0摘 要本文結(jié)合企業(yè)實(shí)際工程項(xiàng)目，以豐田花冠轎車為研究對(duì)象，對(duì)車門布置與設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了相關(guān)研究與分析，重點(diǎn)完成了車門機(jī)能件布置流程的研究。通過對(duì)國內(nèi)外車身技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)的回顧與理解，我們用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與國外先進(jìn)的流程化設(shè)計(jì)思想，對(duì)車門基本結(jié)構(gòu)與組成進(jìn)行相關(guān)分析；然后我們對(duì)車門的開發(fā)流程進(jìn)行了相關(guān)研究，重點(diǎn)對(duì)車門布置階段的各個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行理論分析與知識(shí)庫經(jīng)驗(yàn)的判斷；最后對(duì)該車的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型與布置討論，形成用于詳細(xì)設(shè)計(jì)的總布置文件。車門是車身結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要而復(fù)雜的總成，熟悉車門結(jié)構(gòu)的功能要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和較見的結(jié)構(gòu)處理方法是車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；另外，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，正確的方法、步驟是實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，如車門總體結(jié)構(gòu)的確定、附件的布置及運(yùn)動(dòng)校核、結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和強(qiáng)度、剛度、可靠性等方面都有一定的規(guī)律和要求。結(jié)合產(chǎn)品年開發(fā)的具體實(shí)踐對(duì)車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題做了較詳細(xì)的論述。關(guān)鍵詞：密封條；門附件；轎車車門；車門內(nèi)板；車門外板；升降器；限位器1ABSTRACTIn this paper,we study the processes of the door layout and design through one actual engineering project development of a sedan car,focusing on the function of pieces to complete the door layout of the study process.Technology at home and abroad through the development trend of the body of the review and understanding,we do the analysis on the basic structure and the component using the modern computer technology and advanced design concepts of the process.And we carried out relevant research on the door development process,focusing on the theoretical analysis of the various important points and the estimation of the experience and knowledge. Finally,we selected the structure of the door and discuss the package of the door,creating the detailed design for the overall layout of parts.Car body door is an important assembly of complexity in the body structure.Structural function requirement,specialty of structure and general handling method of structure are the basis of body door structure design.In the course of door structural design,correct method and procedure are the key points to realize rational design,such as determination of door structure outlay,arrangement of accessories,motion verification and also others as overall coordination of structure,strength,rigidity,reliability etc.,all have definite rule and demand. Fairly detailed discussion is made for some problem of door structural design combining the substantial practice of product development.Key words:Seal；Door accessory；Car door ；Automotive inner door panel；Regulator2目 錄摘要 ………………………………………………………………………………………ⅠAbstract……………………………………………………………………………………Ⅱ第 1 章 緒論……………………………………………………………………………11.1 概述…………………………………………………………………………11.2 世界汽車發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………………………21.3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)車對(duì)車門進(jìn)行的布置… …………… ……… ………………… 41.3.1 汽車行業(yè)的現(xiàn)代背景……………………………………………41.3.2 基于知識(shí)工程的汽車設(shè)計(jì)的發(fā)展………………………………41.3.