年会论文集.SAE-C2009C154:1495—1499.

3严忠，唐荣平，裘芝敏，等.汽车车门关闭力的计算.公路与汽运，2007（3）:5～7.

4杨蕾，张淑敏，李应军.面向最优关门能量的轿车车门设计.机械制造，2006（3）:40～42.

（责任编辑帘青）

修改稿收到日期为2014年7月1日。

Evaluation and Optim ization of Vehicle Door Opening and Closing Feel

Chen Huan，Deng Zhiwei，Liu Liquan，Zhang Zonghua，Deng Weidong
（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd Automotive Engineering Institute）

The main factors affecting door opening-closing feel are analyzed in the paper，door opening force，door opening sound，door closing sound，minimum closing speed and back pressure are used as parameters to evaluate vehicle door opening-closing feel，on this basis，optimization is proposed for a SUV.It is known by comparing door openingclosing evaluation parameters measurement of the SUV before and after optimization that，after optimization，the parameters diminish at varying degrees，proving that the optimization is effective，thus improving door opening-closing feel.

Door,Door opening force,Door closing force,M inimum door closing velocity, Evaluation

车门开启力关门力最小关门速度评价

U463.83+4

A

1000-3703（2014）08-0013-03