基于Excel平台的旋转式车门关门能量∕力分析工具的研制.pdf

摘要摘要轿车车门是车身侧围的重要组成部分，多数采用旋转式车门。车门关闭轻 便性，即车门关门能量/力，是评价汽车车身设计和汽车使用性能的重要指标之 一，汽车车门关闭过程是否轻便、灵活是用户感受频次和关注程度较高的项目。因此，在车身设计中倍受关注，也是车门设计人员必须面对的问题。根据JD POWER的新车质量调研,开/关门能量/力的超重始终是顾客抱怨最 多的质量问题之一。这样，车门关门能量/力就成为各大汽车制造厂商亟待解决 的问题。本文分析了影响旋转式轿车车门关门能量/力的六个子系统：密封系统、车 门重量、较链、限位器、门锁和气压阻效应。研究了各系统产生关门阻力的根 本原因，明确了影响各子系统关门能量/力的因素，建立了关门过程中车门受力、消耗能量与设计参数、试验数据之间的数学函数模型，并推导出车门受力、消 耗能量与车门开度之间关系的理论公式。根据所推导出的理论公式，在常用的办公软件Microsoft Excel平台的基础 上，利用VBA语言，开发出定量分析旋转式车门关门能量/力的工具。该分析工 具采用了模块化的程序设计方法，各子模块可独立完成相应子系统对关门能量/力影响的分析。该分析工具提供友好的界面，只要输入相应的参数，计算机就可以迅速准 确的进行分析。分析结果与试验结果进行比较，证明了本文提出的简化模型、理论和开发的分析工具的合理性。关键词：车门，旋转式，关门能量/力，气压阻效应，VBAAbstractABSTRACTAuto door is an important component of the side wall of auto body.With more and more concerns from the customers,the closing effort of swing door,which is the most applied door structure,has become an important indication of the quality of the auto body design and performance.Therefore,the closing effort has drawn greater attention in auto body design process.According to the vehicle quality research of JD POWER,hard to open/close the door is the one of the most quality issues which complained by the customers.In this way,the door closing energy/fbrce has become a major problem automobile manufacturers need to solve.This paper researches on the factors affect the swing door closing effort in the consideration of the components of the door sub-system:seal system,door weight and hinge,check-link,latch and air-binding effect.The root causes are expatiated and the mathematic models of the relation between design parameters and testing dates and closing effort are founded.According to the derived theoretical formula,a quantitative analysis tool was developed with programming language VBA base on the widely installed office software Microsoft Excel.The analysis tool was developed through a modular design method,so that the subsystem can be