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用……… ………51.3.4 汽車車門車門的設(shè)計(jì)流程………………………………………51.4 本課題的研究內(nèi)容……………………………………………………………6第 2 章 車門的相類型與相關(guān)的組成要求………………………………………72.1 花冠轎車車門參數(shù)化設(shè)計(jì)要求………………………………………………72.2 車門的結(jié)構(gòu)類型………………………………………………………………72.2.1 內(nèi)、外板整體沖壓成型式車門…………………………………………82.2.2 窗框內(nèi)藏式車門……………………………………………………………82.2.3 獨(dú)立窗框式車門……………………………………………………………82.2.4 無窗框車門………………………………………………………………….82.3 車門的基本構(gòu)成………………………………………………………………92.3.1 車門鈑金……………………………………………………………………92.3.2 車門組成件………………………………………………………………162.3.3 車門密封條………………………………………………………………262.3.4 車門修飾件………………….……………………………………………292.3.5 車門電器件……………………………………………………………302.4 車門設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)方案的選擇…………………………………302.5 本章小結(jié)………………………………………………………………………313第 3 章 車門布置與設(shè)計(jì)…………………………………………………………333.1 車門設(shè)計(jì)流程……………………………………………………………333.2 車門主體設(shè)計(jì)定義…………………………………………………………353.2.1 車門種類定義…………………………………………………………353.2.2 玻璃面校核……………………………………………………………363.2.3 車門開口線設(shè)計(jì)與鉸鏈中心設(shè)計(jì)…………………………………393.3 設(shè)計(jì)布置階段………………………………………………………………413.3.1 主斷面設(shè)計(jì)……………………………………………………………413.3.2 車門剛性設(shè)計(jì)…………………………………………………………473.3.3 車門外手柄設(shè)計(jì)與布置……………………………………………483.3.4 車門玻璃升降器的設(shè)計(jì)與布置………………………………………493.3.5 內(nèi)手柄的設(shè)計(jì)與布置…………………………………………………503.3.6 內(nèi)板內(nèi)飾板及其它因工作需要對(duì)孔的布置………………………513.3.7 其他部件布置………………………………………………………513.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………51結(jié)論………………………………………………………………………………………52參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………53致謝………………………………………………………………………………………544第 1 章 緒 論1.1 概述車門是整個(gè)車身中結(jié)構(gòu)復(fù)雜又相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)總成,它主要由車門骨架及蓋板、車門護(hù)面、門窗、車門玻璃及玻璃升降器、門鎖及其手柄、車門鉸鏈、車門密封條和車門開關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車門是汽車車身設(shè)計(jì)中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的零部件。在車門設(shè)計(jì)中其安全性尤為重要，它必須保證在車輛發(fā)生碰撞時(shí)，盡可能地減少對(duì)行人和乘員造成的傷害，因此必須要求車門外覆蓋件表面光潔、有韌性；門鎖、門鉸鏈以及車門門體必須能夠按照 A 柱一 B 柱一 C 柱的路線傳遞碰撞沖擊力；碰撞后的車門必須能夠輕松地不借助于任何輔助工具用手打開。鑒于側(cè)面碰撞對(duì)乘員造成的危險(xiǎn)性，在設(shè)計(jì)車門時(shí)注意將車門的變形限制在一定范圍內(nèi)，為乘員提供一個(gè)有效的生存空間。這些都要求車門必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度。在汽車車身設(shè)計(jì)的過程中，車門總成的布置設(shè)計(jì)除與整體設(shè)計(jì)有著協(xié)調(diào)配合關(guān)系外，可稱的上是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的，最具有代表性的車身總成設(shè)計(jì)。它不僅要與整車造型協(xié)調(diào)一致，還要保證必要的開度，方便上下車，良好的安全性，穩(wěn)定的操縱性，密封性，工藝性，足夠的強(qiáng)度剛度，以滿足功能上的要求。因此車門的設(shè)計(jì)成為車身設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。汽車技術(shù)的發(fā)展使得汽車的舒適性不斷提高以滿足人們的要求。汽車車門是車上相對(duì)獨(dú)立的總成，車門設(shè)計(jì)不但關(guān)系到汽車的實(shí)用性，對(duì)汽車也有很大的裝飾作用。因此車門的設(shè)計(jì)也越來越講究，而且使用越來越多的網(wǎng)絡(luò)和電控技術(shù)。從 1957 年新中國的第一輛汽車正式生產(chǎn)下線，中國汽車在 20 世紀(jì)中期經(jīng)歷了漫長的緩慢發(fā)展階段，在經(jīng)過 2003 年和 2006 年的兩輪爆發(fā)式增長后，開始步入平穩(wěn)增長階段。2009年嚴(yán)峻的宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，中國汽車行業(yè)的發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，同時(shí)也受到來自各個(gè)方面的沖擊。中國要想從汽車制造大國發(fā)展成為汽車產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國，就必須在汽車產(chǎn)品的研發(fā)上取得突破。