汽车滑动门闭合力的分析与改进

芮虎军 张朝林

（凯翼汽车工程研究院，芜湖 241000）

汽车滑动门闭合力的分析与改进

芮虎军 张朝林

（凯翼汽车工程研究院，芜湖 241000）

本文从实车案例入手，通过一种对中滑门闭合力的简单测量方法，找出影响中滑门闭合力的主次因素，从而提出一套中滑门闭合力的技术方案，并得出一些中滑门的设计和控制要素。

中滑门 闭合力 密封间隙 压缩量 限位器

引言

由于滑动门具有开度大、开启后占用外部空间小、乘载方便等优点，所以在汽车上的应用越来越广泛，其关闭的轻便性也就成了评价车门设计能力和制造水平的重要指标，滑门关闭过程是否卡滞、关闭力的大小是否感觉舒适、滑门开关过程中是否存在异响、密封性能是否良好等都是用户感受频次和关注程度较高的项目。因此，在车身设计、零部件质量控制、制造过程控制等三方面，要同时兼顾花门的开关顺畅性、花门的密封性等多方面的性能，避免出现滑门开关困难、漏雨、异常发响等质量问题。

本文从实际案例入手，理论结合实际，并在实践中建立一种对滑门关闭力大小进行量化评价的简单方法，找出影响滑门关闭力的主要因素，从而提出一套改善滑门关闭力的改进方案，并得出滑门设计和质量控制的要点。

1 滑门关闭力的测量方法

一般情况下，在车外关闭滑门的过程为：用户站在车体的侧面，往车前方拉滑门外开手柄，使滑门有一个向前的惯性冲量，利用该惯性量关闭滑门。在车内关闭滑门的过程为：用户用力推滑门的内开手柄过门框，使滑门有一个向前的惯性冲量，利用该惯性量使滑门关闭。

如何准确模拟用户关闭滑门的过程，如何对滑门关闭力进行量化？由于存在作用力、作用时间、所在位置、个体差异和使用习惯等不确定因素，所以无法准确量化滑门的关闭力。如果无法量化滑门的关闭力，就很难找到它的主次因素，也很难对改进方案进行验证和评价。因此对滑门关闭过程进行模拟简化就显得比较重要。

通过实践和试验，提出滑门关闭力的测量方法：将被测车放置在水平的地面上，将门窗全部关闭（或者全部打开，两种状态测量），在滑门的外开手柄上固定一橡皮胶管，将滑门开启到车门限位器的前端（限位器不需要锁止，放置限位器对测量效果的影响），在橡皮胶管的另一端挂上拉力弹簧秤。测试员甲用手固定住滑门，测试员乙在汽车的侧前方用力拉弹簧秤（橡皮胶管在拉直状态下尽可能与ZX面和XY面平行）。当测试员乙将弹簧秤拉到设定的测量值时，测试员甲瞬间放开滑门，利用橡皮胶管的的拉力使滑门关闭，如此反复多次，直至找出最小临界拉力，这个最小临界拉力就是该车的滑门最小闭合力，如图1所示。

图1 中滑门关闭力测量图示

测量时注意事项：

（1）每次测量时，滑门必须开启到统一位置；

（2）橡胶管的长度和弹性也非常重要，图1所示，橡胶管拉长到L1时，须在弹性范围内；当滑门关闭后，橡胶管长度为L2时，须为松弛状态；

（3）测试员乙拉橡胶管的方向须与车体长度方向一致，并每次测试时测试员乙所站的位置基本相同；

（4）滑门闭合力需要多次测量，减少人为因素影响；

（5）若考虑空气阻力的影响，测量滑门闭合力时，关闭所有车窗；若不考虑空气阻力的影响，测量滑门闭合力时，车窗可以打开；

（6）被测车辆应放在水平地面上。

采用该测量方法，可以直观地测量出滑门闭合力，得到量化数据。虽然与实际用户关闭滑门的过程有一点差异，但不影响对滑门闭合力的影响因素的分析和改进方案的验证。

根据对某一微车滑门闭合力的测量（在车窗开启状态下测量），结合“AUDIT”主观评价，列出滑门开关的主观评价标准力，见表1。

表1 滑门开关的主观评价

通过对比分析，在车窗开启状态下，用户可接受的滑门闭合力的范围在38N以下。

2 滑门关闭力的影响因素分析

对某一微车，利用滑门闭合力测量方法，在水平且开启车窗的状态下，测出同批次10量车的滑门闭合力，见表2。通过测量数据，该车型的滑门闭合力范围为46～60N，左右滑门的平均闭合力分别为51N、53.2N，该滑门关闭十分困难，用户抱怨，需要立即改进。下面以该车型为例，对滑门闭合力的影响因素进行分析，并提出相应的改进方案，同时对方案进行验证和相关的试验。