independently analyzed and redeveloped when necessary.The analysis tool provides a friendly interface.With the necessary corresponding parameters,the computer will be able to carry out rapid and accurate analysis.The results of the analysis were compared with the experimental results,which prove that the simplified models and theories proposed and analytical tool developed in this paper are reliable.Key Words:auto door,swing door,closing effort,air-binding effort,VBA-ii同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。签名:年 月H学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下 各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学 位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存 论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在 不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术 活动。学位论文作者签名:年 月 日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。指导教师签名:学位论文作者签名:年 月 日年 月 日第1章绪论第1章绪论1.1 前言汽车诞生至今已逾百年。从出现到现在，整个过程大致分为三个阶段：L汽车的摇篮期；2.汽车基本构造的完成期；3.汽车面向社会需求的发展期。一百多年来，汽车的发展给人类社会带来了巨大而深远的影响。汽车以它 的速度和便利加速了人们的生活节奏，改变着社会面貌，并以它的精美造型和 丰富色彩以及车内舒适的环境而受到人们的青睐。特别是在科学技术与文化高 度发展的今天，汽车已不再是一种简单的交通、运输工具，它更兼有财富和社 会地位的象征作用，并成为现代文明的重要标志内。现代汽车融科学性、艺术性 和实用性于一身，在造型上达到了精美绝伦的地步令人叹为观止。鲁迅先生曾 说过“一切好诗到唐已被作绝J那么，如果说“一切好车到今天已被做绝”也 不足为过。尽管这种叫绝之声在二十年前就有人发过，然而如今汽车行业仍如 江河奔泻一样一刻也没有停止前进的脚步。倘若将二十世纪九十年代的汽车与 二十一世纪的汽车摆在一起，任何人都会看到其间的变化之大。现代汽车融科学性、艺术性和实用性于一身，在造型上达到了精美绝伦的 地步。但是，随着科学技术的不断向前发展，对汽车各项性能（如动力性，经 济性，舒适性，通过性，操纵稳定性，安全可靠性等）指标的要求也在不断提 高，在扩大汽车服务领域和满足各方面多样化要求的前提下，作为汽车三大总 成之一的车身，已后来居上越来越处于主导地位。汽车由底盘、发动机及车身 三大总成构成，如图L1所示。在这三大总成中，车身比底盘和发动机要复杂得 多，其设计过程也相对复杂，涉及到工业造型、工程材料、生产工艺、结构力 学、人机工程等众多学科。其设计技术主要包括造型设计技术、工程设计技术 以及先进的设计理念等几个方面。轿车车身是发动机、底盘、电子电气设备、乘员和行李等的承载体和包容体，是汽车产品的重要部件之一。而且还要装配 各种车身外装件、车身内装件、车身附件、照明信号等，使轿车成为一个完整 第1章绪论的整体。轿车车身是一种“上层建筑”，随着时代的发展，不断的变化和不断 的完善。车身作为一个受力结构，必须有足够的强度以保证其疲劳寿命，必须有足够的刚度以保证其装配和使用的要求，同时应有合理的动态特性控制振动 与噪声，还应该有足够的抗冲击强度保证撞车时乘员的安全。