歐美日的汽車企業(yè)之所以能夠如此強(qiáng)勢(shì)，與他們幾十年甚至上百年的技術(shù)革新與經(jīng)驗(yàn)積累是分不開的，翻開他們汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史，我們都能夠清晰的感受到他們相同的企業(yè)發(fā)展脈絡(luò)：明確的市場(chǎng)定位，堅(jiān)定不移的技術(shù)研發(fā)，引領(lǐng)潮流的戰(zhàn)略方向，這一切，做足了他們的原始積累。我們的起步盡管有些晚，但是汽車產(chǎn)業(yè)作為中國經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來在技術(shù)研發(fā)上的投入力度明顯增加，從過去的汽車產(chǎn)品進(jìn)口到產(chǎn)品引進(jìn)生產(chǎn)再到技術(shù)轉(zhuǎn)化，近幾年來更是直接的技術(shù)引進(jìn)、并購國外先進(jìn)的汽車企業(yè)，中國的汽車技術(shù)如雨后春筍般迅猛發(fā)展。5生產(chǎn)廠家為了能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，所有這些迫使設(shè)計(jì)者不斷地尋求智能化的設(shè)計(jì)工具和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。本課題的研究內(nèi)容就是在這樣的情況下產(chǎn)生的。1.2 世界汽車發(fā)展現(xiàn)狀早于七、八十年代，國外大型汽車公司已建立了相當(dāng)規(guī)模成套的 CAD、CAE 和CAM 等計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，使得車身設(shè)計(jì)方法發(fā)生了根本性的變革，運(yùn)用三維“CAD/CAM”技術(shù)替代了以“主圖板，主模型” 為主的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。CAD 是一種技術(shù)，其中人與計(jì)算機(jī)結(jié)合為一個(gè)問題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所長，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應(yīng)用多學(xué)科方法的綜合性協(xié)作提供了可能。日本豐田公司很早就引進(jìn)了 CAD 系統(tǒng)，并且在初步升級(jí)改善。美國福特公司從 1967年就開始開發(fā)車身設(shè)計(jì) CAD 系統(tǒng)，目前百分之八十以上的設(shè)計(jì)由 CAD 完成，大大降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。美國通用汽車公司在 1988 年投資千萬美元完成了以三維 CAD 系統(tǒng) UG 為核心的 CAD/CAM/CAE/CIM 的 4C 集成化工程，達(dá)到信息流暢，公司的轎車和概念車的開發(fā)試制時(shí)間由五年縮短到兩年，設(shè)計(jì)階段從24 個(gè)月縮短到 14 個(gè)月，一些零部件的設(shè)計(jì)從六個(gè)月縮短到一個(gè)月。我國各大汽車公司近幾年來紛紛引進(jìn)了先進(jìn)的 CAD/CAM/CAE 軟件用于汽車車身設(shè)計(jì)和開發(fā)，并取得較好的成果。一汽，東風(fēng)汽車公司在八十年代就開始在車身設(shè)計(jì)方面研究與應(yīng)用CAD/CAM 技術(shù)。另外在 CAE 領(lǐng)域也取得了不少成績。電子樣機(jī)（DMU：Digital Mock-Up）技術(shù)主要是指在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，通過三維CAD/CAE/CAM 軟件，建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機(jī)，組成電子化樣機(jī)的每個(gè)部件除了準(zhǔn)確定義三維幾何圖形外，還賦有相互間的裝配關(guān)系、技術(shù)關(guān)聯(lián)、工藝、公差、材料等信息，電子樣機(jī)應(yīng)具有從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到產(chǎn)品維護(hù)各階段所需的所有功能，為產(chǎn)品和流程開發(fā)提供一個(gè)平臺(tái)的電子樣機(jī)功能由專門的模塊完成，從產(chǎn)品的造型、上下關(guān)聯(lián)的并行設(shè)計(jì)環(huán)境、產(chǎn)品的功能分析、產(chǎn)品瀏覽和干涉檢查、信息交流、產(chǎn)品可維護(hù)性分析、產(chǎn)品易用性分析、支持虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的實(shí)時(shí)仿真、多 CAX 支持、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理等各方面提供了完整的電子樣機(jī)功能，能夠完成與物理樣機(jī)同樣的分析、模擬功能，從而減少制作物理樣機(jī)的費(fèi)用，并能進(jìn)行更多的設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證。電子樣機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代汽車業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，正在逐步取代物理樣機(jī)用于多方面的研究。DMU 主要有以下功能和特點(diǎn)：1)與 CAX 系統(tǒng)完全集成，并以“上下關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì) ”方式作業(yè)。2)提供強(qiáng)大的可視化手段，除了虛擬顯示和多種瀏覽功能，還集成了 DMU 漫游和截面透視等先進(jìn)手段。63)具備各種功能性檢測(cè)手段，如安裝/拆卸、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、干涉檢查、截面掃描等。4)具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置和信息交流功能。由于電子樣機(jī)（DMU）技術(shù)加強(qiáng)了設(shè)計(jì)過程中最為關(guān)鍵的空間和尺寸控制之間的集成，在產(chǎn)品開發(fā)過程中不斷對(duì)電子樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，大部分的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤都能被發(fā)現(xiàn)或避免，從而大大減少實(shí)物樣機(jī)的制作與驗(yàn)證。