车门概念设计

张凤利

摘要：车门的设计过程是整车开发流程中的一部分，主要分为产品策划、概念设计和工程设计三大主要阶段。其中，概念设计阶段承上启下，是整个车门设计开发过程中的关键活动，涵盖了主要的工程分析和设计工作，主要工作是确定造型方案和参数，随着造型的确定而完成。

关键词：车门；概念；设计

车门概念设计主要有三项工作内容：初版主断面设计、车门布置、造型可行分析。主断面本质上是一种有效的设计工具，是保证车门布置和造型可行性分析能高效准确开展的设计方法，贯穿于整个概念设计阶段。而造型可行性分析是在车门布置过程中进行的，被包含于车门布置的工作中，比如车门分缝线的确认就是铰链布置的主要内容，所以车门概念设计的核心工作就是车门布置设计。

车门布置设计内容包括：○1外部输入条件确认○2车门铰链布置○3车门内部布置○4与侧围配合设计。这几项工作你中有我，我中有你，设计过程中没有绝对的先后顺序，本文将结合个人的工作经验一一介绍。

1.外部输入条件确认

车门设计前需要初步确定以下的输入条件：车身侧面造型面（包括玻璃面）、门洞止口（B线）、腰线（C线）、窗口（D线）、及门缝线，如图1所示。

其中门洞止口B线关系到很多人机控制尺寸，由总布置提供，是必须遵守的基准，但有可调整的范围；而D线、C线、门缝线是造型初步定义的，是需要车门工程师以B线为基准，通过车门周边的断面设计去校核和确认。

在工程结构允许的条件下，我们应尽量在不动B线的前提下通过调整断面尺寸参数努力去保证造型的工程可行性，当通过调整断面尺寸参数仍然不能保证造型的情况下，可以尝试去协调人机工程师去调整B线，但这个调整是非常有限的。当通过B线调整仍不能使造型满足工程可行性，那么就必须要求造型师对造型进行调整，这时车门工程师应向造型师提供可行的造型方案建议及边界条件，以保证其调整的準确性。

1.1门洞止口的确定

如图2所示，门洞止口线直接影响乘员出入的方便性，受A1、A2、B1、B2、C1、C2、D等人机控制尺寸约束。当H点确定下来以后，人机工程师可根据这些约束初步定义门洞止口的X、Z向位置。

门洞止口Y向的形状和位置在腰线以上窗框部分，与玻璃面相关，一般为玻璃面的偏置面（尤其对于辊压窗框来说），需定义玻璃面后通过窗框周边的断面来定义；在腰线以下的门肚部分，与车门内板相关，而车门内板同时受车门内部布置空间要求和车室内部人机空间要求的约束，需要同车门内部布置工作一同进行，并同时保证肘部空间等人机要求，需通过车门横向主截面来定义，如图5；此外，要保证图3中的K值以保证进出方便性。

1.2门缝的确定

门缝是侧面造型的主要分块线，门缝的大小及位置直接影响车门运动的最小间隙。当门洞止口（比较硬性的要求）初步定义后，我们要尽量通过对铰链轴线的调整来保证造型分缝的可行，但一定要保证铰链安装结构的工艺性、侧围门柱截面尺寸及门框的密封结构。当造型提供的门缝不符合要求时，我们可通过K线法向造型提供一个可行的区域，如图4所示。

前边界保证车门开启最大时与铰链本身及门柱的最小间隙5mm，是铰链座及侧围门柱5mm偏置面绕轴线反向翻转最大角度（考虑过开5°）后与造型面的交线；后边界保证车门与翼子板或后车门的最小运动间隙2.5mm的经验值，是在危险截面处（造型面距轴线最远点处），K线反求到外造型面上的线。

1.3车门玻璃面的确定

一般玻璃面都是双曲率面且具有回转中心，X 向的曲率半径偏差在5mm 以内，即玻璃前边缘曲率半径与后边缘曲率半径之差，纵向曲率半径根据车型的不同、造型风格的不同略有不同，一般在1100-1900mm 之间。在校核之前需先拟合出玻璃大面，一般可拟合成圆环面或腰鼓面，玻璃的运动导线由D线决定，一般可拟合成轴线与C线平行的螺旋线。