图1.1汽车总成图i-前擀6-消声器10-制动器15-转向2-前悬架7-后悬架IV后后1卅发动机3前车轮钢板弹簧12-油箱17-散热器4-变速耦8减震器13-坐椅18车身5-假动轴9后轮14-方向盘在车身设计过程中，车门总成的布置设计除与整体设计有着协调配合关系 外，可称的上是一个相对独立的，最具有代表性的车身总成设计。它不仅要与 整车造型协调一致，还要保证必要的开度，方便上下车以及良好的安全性，稳 定的操纵性，密封性，工艺性和足够的强度刚度，从而满足功能上的要求。因 此车门的设计成为车身设计中的一个重要环节。轿车车门是车身侧围的重要组成部分，多数采用旋转式车门。一般由门体、车门附件和内饰盖板三部分组成。而车门关闭轻便性，即车门关门能量/力，是 评价汽车车身设计和汽车使用性能的重要指标之一，汽车车门关闭过程中是否 沉重，关闭是否轻便、灵活都是用户感受频次和关注程度较高的项目。因此，在车身设计中倍受关注，也是车门设计人员必须面对的问题。对于车门关门能-2-第1章绪论量/力的研究一直受到各大汽车生产商的关注。对于生产商来说，关门能量/力的 大小是在设计制造过程中必然遇到的问题之一；对于顾客而言，关门能量/力的 大小会给顾客留下车辆设计质量好或坏的印象，这一点甚至在顾客踏进车厢之 前就能感觉到。根据JD POWER的新车质量调研，开/关门能量/力的超重始终是 顾客抱怨最多的质量问题之一。这样，车门关门能量/力就成为各大汽车制造厂 商亟待解决的问题。在车门设计中，设计人员渴望能有一个强而有力的车门设计系统，包括乘 客所关心的轻便的关门力，同时把乘客舱内的乘客与风、噪音和雨水等隔离开，并且满足隔声、防振等苛刻的行业标准。目前，车门系统的设计在很大程度上 仍然依靠“试错”和修改原型物理硬件等方式来实现。而这样的设计程序至少 存在两个主要缺点：第一，制造原型物理硬件成本高；第二，设计周期长。所 以开发一种快速、灵活、准确且通用性强的计算车门关门能量/力的工具，对于 设计人员的前期设计工作具有重要的指导意义。这样设计人员可以在设计阶段 就根据需要更改设计方案，也可以根据已有车型的顾客调查，对设计参数进行 修改，然后根据计算结果对设计进行更改。而且设计软件可以提供友好的人机 交互界面，指导设计人员的设计，这样不仅可以大大的节约成本，也可以缩短 设计周期，在汽车市场激烈竞争的今天，尤为重要。车门是汽车车身的主要部件之一，它不仅为司乘人员上下车提供方便的条 件，而且与整车动力性（空气动力性）、舒适性（风流噪声、密封等）和使用性 能（开启方便灵活）等有着密切的关系，同时对整车造型起着协调作用，并直 接影响车身外形的美观。随着汽车工业的快速发展，人们对汽车各项性能指标 的要求也越来越高，那么关门能量/力对车门性能的影响也成为各个汽车制造厂 商不可回避的问题。1.2 国内外研究现状随着科学技术的发展，以及人们对轿车性能要求的不断提高，对于车门在 关闭过程中关门能量/力的消耗研究也越来越多。国内外专家、学者做了大量的 研究工作，包括实验仿真等多种方法。同济大学现代制造技术研究所的万德安、戴海峰、徐志江、李修文等，应用力与位移传感器和计算机技术，研制了轿车车门关闭力一位移自动测量系-3-第1章绪论统。该系统能够同时采集关门过程中车门的关闭力和位移大小。何珊等在与上 海申雅密封件有限公司的合作项目“轿车密封条结构的CAD/CAE”中，着重于 密封条的有限元结构分析和优化，解决车门的关门力超重的问题。张剑研究了 密封条受力变形对车门关闭力的影响。上海交通大学的杨蕾在ADAMS动力学分析软件中建立了轿车车门的关 门能量仿真模型，分析各零件参数对关门能量的影响，根据仿真结果得到了各 影响因素对关门能量的贡献率，并进行了试验对比。奇瑞汽车有限公司的高新华，于闯子，针对轿车车门关闭力的设计难点，从设计要求、影响因素、能量分配以及CAE模拟分析、密封截面尺寸调节等几 个方面，对其设计方法和流程进行了探索，并通过实车进行了设计验证。广东 福迪汽车有限公司的尹忠，唐荣平等，通过建立车门数学计算模型，论述了 车门与车身的匹配设计关系，确定了影响车门关闭力的主要因素，建立了车门 关闭力计算模型，并提出了一种估算车门关闭力的方法。中国科学院长春光学 精密机械与物理研究所的梁亮，中国科学院研究生院的韩立强等以某型号车门 为研究对象,在相同加载情况下，分析了车门关闭和开启状态下的性能。探讨了 车门在这两种状态下的能量平衡、门锁处Z向位移以及车门内板应力分布情况，为新车型的开发研究提供了有力支持。山东理工大学的李红艳、王翠萍、刚宪 约前，建立车门的数字模型，通过CAD/CAE接口，将车门的CAD模型导入到有 限元软件ANSYS中进行下沉刚度的研究，结果表明门窗玻璃下边缘和车门左上 角变形较大,可以考虑对局部加强,为改进设计提供科学依据。