AUTOFOUM 軟件包是 AUTOFORM 工程有限公司包括瑞士研發(fā)與全球市場(chǎng)中心和德國工業(yè)應(yīng)用與技術(shù)支持中心推出的板料成形模擬軟件包。它將來自世界范圍內(nèi)的許多汽車制造商和供應(yīng)商的廣泛的訣竅和經(jīng)驗(yàn)融入其中，并采取用戶需求驅(qū)動(dòng)的開發(fā)策略，以保證提供最新的技術(shù)?？梢詭椭Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員方便地求解各類板料成形問題，同時(shí)，autofoum 也最大限度地發(fā)揮了傳統(tǒng) CAE 技術(shù)的作用，減少了產(chǎn)品開發(fā)的成本和周期，目前世界上大多數(shù)大汽車公司都已經(jīng)將鈑金成形模擬作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必有過程，避免了鈑金模具的后期修改問題。我國汽車行業(yè)經(jīng)過十多年努力和發(fā)展，CAD 技術(shù)、專家系統(tǒng)、知識(shí)庫技術(shù)等新興技術(shù)在我國汽車行業(yè)的應(yīng)用已取得很大的進(jìn)步，但由于起步較晚，車身技術(shù)與國外汽車公司相比還有很大的差距，國內(nèi)各汽車公司普遍存在設(shè)計(jì)效率低下、后期問題難以預(yù)測(cè)的問題。加大 CAD/CAM/CAM 軟件在汽車開發(fā)中的應(yīng)用力度，并且結(jié)合汽車設(shè)計(jì)的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一些面向汽車設(shè)計(jì)的專業(yè)設(shè)計(jì)流程以幫助設(shè)計(jì)人員提高產(chǎn)品的開發(fā)效率和質(zhì)量，是縮短我國與國外汽車設(shè)計(jì)水平的差距，早日實(shí)現(xiàn)我國轎車自主開發(fā)能力的有效措施之一。國外各大汽車和設(shè)計(jì)公司積累了幾十年的轎車車身開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，形成了較完善的數(shù)據(jù)庫和設(shè)計(jì)規(guī)范。筆者曾親身體驗(yàn)過豐田公司的設(shè)計(jì)檢查卡（CHECKLIST）與德國大眾公司的對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)庫，在每一個(gè)細(xì)節(jié)，總括了在該領(lǐng)域的各種車型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)值，詳盡嚴(yán)密地表述出設(shè)計(jì)流程。經(jīng)過整理的知識(shí)庫就像一個(gè)專家委員會(huì)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師的工作，引導(dǎo)設(shè)計(jì)師進(jìn)行每一步設(shè)計(jì)，指出所選擇的尺寸和參數(shù)的界限，并驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是否合理，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，使設(shè)計(jì)師避免誤入歧途和返工，絕對(duì)不會(huì)因經(jīng)驗(yàn)不足和考慮不周而造成嚴(yán)重疏忽。有了這樣的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)時(shí)就能對(duì)自己不熟識(shí)的內(nèi)容信心百倍，并可迅速獲得設(shè)計(jì)結(jié)果而且確信它是正確的，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)是由綜合的知識(shí)庫創(chuàng)造出來的，其中包含了寶貴的專家知識(shí)和設(shè)計(jì)知識(shí)的法規(guī)、規(guī)則。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念更趨理性，對(duì)汽車的需求偏好也逐步發(fā)生變化、升級(jí)，由于國內(nèi)消費(fèi)者換車周期的大幅縮短，使得汽車的更新?lián)Q代也加7快了。汽車設(shè)計(jì)技術(shù)及手段的不斷發(fā)展，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代工程技術(shù)方法的飛速進(jìn)步，日益成熟的 CAD/CAE/CAM 一體化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)在轎車車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。汽車設(shè)計(jì)方法正逐步由傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，向著以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。國內(nèi)外成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合汽車行業(yè)日漸成形的汽車模塊化思想，為我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)過程中縮短開發(fā)周期與提高工作效率奠定了基礎(chǔ)，縱覽以上，我們有必要建立一套全面的設(shè)計(jì)流程。1.3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)車對(duì)車門進(jìn)行的布置1.3.1 豐田汽車的現(xiàn)代背景如今汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度很快，尤其是豐田轎車。而每一款汽車的設(shè)計(jì)作為一個(gè)系統(tǒng)的工程，是相對(duì)獨(dú)立的過程，很多跨國汽車公司早在幾十年前就已經(jīng)打破了這種相對(duì)的獨(dú)立，將設(shè)計(jì)的每一個(gè)過程凝練提升，形成一個(gè)個(gè)模塊，按照系統(tǒng)的方法組織起來，定義為汽車設(shè)計(jì)流程。在以后的新車設(shè)計(jì)中，將每一個(gè)過程融入了這種既定的設(shè)計(jì)模式，按部就班地推進(jìn)，控制著汽車的每一個(gè)非常詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程，從而順利高效地完成設(shè)計(jì)。