拉带式车门限位器的布置与设计方法研究

孙龙飞　刘洋　葛坤　吴维

摘 要：本文阐述了拉带式汽车车门限位器的布置与设计方法，介绍了限位器功能原理、结构形式，提出了限位器的布置要点，详细说明了限位器主臂轨迹的设计，对多种工况进行分析，介绍了限位主臂的形状设计的方法，对车门限位器零件的开发设计具有一定意义。

关键词：车门；限位器；布置与设计；限位器主臂

中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2016）06-0049-05

Abstract： In this paper， The method of layout and design of automobile door check was described， and introduced the function and structure of door check. Detailed on the check arm trajectory design and analyzed the various of working conditions. Introduced the limiting shape design method.

Key Words： Vehicle door； Door check； Layout and design； The check arm

1 前言

车门限位器是汽车车门系统的一个重要部件，对车门开闭舒适性与安全性有重要作用，限位器设计的好坏直接影响了整车的品质。本文阐述了一种限位器的布置与设计方法，主要包括限位器布置原则、限位臂轨迹设计、限位器力臂计算与验证、机构运动校核、限位器形状设计，对一般车门限位器的布置与设计有一定的指导作用。

2 车门限位器的功能与工作原理

2.1 车门限位器的功能

车门限位器布置在车门上下铰链之间，主要起到三部分功能：

1）在车门开闭过程中为车门提供2～3个限位档位；

2）保证汽车停泊在坡道（上坡/下坡）时，限位器能够保证车门至少停在某一档位，车门不自动开闭；

3）在操作车门开闭的过程中给予一定的阻尼，保证开关车门时具有良好的手感。

2.2 车门限位器的工作原理

车门限位器的工作原理是通过车门的开闭，带动安装在车门上的限位器盒，使限位器盒里的弹性元件与限位器主臂产生相对运动，靠主臂的形状使弹性元件产生或大或小的弹性力，挤压主臂产生摩擦限位力，最终达到开关门的手感要求和车门限位的目的。

2.3 车门限位器的结构形式

车门限位器的结构形式有很多种，使用最广泛的是拉带式限位器，除此之外还有铰链一体式限位器和限位钩+限位杆式限位器，本文仅对拉带式限位器的布置与设计方法进行讨论。

拉带式车门限位器结构如图1所示，一般包括限位盒、限位主臂、限位器安装支架和末端缓冲块四部分，其中限位主臂与限位盒是关键部件，设计难度较高。限位器安装支架和末端缓冲块一般可参考已有结构，设计难度较低。

限位主臂一般分为包塑和冲压件两种，包塑主臂具有美观、精度高、噪音小、成本较高的特点，主要用于乘用车；冲压件主臂成本较低，但精度低、噪音大且不美观，主要用于低成本的商用车。

限位盒根据限位元件的不同可分为橡胶块和金属弹簧两种，结构如图2所示，其中橡胶块式具有重量小、成本低、受温度影响大、性能不稳定的特点；金属弹簧式具有重量大、成本高、受温度影响小、性能稳定的特点。

3 车门限位器的布置

车门限位器的布置相对比较独立，在设计中需要保证限位器与其它部件的安全间隙，所以限位器的布置一般在其它部件布置完毕之后。限位器布置的输入条件包括所用限位器的结构类型、车门旋转中心线、玻璃导轨位置、车门玻璃运动包络、车门数据、侧围数据、密封条数据、车门护板数据。

3.1 车门限位器布置空间要求

为了减小车门限位器工作时的摩擦阻力，提高限位器的使用寿命，降低开发难度，一般要求限位器的布置位置远离车门铰链旋转中心，即铰链中心线的最小力臂尽量大。在总布置阶段，应保证车门的厚度能够满足限位器布置的空间要求。

3.2 与周边零件的安全间隙要求

为了保证车门限位器的运行可靠性，需要保证限位器与周边零件的安全间隙。

通常限位器的最大开启角度应比车门铰链的开启角度小大约5°；

限位器的旋转轴与铰链旋转轴线应平行；

限位器在Z方向上的布置应尽量布置在上下铰链的中间或靠下的位置，尽量在玻璃导轨最弯处；

限位器盒周边要留有足够的工具安装空间；

限位器主臂在运动过程中与玻璃运动包络面的安全间隙应保证在10mm以上；

限位器主臂在运动过程中与车门内板的安全间隙应保证在8mm以上；

限位器主臂在运动过程中与车门密封条以及车门内护板之间要有足够的安全间隙；

限位器主臂运动过程中与限位盒的夹角应尽量小，一般不大于8°；

车门内板需预留合适的开孔尺寸，以便于工人装配。

4 车门限位器主臂轨迹设计

车门运动时，车门限位器的限位盒绕着铰链轴线运动，限位器主臂绕着自身旋转中心运动，而运动过程中限位主臂与限位盒需保持稳定的相对运动，因此车门限位器的主臂轨迹是一条复杂的复合曲线，限位器主臂轨迹一般采用单元逼近法。