Dan Hold等使用不同的测试装置测量车门的关闭力。其中有门炮装置(Boorcannon),该装置由弹簧加载，活塞推动车门，手动控制。在测量过程中，未考虑车门的速度和起始角度等因素。Magna汽车测试中心研究人员开发出关 闭测试系统 CMS(Closure Measuring System)oTong Zou,Zissimos P.Mourelatos1121 等分析了非线性极限状态下的可靠性，并应用到车门关门能量/力系统中。分析 方法包括两部分：首先，是基于优化方法找到非线性极限状态下的所有点；第 二部分是使用多模态自适应抽样法来分析第一部分找出的所有点的信息。Raviraj Nayak,Kee ImBM在动力学分析软件ADAMS中建立了仿真模型，模型包括车门的所有设计因素，然后模拟车门运动，以此获得车门在开/关过程 中消耗的能量。并且提出一条设计准则来分析车门的开/关门时所消耗的能量，同时讨论了限位器的设计方法，指出车门的开/关门能量是不同因素作用的结果。-4-第1章绪论福特汽车公司的Dr Yuksel Gur,Dr Kenneth N Morman,Jp51研究了车门上密封 条排气孔的位置与尺寸对关门能量/力的影响。车门关闭过程中，密封条压缩，腔内气体通过排气孔流出产生非线性阻尼力，消耗关门能量。1.3 本文的主要研究内容和技术路线13.1 主要研究内容和关键技术本文的研究内容主要分为两部分。第一部分，影响轿车车门关门力/能量的 六个因素（密封系统、车门重量、较链、限位器、门锁、气压阻效应）进行分 析，并建立车门关闭过程中力/能量的数学模型。本文创造性地推导和应用气压 阻效应简化数学模型，解决了关门时气压阻效应难以定量计算的问题，并且取 得了较高的精度。第二部分，基于所建立的各影响因素的数学模型，利用VBA 编程语言进行编程，根据所推导出的理论公式，在常用的办公软件Microsoft Excel平台的基础上，利用VBA语言，开发出定量分析旋转式车门关门能量/力 的工具。本文的主要研究内容如图L2所示。基于Excel的车门关闭力软件开发 车门关闭力研究文献调研软件系统开发简化数学模型程序调试-5-第1章绪论13.2 技术路线在旋转车门的工程设计中，关门力设计始终是一个难点，如果设计不好，或出现关门力过大，或出现漏风漏雨、车内噪声值过高等问题。本文通过对关 门能量/力的理论分析，确定影响关门能量/力的主要因素，同时建立相应的数学 模型。基于Excel平台、利用VBA语言、使用数值分析方法，开发一种方便快 捷的关门能量/力分析工具。计算分析车门关门过程中各个子系统消耗的能量，以及各个子系统对车门关门能量/力的贡献。在设计中纳入关门能量/力，不仅可 以进行早期预设计，为研究人员提供车门设计参考数据；而且能够降低设计成 本、缩短设计周期、节省人力物力财力，对于车门研发人员具有重要的指导意 义。具体的工作流程如图L3所示。图1.3工作流程图本文第二章对计算机软件工程和软件生存周期以及Excel软件的二次开发 语言VBA、开发环境等做了介绍；第三章详细分析了各子系统（密封系统、车 门重量、较链、限位器、门锁、气压阻效应）关门阻力产生的根本原因，并在 此基础上建立了软件开发所需的数学模型；第四章根据数学模型和实际条件，确定了软件的输入输出参数，完成了软件的编程和人机交互界面的设计，并通 过实验数据对比，验证了软件的准确性和可靠性；第五章得出本文的研究结论 及继续研究的建议。-6-第2章 利用VBA语言的Excel软件二次开发技术第2章 利用VBA语言的Excel软件二次开发技术2.1 软件工程简介2.1.1 软件工程的定义Fritz Bauer曾经为软件工程下了定义：“软件工程是为了经济地获得能够在 实际机器上有效运行的可靠软件而建立和使用的一系列完善的工程化原则。”1983年IEEE给出的定义为：“软件工程是开发、运行、维护和修复软件的系统 方法”，其中“软件”的定义为：计算机程序、方法、规则、相关的文档资料 以及在计算机上运行时所必需的数据。后来尽管又有一些人提出了许多更为完 善的定义，但主要思想都是强调在软件开发过程中需要应用工程化原则的重要 性。软件工程包括三个要素：方法、工具和过程。软件工程方法为软件开发提供了“如何做”的技术。它包括了多方面的任 务，如项目计划与估算、软件系统需求分析、数据结构、系统总体结构的设计、算法过程的设计、编码、测试以及维护等。