表2 某车型滑门闭合力测量值

2.1 空气阻力

利用上述滑门闭合力的测量方法，对同一辆车，在开启车窗的状态下，左右滑门闭合力为52N、54N；在闭合车窗状态下，左右滑门闭合力为60N、62N；空气阻力对滑门闭合力的影响在8N～10N左右。根据多辆车的测量结果对比分析，空气阻力不是造成该车型滑门闭合力大的主要原因。

空气阻力与车内空间、车体的排气性能等因素有关；车内空间越大、车体的排气性能越好，空气形成的阻力就越小；由于车内空间有限，一般可采用增加通气孔的方式来优化；考虑到密封性能，通气孔多采用膜片式单向阀结构。

2.2 密封胶条弹力

拆去该车的滑门密封胶条，再次测量左、右滑门的闭合力分别为30N和30N，因此可以得出：

左密封胶条所产生的弹力：52N-30N=22N；

右密封胶条所产生的弹力：54N-30N=24N。

根据对比同类车型的密封胶条的弹力，该车型密封胶条的弹力过大，需要优化。下面对密封胶条弹力的影响因素进行分析。

2.2.1 密封间隙

分析该车型的中门与车身的断面1-1，中滑门与车身的密封间隙理论值为13.8mm，如图2所示。

拆去该车中滑门密封胶条，关闭车门利用间隙尺测量出该车的实际中滑门密封间隙，具体测量值如图3所示。

从实际测量情况看，中滑门与车身的密封间隙一致性较差，密封间隙的公差允许范围一般为±1.5mm，而实际的误差范围为：-4.8～+5.2mm，中门框的上部密封间隙平均偏大约2.5mm，窗台线以下的密封间隙平均偏小约3mm，故需要分析导致中门框的密封间隙下部偏小、上部偏大的原因。

图2 中滑门断面1-1

图3 中滑门密封间隙实际测量值

中门框密封间隙的影响因素有：①车身的焊接质量；②车门总成的零部件质量；③车门总成与车身的装配质量。

对车身和车门的质量状态可以进行三坐标检测，测量方法：在车身密封条卡接边中间位置上每间隔100mm选点进行三坐标检测；在车门的密封面中间位置上没间隔100mm选点进行三坐标检测。检测结果为：车门密封面误差均在±0.7mm内，质量合格。图4所示为车体密封条卡接边的三坐标检测结果，其中圈出的部位为不合格区域，其偏差数据具体如图4所示。

图4 左、右中门框的焊接精度检测结果

从左、右中门框的焊接精度检测结果来看，车身的焊接质量不合格是影响中滑门与车身的密封间隙不均匀的原因之一，故需对其整改。分析发现：其主要原因是侧围总成与下车体总成进行焊接组拼时定位不足，局部干涉等。

综合三坐标检测结果，发现车身的焊接精度不合格部位与密封间隙的实际检测不合格部位不完全吻合，例如在右侧上部密封间隙偏大，但车身状态为向外偏，这说明车门总成与车身的装配质量也是影响密封间隙不均匀的原因之一，因此需要控制上、中、下铰链的安装位置及上、中、下导轨的位置，保证中滑门的装配位置精度。

2.2.2 密封胶条

（1）压缩量。对密封条断面进行分析，从断面1-1中可以得出，密封条的压缩量为8.9mm，密封间隙为13.8mm。一般情况下，密封条的压缩量设计为密封间隙的1/3～1/2，故压缩量在4.6mm～6.9mm范围内较好。可见，该断面的压缩量偏大，需要减小压缩量，建议压缩量更改为5.7mm，具体可根据实际情况进行调整。

