汽车车门的设计方法探讨

胡真远 潘如顺

摘要：现代汽车产业的迅猛发展对汽车设计也提出了更高要求。即便是车门设计也要追求性能的综合与完善，涉及多个方面的内容。车门结构设计与优化关系到汽车的使用体验，也影响汽车的安全与视野性，更牵涉到噪声与密封性问题。汽车车门设计方法也遵循既定的流程。其本身较为独立但内部结构复杂，多附件使得其设计必须追求精益求精。本文主要就汽车车车门设计进行探讨，以期带来汽车车门设计的整体优化，优化汽车使用体验。

关键词：汽车车门;设计思路;设计流程 密封

引言：车门的结构型式很多，主要旋转门、拉门、折叠门和外摆车门，本文主要介绍旋转车门。车门的作用是，乘员上下车时打开和关上，行驶时防止乘员掉出来，并防止乘员和车室内被风吹雨淋。车门是一个相对独立的总成，它的设计将直接影响到安全性、视野性、方便性、密封性及噪音等方面的性能。车门的设计过程是整车开发流程中的一部分，主要分为概念设计和工程设计两大主要阶段。概念设计阶段主要是根据竞争车型或经验值制定车门的主要性能指标，再根据造型曲面的输出、结构配置等输入条件布置车门、绘制主要断面;工程设计阶段主要是实现概念阶段所提出的要求，同时完成三维数据等细节的工作。下面讨论的是车门概念设计阶段的主要工作。

一、汽车车门的设计要求和结构

明确设计要求才能最确保设计方向的准确。车门设计要求体现在开度上，确保上下车的便利。体现在安全性上，行车过程中车门不会自动打开，确保人身安全。体现在开关方便上，重点是玻璃自由升降且操作简单。体现在密封性上，车门必须足够刚，不容易变形，行车过程中不会有过多的噪音。体现在设计工艺上。冲压方便，附件安装方便，外形与车身协调。

车门结构主要是车门的构成，分壳体、附件和内饰盖板几大部分。壳体有整体式和框架式之分，整体式车门的玻璃窗框与外板一体冲压完成，而框架式对应的是玻璃窗框需要螺丝固定或焊接，车门壳体一般由厚度在一毫米左右的钢板冲压外板和内板焊接完成。外板包住内板。主要部件是内板，内板上有不同形状的加强筋和孔洞，方便附件安装，内饰盖板主要是起遮盖作用，让车门更美化。

二、汽车车门设计的基本流程

居于核心的是车门结构设计。车门结构设计要遵循两大原则，其一是设计硬点的确定，其二是结构主断面的确定。车门结构设计又对应三个具体的设计模块，其一是车门运动学的分析，其二是车门结构CAE的分析。其三是汽车车门设计四大工艺的可行性分析，三大模块相辅相成，共同构成优化的车门设计，这是车门设计的完整流程。其中设计硬件方面。主要是对设计过程中所定义的零部件相互关系的点、线、面及结构的统称，对应安装硬点、运动硬点、轮廓硬点和性能硬点四类设计，硬点确定，本质上是设置调整优化的过程。设计方案的调整对应的就是部分设计硬点的调整。设计硬点的调整应避免盲目性和随意性，需要与相关部门协商。在其他部门认可允许的情况下，进行细微的调整，主要集中于分缝线的调整、门锁结构的调整、密封间隙的调整、玻璃升降器位置的调整等等。而主断面是汽车某一局部典型结构的关键断面，对应的是零件主要特征和相互关系，涉及到零件的尺寸、配合关系、参考标准等等。在具体的设计中，基于成熟车型的主断面进行调整，以成熟车型主断面设计为参考，获得新的设计主断面。

三、汽车车门的设计方法

（一）车门开度的设计

车门设计当中要考虑到上下车的便利性，车门的开度要根据实际的需求来设置，最核心的就是车门开启后确保停止在最大开度上。主要通过开展上下车的便捷性测试，达到初期设计优化的目的。

（二）车门铰链的设计

车体设计当中较为重要的一部分是车门铰链设计，对细节设计要求较高。当车辆停止运行打开车门的时候，确保车门下边缘处有效的规避与地面的刮擦。如果铰链设计当中出现轴线外倾或前倾，会导致车门开启过程中下沉。车门铰链的轴线设计，遵循优选内斜的原则。