软件工具为软件工程方法提供了自动的或半自动的软件支撑环境。目前，已经推出了许多软件工具，这些软件工具集成起来，建立起称之为计算机辅助 软件工程(CASE)的软件开发支撑系统。CASE将各种软件工具、开发机器和一 个存放开发过程信息的工程数据库组合起来形成一个软件工程环境。软件工程的过程则是将软件工程的方法和工具综合起来以达到合理、及时 地进行计算机软件开发的目的。过程定义了方法使用的顺序、要求交付的文档 资料、为保证质量和协调变化所需要的管理、及软件开发各个阶段完成的里程 碑。-7-第2章 利用VBA语言的Excel软件二次开发技术2.1.2 软件工程的基本目标组织实施软件工程项目，最终希望得到项目的成功。所谓成功指的是达到 以下几个主要的目标：L付出较低的开发成本；2.达到要求的软件功能；3.取得较好的软件性能；4.开发的软件易于移植；5.需要较低的维护费用；6.能按时完成开发工作，及时交付使用。然而在具体项目的实际开发中，企图让以上几个目标都达到理想的程度往 往是非常困难的。互斥关系 Itcrsveft tfsuu F7sM.a i.XiCBM Ctrl刷UF2 灯LEkQ)n,XcXQ OrkGsaa)Era出*L ivsaswp)siR ssaao h UUK20 空 WW&_ men，Mkroioft Excd Ak.FUftfi ZJkD HMWiA).WH节2&万J，力1 贵一 一 1 3 拶口 n-M回图2.4EX812007的开发环境在VBA开发环境中，可以编写代码来实现需要的功能。在开发环境中，需 要编写VBA程序来实现所需要的操作。因此，成功地编写Excel的VBA程序,就必须掌握这种编程方式。在可视化的开发环境中，VBA需要通过调用Excel 的函数或者变量来对Excel表进行相关操作。VBA的开发环境主要包括四个部分：菜单栏、常用工具栏、工程状态、代 码编写区，其功能如表2.2所示：VBA中常用的菜单栏主要包括文件、编辑、视图、插入、格式、调试、运 行、工具、外接程序、窗口以及帮助等11项，每项中又包括一个下拉菜单为用 户提供更为丰富的相关操作。一般来说在编辑环境中，常用工具栏位于菜单栏的下方，如果没有可以点 击鼠标右键选中“标准”按钮即可调出工具栏。代码编写区指图2.4中右下空白区，用户可以根据需要进行代码的编写。_表Z2VBA的开发环境_功能说明菜单栏VBA开发环境的操作菜单常用具栏常用I.R和选项的集合，程状态显示当前编写的项目状态代码编写区编写函数代码-13-第2章 利用VBA语言的Excel软件二次开发技术23.3 VBA语言在二次开发中的应用VBA由Visual Basic语言发展而成，并且继承了 VB很多编程方法，在语 法结构上几乎完全相同，两种语言支持的对象属性和方法大多相同。因此，其 语言结构分成两部分：Visual Basic语言结构和其嵌入软件的对象模块。这两部 分结构是构成VBA的重要基础，要通过VBA对Excel软件进行二次开发，就 必须对这两部分知识有清晰的了解。掌握并学会运用VBA不仅可以高效办公，并且可以循序渐进地掌握一门编程语言，为以后工作与学习坚实基础。1、Visual Basic 语言结构Visual Basic是完全独立的Windows开发系统，是一种可视化的、面象对 象的，采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言Q其本身所具有的功能十 分强大，利用它可以很方便地在Windows操作系统下进行各种应用程序的开发。为了方便用户编程及提高效率，Visual Basic所提供的开发环境具有与Windows 系统一样的操作环境，使用起来十分方便，代码执行效率也有了很大的提高口叫(1)事件驱动机制:Visual Basic的一个显著特点是采用事件驱动机制，响 应某个事件所需运行的程序代码称为事件过程(Event Procedure),据此可以把 一个完整的VBA程序划分成若干逻辑上相独立的单元，这样可以简化程序，使程序结构清晰，并且同一个过程可以反复调用，这样就可以大大提高编程效 率。(2)语句控制结构：程序是由众多语句按一定顺序和结构组成的，控制语 句的作用是控制不同语句的执行流程。在Visual Basic中，主要的控制语句有判 断和循环这两大类，利用这两类语句，可以方便地完成大多数复杂程序的流程 控制。表2.3为控制语句举例。