（2）断面形状。图5为中门框密封条断面形状，图中Ⅰ处密封条为一凸点，与中滑门密封面接触为线接触，从密封性来看，线接触的密封效果不如面接触，故该密封条的断面形状需要优化。

2.3 关门限位器摩擦力

拆卸中门密封条和关门限位器，再次测试中滑门关闭力：关闭力由30N减少到20N，即中滑门上、下关门限位器产生的摩擦阻力约有10N，这也是关闭阻力过大的重要原因。

关门限位器由车门限位器和车体限位器配合组成（见图7），利用两者的凹凸形状配合限位。分析两者的材料，车门限位器的材料为塑料（尼龙+10%玻纤），车体限位器为金属片件硫化粘接橡胶而成。塑料和橡胶在配合时其摩擦阻力较大，故产生的摩擦阻力较大；另外配合间隙、配合形状是否合理也应进行运动校核分析。

图7 关门限位器

图5 密封条断面形状

图6 密封条压缩负荷曲线图

（3）排气孔。该车型的中滑门密封条排气孔设计距离值为（300±10）mm，排气孔直径φ3 mm。从断面面积来看，密封条本身存在排气不畅的问题，故需对排气孔的距离进行调整。

（4）压缩负荷。压缩负荷是影响密封性能和反弹力的重要因素，是密封条的重要性能。压缩负荷与密封条的材料选择、断面形状都有密切关系，该密封条的压缩负荷设计为（6±1.5）N/100 mm；图5所示Ⅱ处材料为EPDM发泡胶，密度为0.45～0.65g/cm3；Ⅲ处为EPDM密实胶，硬度为HA80±5。

对密封条进行压缩试验，压缩速度为20mm/min，测试结果见图6。从图中可知，该密封条的压缩量为6mm，产生的负荷为5.1N；压缩量为8mm，产生的负荷为6.1N，密封条的压缩负荷满足设计要求，故密封条在材料选择和断面壁厚方面无需改进。

2.4 铰链产生的阻力

测量中滑门从最大开度滑行到中滑门关闭位置，但滑门恰未锁止时的滑行阻力，该阻力可以理解为铰链在滑行中产生的阻力。经测量，该滑行阻力约为14N。通过主管评价，直线滑行不太顺畅，铰链导轮与导轨的摩擦阻力较大，需对铰链结构进行优化，较少该摩擦阻力。

2.5 门锁产生的阻力

根据以上的测量结果，门锁产生的阻力可以由以下计算得出：

门锁产生的阻力=20N（无密封条、无关门限位器时的阻力）-14N（直线滑行阻力）=6N

该阻力较小，不是关闭力过大的主要原因，对门锁无需更改。

2.6 车门重力

车门的重力也是影响关闭力的因素之一。将样车放在水平路面并开启车窗，将中滑门的重量增加5kg，例如在中门外板上贴磁性垫（图1），测出左、右中滑门关闭力分别为51N、52N。车门重量增加5kg后关闭力减小了1-2N，可以看出车门重量不是关闭力过大的主要原因。通过AUDIT主观评价，中滑门重量增加后开启手感明显变重，滑行更加不顺畅，故为改善闭合力而增加车门重量的方案不太可取。

将中滑门闭合力的影响因素分析汇总，发现密封胶条的弹力、关门限位器摩擦力、铰链产生的阻力是该车关闭力过大的主要因素，空气阻力、门锁产生的阻力、车门重力是该车闭合力的次要因素，具体见表3。

3 中滑门改进方案及验证

从以上分析来看，需要对密封胶条的弹力、关门限位器摩擦力、铰链产生的阻力进行改进，其中密封条弹力过大的主要原因是中门框下部的密封间隙过小造成的，而密封间隙过小的主要原因是车体的焊接质量和装配质量偏差过大；关门限位器摩擦力过大是由车门、车门限位器两者的摩擦系数过大引起的；铰链产生的阻力过大是上、下中铰链的导向轮在运动中产生摩擦阻力过大，该摩擦阻力主要是滑动摩擦力，与摩擦系数和正向压力有关。