在國內(nèi)，一汽、二汽、上汽等大的汽車企業(yè)集團(tuán)都已經(jīng)建立起了比較完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，在國內(nèi)愈演愈烈的汽車產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)中，這些企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有著明顯的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品更新速度快，質(zhì)量可靠，深得用戶的信賴，可見研發(fā)流程的建立對(duì)企業(yè)的重要意義。伴隨著汽車車身造型的設(shè)計(jì)與修改要求日趨增高，參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合和貼近現(xiàn)代CAD 中的概念設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)思想，并可提高設(shè)計(jì)與分析的柔性，因此車身模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)經(jīng)成為車輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是以一種全新的思維方式來進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)和修改設(shè)計(jì)的方法[1]。目前傳統(tǒng)的手工造型方法已被建立在各種先進(jìn)的造型建模軟件基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)輔助造型方法所取代，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠快速吸收國外汽車車身設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)，快速響應(yīng)市場(chǎng)，提高我國自主設(shè)計(jì)開發(fā)汽車的能力，提高汽車產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。1.3.2 基于知識(shí)工程的汽車設(shè)計(jì)的發(fā)展人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)與現(xiàn)有的、傳統(tǒng)的 CAD 技術(shù)相結(jié)合開發(fā)一些專用的 CAD 軟件和程序模塊是今后 CAD 發(fā)展的必然趨勢(shì)。知識(shí)工程（KBE，Knowledge Based Engineering）是人工能領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它研究的主要內(nèi)容包括知識(shí)的獲取、知識(shí)的表達(dá)知識(shí)庫的構(gòu)造、知識(shí)的自動(dòng)獲取和更新等，其核心是如何運(yùn)用知識(shí)來解問題。知識(shí)工程實(shí)質(zhì)上是突破了簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，把經(jīng)驗(yàn)和推理合起來，將邏輯思維和形象思維結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的智能化。KBE系統(tǒng)存儲(chǔ)產(chǎn)品模型包含幾何、非幾何信息以及描述產(chǎn)品如何設(shè)計(jì)、分析和制造的工程8準(zhǔn)則。知識(shí)工程是研究知識(shí)信息處理的學(xué)科，提供開發(fā)智能系統(tǒng)的技術(shù)，是人工智能、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)理邏輯、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科交叉發(fā)展的結(jié)果。KBE 系統(tǒng)將重復(fù)的設(shè)計(jì)和工程任務(wù)自動(dòng)化，縮短了產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，將設(shè)計(jì)、分析、制造集成起來實(shí)現(xiàn)并行工作。使用 KBE 建立模型可以將幾何造型與分析等結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科優(yōu)化，并確切地進(jìn)行可行性評(píng)估，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)踐、過程經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)信息進(jìn)行數(shù)字化獲取和重用，從而提高自動(dòng)化過程的效率。1.3.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)的要求越來越高，但是相對(duì)越來越低的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)成本、大大縮短的設(shè)計(jì)周期，要求對(duì)汽車設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鈑金成型以及 NVH 的研究在設(shè)計(jì)過程中就應(yīng)該介入，傳統(tǒng)的后期介入會(huì)浪費(fèi)大量的費(fèi)用，設(shè)計(jì)周期很長，這在愈發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)逐步淘汰。軟件工具的應(yīng)用使設(shè)計(jì)中期的分析工作開展成為可能。在計(jì)算機(jī)中不但可以對(duì)車身外觀及內(nèi)飾建立數(shù)字模型，而且可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤等其它零部件建立模型，并直接進(jìn)行有限元分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/分析、甚至虛擬裝配、虛擬風(fēng)洞試驗(yàn)等，使得設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建虛擬的電子樣車并進(jìn)行試驗(yàn)，能在實(shí)際生產(chǎn)前預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，提高了效率，降低了成本。