表2.3控制语句举例elsestatements判断语句循环语句If语句For.Next 语句If condition ThenForcounter=startToendStepstepstatementsstatementsElself condition-n ThenExitForelseif statements.statementsElseNextcounter-14-第2章 利用VBA语言的Excel软件二次开发技术尽管VB与VBA有很多相似的地方，但并不是完全相同的，不要混淆二者,二者的区别如表2.4所示。End IfSelect Case 语句DoWhile 语句DoUntil 语句Select Case testexpressionDoWhileUntilDoCaseexpressionlist-nconditionstatementsstatements-!statementsExitDoCase ElseExitDostatementselsestatementsstatementsLoop WhileEnd SelectLoopUntilcondition表2.4VB与VBA的区别VBVBA语言特性计算机编程语言自动化语言开发环境拥有独立的开发环境依赖于已有的应用程序运行条件能够独立运行需要Excel等应用程序的支持用途用于创建标准的应用程序用于使已有的应用程序自动化2、Excel对象模块Excel对象模块也就是Visual Basic嵌入Excel软件中的对象模块，这些对 象模块通过一组对象库与嵌入Excel中的VBA进行关联。在该对象库中，Application对象位于最上层，代表整个Excel应用程序。其下主要有Workbooks（工作簿集合）对象和Window（窗口）对象等。每个对象都具有各自的方 法、属性和事件1。VBA正是通过控制对象库中的不同对象来实现对Excel软 件的控制。表2.5为程序应用举例。表2.5应用程序举例清除指定区域的内容Sheets.Range.ClearContents指定当前工作表Sheets.Select屏幕刷新不显示Application.ScreenUpdating=False取一列中数值个数Range.End(xlUp).Row在实际的开发应用中，VBA的用途十分广泛，不同领域中的应用范围和程 度也不尽相同。Excel作为一个高效的电子表格软件，不仅本身具有强大的功能,还提供了 VBA这种有效的开发工具，使之具有了强大的二次开发能力。利用 这种能力，用户可以根据自己的实际需要，将Excel作为软件开发平台，利用 其本身所具有的功能，开发出适合自身需要的软件，扩展Excel所不具有的功能,使得重复的任务自动化，以提高信息管理的效率和准确度。第2章 利用VBA语言的Excd软件二次开发技术2.3.4程序保护程序保护，即program protection,为防止对计算机程序的非法复制或修改，在计算机内部或外部通过适当的硬件或软件设置而实施的保护措施。在Excel中进入VBA的运行环境操作简单，那么用户不小心进行误操作时 就有可能进入程序编辑区，将程序更改，这样导致的后果有可能是程序运行不 正确，也有可能是程序运行出现故障。会给用户带来不必要的麻烦而浪费时间。在Excel的VBA运行环境中可以进行程序的保护，允许一定权限的人进行 程序编辑区的保护.1、进入VBA开发环境，打开“工具”菜单，选择VBAProject属性。2、点击VBAProject属性进入程序保护设置界面，如图2.5所示。在相应的 区域输入密码并进行密码确认，然后点击确定完成。图2.5VBA程序的保护3、完成后重新进入VBA运行环境，提示需要进行密码确定。进行程序保护之后，就可以避免在运行程序时由于用户的误操作而导致程 序更改的情况发生。第3章车门关门能影响因素分析及数学模型的建立第3章 车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立3.1 旋转式车门类型3.1.1 分类与组成现代汽车的车门有多种类型（表3.1）o本文主要研究旋转式车门。表3.1车门的分类分类方式类型特点及常用车型开启方式旋转门用于大多数汽车折叁门多用于客车拉门多用于轻型客车结构整体式车门刚度好、质餐高、随形性好分开式车门银金件减小，材料利用率高，视野性能好窗框有窗框车门用于大多数汽车，可为独立窗框或整体式车门无窗框车门敞篷车、硬顶车、运动车使用旋转方向逆开门较少采用，仅为方便上、下车顺开门安全性好，车门谈开时，不会因为气流作用吹开门上开门用丁轿车和轻型车的背门，也用于低矮的汽车ni小体向。