车门玻璃面水切以上直接影响乘员的肩部空间，如图7中所示，一般要求玻璃到乘员肩部的最小距离为100mm。

水切以下的玻璃运动轨迹直接影响车门内外板之间的布置，需由车门工程师分析确定，要做出初步的玻璃运动轨迹，与车门横向主截面布置同步进行，要保证与周边零件防撞梁、车门内板之间的空间尺寸是否满足安全间隙要求。

1.4腰线的确定

前车门要求玻璃可以全部降下，如图6所示，为一调整腰线的例子。按图6a的腰线位置，玻璃不能全部降下而高出Y值，则需反馈造型调整腰线位置，将原腰线增高Y/2，同时将玻璃高度减少Y/2，如图6b。

2.车门铰链布置

铰链的布置与门缝、门洞止口、侧围门柱尺寸、限位器及门锁的布置诸多因素相关，同时其布置间距影响车门的下沉刚度，其姿态（倾角）影响车门开闭状态，是概念设计的重中之重，一旦确定下来就不能轻易改动。

2.1车门铰链轴线位置的布置

车门铰链轴线的位置影响了车门的摆动轨迹，直接决定车门运动过程中，车门边缘与周边结构（如翼子板、门柱）或前、后门之间的最小运动间隙，是门缝线设计可行性校核的前提。根据铰链轴线与门缝的位置关系可分为内开式（轴线在门缝之后）、外开式（轴线在门缝之前）。内开比较常见，且开闭过程中容易产生过小的间隙，下面着重介绍内开情况下的铰链轴线的布置方法。

车门铰链轴线的位置与门缝位置、运动间隙之间的关系存在一定的规律。如图7所示，尺寸A越小，越有利于保证运动间隙，一般要求2.5mm以上，即要求铰链轴线尽量向外侧布置；尺寸B越大，越有利于保证运动间隙，即当铰链已调整到最外侧，仍不能满足运动间隙的要求时，可以尝试将铰链向后侧移动，但要同时分析车门开启最大角度时与门柱的安全间隙是否满足要求，一般要求当车门过开5°时，门边沿与门柱或铰链固定部分的最小间隙5mm以上，当间隙不够需调整门柱尺寸时需要侧围工程师确认，建议尽量不要牺牲门柱的尺寸来满足运动间隙，尤其B柱的横向尺寸更不能轻易调整，它直接影响侧碰性能。

3.3车门限位器的布置

限位器多采用拉带式，布置时应考虑以下事项：

3.3.1限位器旋动轴线与铰链轴线应平行。

3.3.2在车门开启限位角（要求60°-70°）与门的宽度有关，门越宽，设计的角度可以越小，主要考虑进入方便性。

3.3.3限位器在Z向上的布置应尽量布置在上、下铰链中间的位置上或向下偏移一段距离，视车门内部附件布置情况调整。

3.3.4限位器臂和铰链轴心线之间的距离一般要大于60mm，以保证限位器的限位转矩。

4.车门与侧围配合设计

当车门分缝线、门洞止口确定下来以后，就可以通过车门周边的断面来确定与侧围的配合结构。车门与侧围的配合结构设计其实就是门框密封结构的设计，但同时要考虑铰链、限位器、锁等连接部件处的安装结构，并处理好这些部位的密封结构和安装结构之间的关系。设计过程一定要慎重调整门柱尺寸，因为门柱不仅支撑着车门，还是整个车身骨架的顶梁柱，直接影响车身的机械性能和碰撞性能。

4.1门框密封结构的设计

由于现在的客户对车身密封性能及NVH性能的认识和要求日益提高，现在的轿车一般采用两道密封形式。最外侧密封定义为主密封，一般密封条安装于车门上，关门时压于侧围上；内侧密封定义为辅助密封，通常安装于门洞止口上，关门时压在车门J面上。