通过分析讨论，针对需要改进的三个主要因素提出了八项改进措施，具体见表4。

表3 中滑门闭合力的影响因素分析汇总表

表4

对以上方案进行中滑门关闭力的检测、主观评价、强化淋雨试验、中门台架开关耐久性试验、实车耐久性验证等一系列的验证试验。具体验证结果如下：

（1）第一步：更换新的限位器，关闭力下降了4N；第二步：更换新的密封胶条，关闭力下降了8N；第三步：更换新的铰链，关闭力下降了8N。通过以上方案的实施，中滑门关闭力由52N下降为32N，共减少了20N，具体检测结果见表5。

表5

（2）强化淋雨试验：经过批量强化淋雨试验，中门五漏雨现象。

（3）中门台架开关耐久性试验：进行50000次（中滑门一开一关计为1次）的连续开关耐久性试验，中滑门铰链、上下导轨、关门限位器均无异常磨损、破裂等失效现象。

（4）实车道路试验：经过2.5万km道路试验，中门开关正常。

（5）AUDIT主观评价：中滑门关闭比较顺畅。

通过以上改进验证，可以看出，改进方案效果明显，可以达到用户满意的目标值。

4 中滑门设计及质量控制要点

通过对该车型的中滑门关闭力检测、数据分析、改进方案的验证与实施，得出一些中滑门设计及质量控制要点如下：

（1）在本文实例中，空气阻力不是造成关闭力过大的主要原因，但是在车身设计时，还是应该重点考虑车内空气能够有效排气以及通气孔的位置及大小，既要考虑整车的NVH性能，又要考虑中滑门的关闭力是否满足用户要求，设计中可以通过密闭试验及车内空气动力学进行相关分析。

（2）在制造过程中，对密封间隙尺寸一定要重点关注。其中重点包括车身的焊接质量和车门的装配质量。如果密封间隙过大，会出现漏雨、进灰、整车NVH性能严重下降等现象；如果密封间隙过小，会出现关门困难、关门反弹等现象。另外密封间隙的公差带如何确定，需要根据实际情况和具体制造水平综合考虑。

（3）在密封条的设计中，对压缩量的设计一定要慎重。在保证车身精度的前提下，可适量减小密封条的压缩量。同时，对于密封条的断面形状、材料选择、排气孔的距离、表面质量都需要关注。

（4）对于关门限位器，要注意关门限位器的配合间隙、材料选择、配合形状等。如配合间隙过大，车辆在行驶过程中中滑门会出现异响；如配合间隙过小，容易使中滑门关闭困难。车体限位器和车门限位器的材料可以选用相同的材料，尽量减少两者的摩擦系数。

（5）对于铰链的导轮可以采用轴承代替钢滚轮或塑料滚轮，但需要考虑车辆行驶过程中中滑门的异响问题，一般可以考虑采用轴承外包塑料以降低异响。

5 总结

理论上，影响中滑门关闭力的主要因素有六个，但是在实际情况中，到底哪些才是造成中滑门关闭力过大的主要原因？需要利用中滑门关闭力的测试方法，找出影响的主要因素，通过改进验证并进行数据量化对比，找出解决问题的方向并进行充分的验证，最终得到使用户满意的最有方案。Wuhu 241000）

图5 自动进刀结构简图

4 结语

该磨床经改造后运行平稳，加工精度满足用户要求，加工效率提高显著，大大降低人工成本，用户满意。此种改造方案在手动磨床自动进刀改造中可作为一种参考方案，比较简单易行。

[1]现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册：上册[M].北京：机械工业出版社，2006.

Abstract:This paper introduces the use of hydraulic drive ratchet mechanism as an automatic tool feed unit and application in the reconstruction of Manual surface grinder.

Key words:manual surface grinding machine,hydraulic feed mechanism,ratchet mechanism,hydraulic drive

Analysis and Improvement for Closing Force of the Automotive Sliding Door

RUI Hujun,ZHANG Chaolin
（Automotive Engineering Institute of Cowin Automobile Co,Ltd.,

Starting from the practical vehicle case,this paper points out the important elements of closing force of sliding door,based on a simple method of measuring the sliding door closing force, recommends a technical program about adjusting the sliding doorclosing force, and obtains some main points of design and qualitycontrol of sliding door .

sliding door,closing force,sealing gap,compression, limiter

Transformation of Tool Feed Unit of Manual Surface Grinder

GAO Honghao
（Technical Center,Weihai Huadong Heavy Industries Co.,Ltd. Weihai,264200）