（三）汽车车门锁的设计

车门锁设计与布置中基于三角形结构稳定的原理，门锁的位置与上下铰链的位置构成稳定的三角形状，达到车门锁优化布置的目的。车门锁的优化布置需要考虑到高度问题。布置在车门质心或略高于车门质心的位置上。通俗的理解就是上下两种铰链的中间地方，可以适当地向上偏移距离，进行车门锁的优化调整。具体来说，车门锁的布置优化需要考虑三点，为最大限度满足所的工作要求，兼顾车内板的冲压特性，锁的安装面应与Y轴方向呈四度左右的倾斜角度。其二，为延长锁使用寿命角度切入角度设置要求锁在关闭的瞬间，锁钩进入锁扣的切入角度控制在90度左右，尽量是在90度以内。第三，考虑到玻璃的升降空间是否充分。除了玻璃，还有运动拉杆机构，锁体上的其他配件也要合理规避玻璃运动轨迹，确保其具备合理的升降空间。

（四）限位器的布设

限位器的主要作用是对车门的开启角度进行合理性的限制，以此提供开关门的助力，起到车门开启及关闭速度减缓的作用，也优化了开关门的手感体验。限位器的轴线必须与铰链的轴线保持平衡，在布置上尽量选择在上下铰链中间的位置，或者是适当的向下偏移一定的距离，限位器设计主要是限位臂轨迹设计，最常用的设计方法是作图法。

（五）汽车车门密封设计

车门作为独立的系统，在设计当中也要考虑到汽车的整体密封性。当汽车密封性良好，乘车人员与外界会有一定程度的隔离，会减少车内的噪音，也防止门腔出现积水或渗水的情况，因此在车门密封设计师常常增设几道密封条，加强气密性优化，达到优化设计的目的。

四、四大工艺的具体分析

（一）冲压可行性分析啦。

冲压可行性分析，前提是设计完成前后对完成的钣金件进行多次有限元分析，最大限度确保钣金件的稳定，防止撕裂及滑移。基于具体的有限元分析结果进行改进。在确保可冲压质量的情况下，简化工序，控制成本。

（二）焊接的可行性分析

焊接可行性分析主要围绕检查相关焊接区域的面积开展，重点是查看面积是否满足焊接基础需求。当基础需求无法满足时，进行焊接工艺的改良。比如说点焊改为塞焊。

（三）涂装的可行性分析

涂装可行性分析，重点检查涂装过程中是否存在漏液及排气孔损坏等情况，检查排气孔是否存在封堵的情况。漏雨和噪音的产生也是涂装可行性分析的一大方面。做好各方面因素的综合分析，才能创建安全的涂装操作空间。

（四）总装的可行性分析

配件分析到位，需要进行总装的可行性分析，重点是安装空间的优化，在明确具体整改方案的基础上，不断优化数据，进行完整细致的分析，直到生产要求最优化。

五、车门密封条压缩变形特性设计

车门在关闭过程中，密封条受到压缩产生变形时对挤压面的反力作用等于其压缩负荷。车门密封条变形量与压缩负荷的关系称之为压缩变形特性，它与密封结构的可靠性和车门关闭力关系密切，是車门密封条最基本特性，是密封系统设计的重点研究内容。车门关闭时，气流所引起的气压阻力和密封条的反力是影响轿车关闭力的主要因素，两者消耗的能量基本是车门的关闭能量，其中密封条的作用比重可达30%～50%;而车门的重力、限位器、铰链、门锁的作用可以相互抵消。

结束语：汽车车门设计遵循既定的设计流程，基于具体的设计方法，本文立足于汽车车门设计，从多个维度和方向，对车门设计做了具体的阐述，无论是硬点的设计还是断面的设计都做了具体说明。车门设计是独立系统而综合的工程，在具体的设计过程中，必须根据实际情况和实际的设计经验进行调整优化，才能确保设计效果的最佳化。

参考文献：

[1]尹忠.汽车车门关闭力的计算[J]公路与汽运2007（3）.

[2]杨琳.汽车车门系统相关的研究.车辆工程2008.

[3]蒋明明.乘用车车门密封条结构的优化研究.安徽理工大学.2017.