通常各零件模型分類存放在大型數(shù)據(jù)庫中，以后對(duì)車型做改進(jìn)時(shí)可直接到數(shù)據(jù)庫中匹配類似的零部件，修改其相關(guān)參數(shù)即可滿足要求，無需重新設(shè)計(jì)，非常有利于車型的系列化，生產(chǎn)商應(yīng)對(duì)迅速變化的市場(chǎng)的能力也強(qiáng)得多。自從上世紀(jì) 70 年代，隨著計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的迅速發(fā)展，車身設(shè)計(jì)過程中部分或全程引入計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)(CAD/CAM 軟件)，在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車身三維數(shù)字化模型，以“ 所見即所得 ”的交互方式完善設(shè)計(jì)方案，是現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。其基本流程：經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，形成車型的整體要求；制作手繪效果圖，也可利用計(jì)算機(jī)輔助軟件繪制；制作縮比例模型及 1:1 主模型；以三坐標(biāo)掃描或激光掃描的方式在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建車身數(shù)字模型；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建 A 級(jí)模型；生成 NC代碼，生產(chǎn)樣車。1.3.4 汽車車門的設(shè)計(jì)流程車門是汽車車身結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，同時(shí)相對(duì)獨(dú)立，是供乘員或貨物進(jìn)出的必要通道。車門設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整車的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘坐空間等諸方面的優(yōu)劣。車門主要由車門內(nèi)外板、內(nèi)飾板、加強(qiáng)梁、加強(qiáng)板、車門玻璃及升降器、門鎖、9內(nèi)外手柄、車門鉸鏈、限位器、車門密封條和車門開關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車門從布置到設(shè)計(jì)再到制造，每一個(gè)環(huán)節(jié)考慮的因素都比較多，既要保證車門與整車的協(xié)調(diào)一致，還要保證車門本身的技術(shù)要求。很多時(shí)候，各個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)循環(huán)反復(fù)的過程，造成了傳統(tǒng)的車門設(shè)計(jì)難度與周期很長。車門設(shè)計(jì)必須走流程化的道路，并且要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)做早期的判斷分析、循環(huán)優(yōu)化，是目前我們公司正在努力探索的一個(gè)方向。車門結(jié)構(gòu)分析的早期介入，可以及早解決因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的機(jī)能件運(yùn)動(dòng)干涉、鈑金成型性差、總成的振動(dòng)特性無法滿足整車 NVH 的需要，避免后期修改造成的資金與時(shí)間上的大量浪費(fèi)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，結(jié)合知識(shí)工程，各大汽車公司紛紛建立了自己的研發(fā)流程，確立了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。長期以來，車門設(shè)計(jì)一直是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，使得車門設(shè)計(jì)的后期分析可以提前到設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行，使設(shè)計(jì)的難度降低。車門設(shè)計(jì)兼顧的方面多、初期布置復(fù)雜、需要有豐富的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，基于流程與知識(shí)的車門布置很好的解決了這個(gè)問題。所以本課題以某款新車的開發(fā)為例，在該領(lǐng)域做一些研究是很有意義的。1.4 本課題的研究內(nèi)容本課題研究是以花冠汽車開發(fā)項(xiàng)目為依托、以 CAD 為軟件平臺(tái)，在開發(fā)過程中從造型數(shù)據(jù)模型確立，到前車門各個(gè)機(jī)能件選型，結(jié)構(gòu)布置，直到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，并結(jié)合工藝、工裝的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，建立起一套完善的車門設(shè)計(jì)解決方案。10第 2 章 車門的相類型與相關(guān)的組成要求2.1 花冠轎車車門參數(shù)化設(shè)計(jì)要求汽車車門的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，是通過參數(shù)化設(shè)計(jì)采用幾何約束控制產(chǎn)品形狀的幾何特征，改變約束可迅速獲得不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，提高設(shè)計(jì)效率，有助于減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一，主要是通過改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)，只需要根據(jù)某些具體的條件和參數(shù)來決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計(jì)的柔性，并在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達(dá)、約束求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。它允許尺寸欠約束的存在，設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)過程相對(duì)寬松。