H附件0内、外板 加强板M佼链及限位器 玻璃及升降器 拉手、操作钮 风口、密封条、建 内外装饰件 豳j其它附件及装配图3.1车门的基木组成旋转式车门（如图3.1、图3.2所示）主要由车门本体及附件等组成。其中 第3章车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立车门主体主要包括内外板、加强板、窗框等。内板装有玻璃升降器、门锁等附 件，为了装配牢固，内板局部还要加强。为了增强安全性，外板内侧一般安装 了防撞杆。内板与外板通过翻边、粘合、滚焊等方式结合，针对承受力不同，要求外板质量轻而内板刚性要强，能够承受较大的冲击力。图3.2车门门体结构A一内板总成B-内板C前门体总成1 一外板2内板3前、后玻璃导轨4一上、下校链加强板5一抗侧撞梁6、7内、外加强板3.1.2 设计要求前车门以绕安装在车门前侧的钱链为旋转轴来实现开启和关闭。承担载 荷的部件有外门板、内门板、上加强板、下加强板、门锁加强板、较链加强板 和钱链，由薄板冲压成型并通过焊接连成一个整体的受力结构。3即对车门设 计的要求：（1）具有必要的开度，并能使车门停在最大开度上，以保证上、下车方便;（2）安全可靠。关闭时能锁住，行车或撞车时不会自动打开；（3）开关方便，操纵方便升降玻璃，锁止等，或在低气压下（0）.3MPa）也能开启灵活；（4）具有良好的密封性涉及密封胶条特性、设计精度、间隙大小、配-18-第3章 车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立合精度等；(5)具有足够的刚度，不易变形下沉，行车时不振响；(6)制造工艺好，易于冲压成形，便于安装附件和维护调整;(7)外形上与整车协调；(8)操纵机构必须易于接近，便于调整保养。3.2 关门能量影响因素分析在车门关闭过程中，关门能量/力的消耗受不同因素的影响，主要影响因素 包括以下六个因素，如图3.3所示：图3.3关门力/能量的影响因素3.2.1 密封系统车门与门框之间在结构设计上具有一定的间隙，通过在其间安装橡胶密封 条来实现车厢内部与外界的隔离，防止风、雨水、灰尘、热量和噪声等侵入车 内。在车门关闭时起缓冲的作用，防止镀金件直接接触产生异响，增加车门和 车身的使用寿命。而且，密封条能够通过两种方法降低车内的风噪音：第一个,密封条必须保持与车门和车体之间的接触，从而关闭来自车体外部任何方向的 噪音路径；第二个，密封条必须最大程度地降低来自车门边缘和车体外部的嗓 音。有关降低噪音的问题在本文中暂不讨论。在车辆行驶过程中，防止车门与 车身配合不紧密发生振动，造成关联零部件磨损和异响。在旋转式车门系统中,车门密封条对车门关闭性能起着主要影响作用。根据福特汽车公司的研究实验 表明，轿车车门关闭力的大小很大部分是山密封条的变形阻力产生，其大小 占到车门关闭力大小的30%50%kJ-19-第3章 车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立3.2.1.1 材质分析车门密封条是典型的海绵橡胶和密实橡胶两种材料通过挤压而成的球状 物，对其性能要求是1、弹性好，永久变形小。2、良好的耐候性和耐老化性，低温下不发硬。3、具有一定的强度和表面护膜的耐磨性。4、吸水率低。5、便于成形（挤压成形或模具成形）和装配（如与油漆表面接触无污染性）。它既可以固定在车门上，又可以固定在车体上，对车厢起密封作用。密封 条的固定可以通过间歇式推针、连续式夹头、凸缘固定或者其它方法.球状物 可以是圆形、三角形或者其它任意形状，其高度约为15 30mm。球状物壁厚 只有几毫米，以很小的压缩力就能得到最大的密封面积。密封条必须在整个制 造误差范围内和车辆运行中有效密封，其弹性特性最好取用图3.4所示的中间 一段；如果取用载荷变化大的一段，虽然密封性可以提高，也可以减小车门振 动，但会使车门关闭力加大，影响商品价值。图3.4年门密封条特性曲线和密封条形式a）唇形b）中空型1 一便质橡胶2海绵橡胶3金属骨架-20-第3章车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立为了与车身的弯曲面、翻转部位密切吻合，同时为了在启闭车门时有一种 良好的反作用力感觉，车门框架密封条目前主要有中空型和唇形两种如图3.5 所示，广泛采用中空型。这种密封条主要分为两个部分：安装部分和密封部分。安装部分主要由密实胶基体组成，密实胶内含有金属骨架，加强定型和固定作 用。