密封结构设计时主要考虑三个方面：压缩量、压缩面积、压缩方向与支撑方向的一致性。压缩量在保证密封性能要求的同时也要考虑对车门的反力，不能太小也不能过大，一般为有效压缩尺寸的1/3～1/2；压缩面积是保证实际产品上密封条的压缩量有效发挥的保证，越大压缩效果越好，同时也起到消化车门与侧围X、Z向的装配误差性的作用；此外，密封条布置时，一定要考虑车门在关闭过程中密封条是如何接触、受力和压缩的，应尽可能使压缩方与密封条支撑方向一致，防止密封条因受力方向变化而扭曲、撕裂。

具体要求如图12所示，对于两道密封结构，主密封的压缩量图中A尺寸一般要求为5～7mm，密封间隙C1一般定义为9～12mm，视密封条口型而定，压缩面积图中尺寸弧长S1一般要求10mm以上，压缩面应与密封条的压入方向尽量垂直，且要求车门内板上应有相应的支持面，尽量与压缩面方向一致；辅助密封的压缩量图中B尺寸一般要求为3～5mm ，密封间隙一般定义为12～16mm，视密封条口型而定，压缩面积图中尺寸弧长S2一般要求5mm以上即可，止口与车门内板J面形成一对有效的压缩和支持面，方向一致。

对于一道密封结构，门洞止口的密封便成了唯一的一道主密封，图中压缩量B一般要为5～7mm，密封间隙一般仍定义为12～16mm，视密封条口型而定，压缩面积图中尺寸弧长S2一般要求10mm以上。

此外在后面的工程细化时，还要注意密封面应平滑光顺，无突然变化，面与面之间用大圆角过渡，圆角半径一般要求大于50mm。

4.2铰链处的配合设计

如图13所示，密封条只能布置铰链的内侧，对于两道密封，车门侧面上一般要做出一个台阶，以便布置第一道密封条。当车门厚度确定后，根据门洞密封结构可以确定尺寸S，则图中门柱厚度尺寸T由铰链轴线Y向位置尺寸A及铰链自身高度尺寸H所决定。而门柱宽度尺寸W由尺寸F、L决定，尺寸F要保证铰链安装，而尺寸L由密封间隙、钣金拔模角及尺寸T决定，车门内板拔模角一般要求4°以上。可見，此处密封结构、铰链布置、铰链自身尺寸、车门厚度都会影响门柱尺寸，因此设计时要与侧围工程师充分讨论，铰链布置及选型时要充分考虑门柱的尺寸要求。

4.3限位器处的配合设计

如图14a所示，出于密封考虑，限位器要布置在两道密封之间。出于对安装强度的考虑，限位器Y向最好布置在门柱截面的中心部位，也便于门柱内限位器加强板及螺母板的布置，但同时要考虑与铰链轴线的距离，如前所述，保证限位器的限位转矩，限位器臂和铰链轴心线之间的距离一般要大于60mm。

门柱Y向尺寸H要保证限位器加强板及螺母板的布置，当此尺寸不足时，门柱需凸兀出一块，保证限位器安装的同时，加强了门柱的刚度。但要考虑与车门开启最大角度时的的安全间隙，要求5mm以上，还要考虑主密封面在此处的平缓过渡，如图14b所示。

4.4门锁处的配合设计

如图15a，出于密封考虑，门锁的鱼嘴一定要布置在两道密封之间，因此要控制图中X向尺寸L，保证门洞密封条压在车门内板上鱼嘴开口的内侧，如图15b。

同时，门柱Y向尺寸H要保证锁闩加强板及螺母板的布置，一般B柱在锁栓安装处要凸兀出一块，保证锁栓安装的同时，加强了门柱的刚度。但同样要考虑与车门开启开闭过程中的安全间隙，要求5mm以上，还要考虑主密封面在此处的平缓过渡，如图15b所示。

概念设计阶段，根据上述车门相关的设计内容、要求及方法初步完成附件的选型及主断面的设计，进而确定造型及总布置参数的工程可行性，支持概念方案的评审，待概念方案通过后，即可开展下一步的工程细化工作。