在車門設(shè)計(jì)的布置設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品的內(nèi)部機(jī)能件主要位置、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)難以具體化，設(shè)計(jì)師關(guān)心的是產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、主要尺寸關(guān)系，因此無法采用具體尺寸繪圖設(shè)計(jì)。參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)可以在布置設(shè)計(jì)過程中通過捕捉模型中存在的關(guān)系及其定義的參數(shù)化的位置點(diǎn)來捕捉機(jī)能件的位置，同時(shí)也允許對(duì)零件進(jìn)行反復(fù)地編輯，允許用戶試探不同的設(shè)計(jì)方案或生成不同的位置版本和零件版本，對(duì)位置的編輯可以簡(jiǎn)單地通過改變草圖的關(guān)系來完成，如在鉸鏈布置時(shí)，通過改變幾個(gè)不同方向上的草圖上的幾個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行重新計(jì)算，就可以完成新的設(shè)計(jì)，非常簡(jiǎn)便。2.2 車門的結(jié)構(gòu)類型一般來講，乘用車車門分為帶窗框車門和無窗框車門（Frameless GlassConstruction，多見于高檔跑車，俗稱硬頂車）兩大類，其中帶窗框車門又可以分為整體式（Full Stamped Inner and Outer Panel Construction，即內(nèi)外門板帶著窗框部分一起沖壓成型）和獨(dú)立窗框（Loose Upper Frame Construction，即窗框部分與窗口線以下的內(nèi)外板分別成型）兩大類，如圖 2.1 所示。11實(shí)際上車門還可以做更細(xì)致的區(qū)分，現(xiàn)在按照以下分類對(duì)各個(gè)類型的優(yōu)缺點(diǎn)略做評(píng)述。2.2.1 內(nèi)、外板整體沖壓成型式車門1)外板整體沖壓成型式車門（Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分進(jìn)入到車頂區(qū)域（into roof，從外觀看，就是車門上部有面共享了車頂面） 。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛性好，密封性好，在整條 J－Line（就是指車門在關(guān)閉時(shí)，車門上與車身接觸的密封條區(qū)域，總裝車間一般稱為“頭道” ）上可以作出對(duì)結(jié)構(gòu)有利的拔模斜角。缺點(diǎn)：廢料多；增加了密封成本：如沿著車頂與車門邊的密封，沿著風(fēng)窗與車門邊的密封；不具備整形能力。2)內(nèi)、外板整體沖壓成型式車門（Full Stamped Inner and Outer Panel）－窗框部分側(cè)向暴露（exposed on side，相對(duì)于上面類型） 。2.2.2 窗框內(nèi)藏式車門（Frame Under Glass）該類型又可以分為兩類：一類是門內(nèi)板整體沖壓（Full Stamped Inner） ，質(zhì)量與密封性都好，而且 J-line 的工藝性拔模也可以做，外觀當(dāng)然極像無窗框式車門的新穎前衛(wèi)；但是內(nèi)板仍然要產(chǎn)生許多廢料，密封性有待改善。整體沖壓的內(nèi)板剛度大，免去焊接的麻煩，尺寸精度高。另一類是獨(dú)立窗框（Loose UPR Frame）廢料率低，質(zhì)量也好，左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型，外觀優(yōu)勢(shì)同上。但凡獨(dú)立窗框，裝配時(shí)產(chǎn)生的問題是無法避免的，而且因?yàn)闈L壓的窗框，使得密封形式的選擇有限，會(huì)導(dǎo)致潛在的密封性能問題2.2.3 獨(dú)立窗框式車門（Loose Upper Frame）優(yōu)點(diǎn)：廢料率同樣能降至最少；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型；該類型車門具備整形能力；門質(zhì)量好。缺點(diǎn)：可裝配性差，會(huì)產(chǎn)生匹配上的這樣那樣的問題（諸如 gap、flush 等等） ；限制了主密封樣式的選擇范圍，而且也存在密封性差的潛在問題。。2.2.4 無窗框車門（Frameless Glass）優(yōu)點(diǎn)：造型前衛(wèi)時(shí)尚，且外觀上各處配合對(duì)消費(fèi)者很是養(yǎng)眼；因?yàn)闆]有窗框部分的金屬板材，內(nèi)外板沖壓成型不必考慮此處廢料損失，可將廢料率降至最低；左右內(nèi)（外）板可以在一個(gè)模具中成型；該類型車門具備整形能力。缺點(diǎn)：窗玻璃的穩(wěn)定性差（當(dāng)玻璃在 full up 位置時(shí)，至少在門肚子里留有露出部分的三分之一長度，否則容易失穩(wěn)） ；門肚子里需要有額外的支架來保持玻12璃的穩(wěn)定性；當(dāng)然這些都會(huì)增加產(chǎn)品成本，而且造成門密封性先天不足，為了改善其密封性，不得不花更多代價(jià)；除此之外，車身腰線（Belt line）也被抬高。圖 2.1 車門結(jié)構(gòu)型式2.3 車門的組成車門基本構(gòu)成分為鈑金件、機(jī)能件、密封件、裝飾件與電器線束件五大類，下面分別說明。本設(shè)計(jì)采用分體式車門結(jié)構(gòu)，外板上集成窗框，內(nèi)板與車門框架集成一體，外、內(nèi)板之間焊接連接。車門附件均參照現(xiàn)有成熟結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的具體部件包括：鉸鏈、限位器、后視鏡、外板、內(nèi)板、門鎖、門玻璃、玻璃升降器、防撞梁及密封等。2.3.1 車門鈑金車門鈑金一般分為車門外板、內(nèi)板、外板加強(qiáng)板、防撞梁、內(nèi)板加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板、鎖加強(qiáng)板、鉸鏈支座、窗框（如果為滾壓窗框） 、窗框安裝支架、玻璃前后導(dǎo)槽、導(dǎo)槽安裝支架等，如圖 2.2 所示。13圖 2.2 車門鈑金總成1)車門外板車門外板是汽車覆蓋件中極為重要的部件之一,是車身上的活動(dòng)部件,對(duì)其剛性及表面質(zhì)量要求很高;它是典型的具有復(fù)雜型面的大型板料沖壓件。一般對(duì)車門外板的質(zhì)量要求高：外觀表面光順平滑,棱線清晰,周邊尺寸精度 0.7mm,剛性好。由于門外板是一種平坦淺拉延件。成形時(shí)凸模表面與毛坯以大平面接觸,由于平面上的拉應(yīng)力很低,材料得不到充分的塑性變形，所以車門外板剛性差，一般選擇外板材料時(shí)，考慮硬質(zhì)板材，如圖 2.3 所示。