4.1 限位主臂轨迹设计方法

限位主臂轨迹设计一般采用单元逼近法，单元逼近法是将车门最大开启角度分为等角度的若干段，通过分段拟合的方法得到完整的限位主臂轨迹，其中分段数越多，所得到的主臂轨迹越精确，一般为了保证设计效率，分段数定义为10段即能满足轨迹精度要求。具体绘制步骤如图3所示：

1）将限位器盒简化为一条直线，直线中心点作为与限位器主臂曲线的交点；

2）将车门最大开启角度平均分为10段，将限位器盒绕铰链轴心旋转，分别和每段端点相交（如（a）所示）；

3）过限位器盒中心点作垂直于限位器盒的直线，直线长度为两圆之间的长度（如（b）所示）；

4）将步骤3）中所作直线，从最外侧一根直线开始，以限位器轴心为旋转中心，旋转至下一直线处，使其与之相接（如（c）所示）；

5）以此类推，最终得到限位器主臂曲线。

4.2 限位主臂轨迹验证

限位主臂轨迹验证主要包括限位主臂力臂验证和主臂运动空间验证，首先根据边界条件建立限位器主臂相对于铰链中心线的力臂模型，如图4所示：

一般要求限位器相对于铰链中心线的最小力臂X应大于60mm，而a一般应大于20mm，以方便限位器的安装。

对于具体车型可利用EXCEL软件根据公式（1）计算出车门不同开度对应的限位主臂力臂值，最终可作出如图5所示的力臂曲线，检查力臂曲曲线的最小力臂X是否满足设计要求。

完成限位力臂验证后，可利用CATIA中的DMU模块对限位主臂进行运动仿真，检查限位主臂运动过程中与周边零件的安全间隙是否满足3.2的要求。

5 限位器主臂形状设计

5.1 主臂限位档位分配

设计得到限位主臂轨迹后可进行限位角度的分配，分别将限位器盒中心点由车门各个开度位置，以限位器轴为旋转中心旋转，所得圆弧与限位主臂曲线的交点即为主臂限位档位的位置，如图6所示：

5.2 限位器力学计算

根据车辆实际使用环境，限位器力学模型需要考虑平路与坡路两种工况，平路工况用于确定限位器非档位角度的限位力，坡路工况用于确定限位器档位角度的限位力。

5.2.1 限位器受力分析

在平路工况下开闭车门过程中，限位器会给车门一定阻力，以保证操作舒适性，力学模型如图7所示：

5.2.3 限位器有效限位力的计算

根据公式（2）和公式（3）可分别算出平路工况下非档位角度下的限位力矩和坡路工况下档位角度的限位力矩，根据公式（1）可算出对应开度下的限位器主臂限位力臂，从而可得到限位器在各开门角度（包括档位和非档位）对应的限位力F2。

对限位器进行受力分析，如图11所示，限位力F2可分解为分别与限位器盒中心线垂直和平行的分力F2x和F2y，其中F2x即为限位器的有效限位力。

5.3 限位器主臂形状设计

车门运动过程中限位盒内的弹性元件与限位器主臂发生弹性变形，对限位器主臂产生或大或小的弹性力挤压主臂产生摩擦力，即为限位器的有效限位力F2x，可用公式（5）表示。

6 结论

本文阐述了拉带式汽车车门限位器的布置要点，采用单元逼近法设计限位器主臂轨迹，分析车辆处于不同路况条件下的限位器的受力特点，建立了对应的力学模型，通过计算可得到限位器的有效限位力，根据限位器主臂与限位器盒的受力关系做出了限位主臂的形状。本文为拉带式车门限位器的开发提供了思路，具有一定参考意义。

参考文献：

[1]雷学明， 班正逸， 周利民， 车门限位器布置与设计， 汽车使用技术， 2014.

[2]刘遗勋， 浅谈车门限位器的设计， 第九届河南省汽车工程技术研讨会， 2012.

[3]付凯， 班正逸， 丁学光， 朱伟， 刘少峰， 基于CATIA的宏程序自动生成车门限位器臂杆轨迹的设计， 汽车使用技术， 2015.

[4]吴亚良， 现代轿车车身设计， 上海科学技术出版社， 2007.