密实橡胶内部含有由钢丝聚酯织带或刚带构成的骨架，密实橡胶和骨架形 成的字形状，用于将密封条固定在轿车车门框上，使密封条装配时只有较 小的插入力，而拔出时密封条具有较大的保持力。同时在口处还有海绵橡 胶唇口，使密封条具有更有可靠的密封作用。形谷底还涂有不干胶，以防 止雨水渗入而使车门框钢板锈蚀。密封部分主要由海绵泡管组成，有受压变形、卸压反弹的功能，保证关门时的密封作用，同时弥补车门与门框之间的间隙不 均匀性。为了防止出现汽垫现象，泡体上留有排气孔。密封海绵泡管的形状可 以是圆形、三角形或者自由形状，高度通常在1530mm之间。一般海绵泡管 壁只有数毫米厚，在较小的压力下就可使密封条完全变形，实现最佳密封效果。图3.5车门密封示例I两门轿车II四门轿车1 一中空压缩型的内密封条2一唇形的外密封条密封条的胶料必须能够经受车辆在制造和使用过程中的所有工况的考验，目前多使用耐老化、耐低温、耐水气、耐化学腐蚀，特别是耐臭氧老化的三元-21-第3章车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立乙丙橡胶（EPDM.EPDM可以与钢带、钢丝编织带、TPE.尼龙绒毛、PU 图层、有机硅图层等复合，保证汽车车厢内与外界及自身的防水、防尘、隔音、隔热、减振、防磨和装饰作用。3.2.1.2 受力变形分析密封条的受压变形特性（CLD）对于车门关闭力的大小起着决定性的作用。密封条的受力变形特性可以认为是一种非线性的弹簧系统，其弹簧刚度的变化 依赖于密封条的变形值的大小。图3.6为某款轿车的密封条的CLD曲线，横坐 标为密封条在一定负荷下的压缩量（mm）,纵坐标为密封条所受的负荷（N）：Header CLD7.&5.%3.2.L0c-BuqtJeJHCompression(mm)0 2 4 6 8 10 EnoA G SB e O0Q图3.8密封条气泡内空气容量减递减图-23-第3章车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立3.2.2车门重量根据不同的性能要求，车门较链轴线通常设计有。4度的内外倾角及前后 倾角。这就造成在关门过程中，车门的重心高度发生变化，因此车门重力将影 响关门能量。如较链轴线内倾的车门，在关门过程中质心位置下移车门重力提 供关门能量。Ero=G-h（3.1）式中，G为车门重力，h为车门在关闭过程中重心在竖直方向的位移。323较链车门被链主要包括固定部分（即钱链座，固定在门框上）、活动部分（安装 在车门上）和较链轴。它应当转动灵活，不滞涩，不会发出杂音，在汽车期望 使用寿命内，应能保持其功能。开启角度一般以70度为基础，不应当与车身有 任何干涉。为了改善车身的外形和减小空气阻力，现代汽车多使用暗校链。较 链有合页式和臂式两种。臂式的钱链轴安装在门柱内，所以要求门柱粗大，其 优点在于轴线相对于车门的位置较远，开门时能使门向外移，因而不易与门框 或车身其他部分干涉。合页式的较链轴线在门柱之外，与臂式相比，不但质量 轻、刚度高、结构紧凑，而且装配关系简单，所以被广泛采用。车门是靠两个较链悬挂在门柱上的。在车门关闭状态下，整个车门的质量 及任何作用在车门上的力由两个较链、门锁及限位器来支承。而在车门打开时,则全部由校链支承，如图3.9所示。1一限位器2上、下较链-24-第3章 车门关门能量影响因素分析及数学模型的建立较链对关门能量的影响在于车门关闭运动过程中，较链的固定部分和 活动部分的相互摩擦会损耗能量。由于摩擦阻力的存在，钱链在车门关闭过程 中将造成能量损失。一般情况下，在车门旋转过程中，较链的转矩为恒定值。Eh=E6（3.2）式中，式为较链的转矩，瓦为克服较链摩擦力的能量损失，e为车门绕较链轴 线的旋转角度。另外，较链轴线的内倾可以有效地降低关门能量，因为在车门关闭过程中，车门质心位置下降，使车门有自动关闭的趋势。并且考虑到车身外形的缘故，锐链轴线内倾可以有利于整体车门布置。按照我国GJJ37-1990城市道路设计标 准的规定，当汽车停在路边时，建议车门开启时的提升值为1530mm。较链轴 线倾角示意图如图3.10所示。1侧视较链轴线位置2一车门打开位置3车门关闭位置4-A点上升值U/E车门打开60。时车门A点的上升量或下降量324限位器目前应用较多的较链主要有两种：拉杆式限位器（传统形式）和凸轮机构 式限位器（与较链一体）。拉杆式限位器（图3.11）由于结构简单、成本较低得 到广泛应用，一般轿车上都使用此类；而凸