車門外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點(diǎn)焊、粘接及咬合等方法。圖 2.3 車門外板14如圖 2.3.1 所示。車門外板采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的薄鋼板材料（厚度為 1 mm）經(jīng)沖壓、輥壓等工藝制成。因車門外板是車身外表面件，中部不應(yīng)該有焊點(diǎn)，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就差，行車時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)噪音，因此必須對(duì)外板剛度進(jìn)行加強(qiáng)，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計(jì)加強(qiáng)梁，與外板柔性粘接。2)車門內(nèi)板內(nèi)板是車門附件主要的安裝機(jī)體，許多主要受力件均安裝在內(nèi)板上，如鉸鏈、限位器、門鎖等，為增加連接部位強(qiáng)度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設(shè)置加強(qiáng)板。車門內(nèi)板是車門中所有主要部件的安裝載體，其結(jié)構(gòu)形狀的構(gòu)建也是我們本課題研究的重點(diǎn)之一。在車門靠近車身 A、B 柱一側(cè)，由于需要考慮車門的下沉及鉸鏈等結(jié)構(gòu)的安裝此處剛度和強(qiáng)度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為 1.6mm 或 1.4mm 的高強(qiáng)板，其余部分采用了 0.7mm 的鋼板，這樣在保證車門內(nèi)板必要的剛度和強(qiáng)度性能時(shí)又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖 2.4 所示。圖 2.3.1 外板的剛度加強(qiáng)15圖 2.4 車門內(nèi)板（左側(cè)：高強(qiáng)板，用于鉸鏈加強(qiáng)板，右側(cè)：一般材料）鉸鏈加強(qiáng)板的型式多樣，一般根據(jù)性能與成本的需要來選擇，如圖 2.5 所示。圖 2.5 鉸鏈加強(qiáng)板型式3)內(nèi)外板加強(qiáng)板一般車門鈑金結(jié)構(gòu)中都有內(nèi)外板加強(qiáng)板，起到增加車門內(nèi)外板在窗框處的剛性的作用，同時(shí)也可以作為正面碰撞時(shí)的力的傳遞途徑之一，將作用在門框上的力合理地向后傳遞。當(dāng)然也有的車中取消了該加強(qiáng)板，如圖 2.6、圖 2.7 所示。16圖 2.6 車門外板加強(qiáng)板圖 2.7 車門內(nèi)板加強(qiáng)板4)車門內(nèi)的防撞鋼梁車門防撞梁（桿） （Side Impact Beam,Door Beam） ，也叫側(cè)門防撞梁（桿） ，是指在車門內(nèi)部結(jié)構(gòu)中加上橫梁（從外面看不到） ，用以加強(qiáng)車輛側(cè)面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高側(cè)面撞擊時(shí)的防撞抵抗力，以提升側(cè)面的安全?；趥?cè)面撞擊的概率，消費(fèi)者在選購車子的時(shí)候，一定把防側(cè)撞鋼梁這一項(xiàng)重要的安全配置考慮進(jìn)去。車門防撞作為一種額外吸能保護(hù)，可以降低乘員可能遭受的來自外部的力量。事17實(shí)證明，車門防撞梁在車輛撞擊固定物體（比如樹木）時(shí)的保護(hù)效果非常明顯。依據(jù)美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，車門防撞梁在 2002 年拯救了994 名事故受害者。車門防撞梁的形狀：一般分為管狀和帽形兩種；日韓車常用管狀車門防撞梁（一般情況下兩端有支架，用于連接固定防撞梁與車門，而歐美車門常用帽形防撞梁，一般直接焊接在車門上） ；管狀防撞梁主要是圓管，也有矩形管、梅花形管、橢圓形管等，這要綜合考慮許多因素，如車門內(nèi)部空間，吸能設(shè)計(jì)等；而帽形防撞梁主要有單帽形狀（U 形）和雙帽形狀（m 形） ；車門防撞梁的布置方式：最常見的是對(duì)角線布置方式，也有垂直布置的。車門防撞梁的吸能效果主要與以下幾個(gè)因素有關(guān)：a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——這是最重要的一點(diǎn)，一般來說，帽形防撞梁的吸能效果比管狀防撞梁好；另外，雙帽形結(jié)構(gòu)一般比單帽結(jié)構(gòu)要好；當(dāng)然，還有帽形結(jié)構(gòu)的高度，與A/B/C 柱、車門檻等的匹配等都至關(guān)重要；b)材料的強(qiáng)度——人們通常以為里面的管子是普通水管之類的，其實(shí)不然；一般日韓車中所用的管子抗拉強(qiáng)度高達(dá) 1400-1570MPa（目前有些國內(nèi)品牌車是用的較為普通的管子） ，是普通管子強(qiáng)度的 4 倍以上；而歐美車中常見的帽形防撞梁的抗拉強(qiáng)度一般為 1000-1600MPa；c)材料的厚度——當(dāng)然是材料越厚，吸能效果越好（不考慮與 A/B/C 柱、車門檻的匹配） ，吸能效果與材料的厚度成正比。圖 2.8 M 型管柱式防撞梁結(jié)構(gòu)示意圖 2.8 為 M 型管柱式側(cè)門防撞梁，采用特殊材料的鋼材，大大提高了車門的抗18扭性，保證了駕乘人員的安全。5)鉸鏈支座車門鉸鏈支座是安裝在車門內(nèi)板上的鉸鏈座凸焊螺母的安裝載體，通常形狀簡(jiǎn)單，板材比較厚，如圖 2.9 所示。圖 2.9 鉸鏈支座6)車門窗框單獨(dú)對(duì)于窗框而言，我們可以簡(jiǎn)單分為幾大類：與內(nèi)外板同體式窗框、一體閉合式窗框、多體式窗框、滾壓窗框，如圖 2.10 所示。圖 2.10 窗框結(jié)構(gòu)型式與內(nèi)外板同體式窗框在很多的小型車中有比較普遍的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，窗框由于與車門內(nèi)外板一體，所以剛性較好，工藝性也比較容易控制，缺點(diǎn)是材料利用率低；一體閉合式窗框由于窗框結(jié)構(gòu)閉合式，所以結(jié)構(gòu)剛性好；多體式窗框在一些較早的車型上出現(xiàn)，成型工藝簡(jiǎn)單，但是裝配誤差不容易控制。滾壓窗框（如圖 2.11 所示）的滾壓截面較為復(fù)雜，而且歐美日德的結(jié)構(gòu)各不相同，如很多日系車沒有 belt pnl，即窗框加強(qiáng)板，前后兩個(gè)腳沒有加強(qiáng)板連接，剛度和安全性都不太好；歐美系車大多數(shù)車窗框都帶有加強(qiáng)板窗框。滾壓窗框一般要經(jīng)過滾壓、拉彎或扭彎、沖切、點(diǎn)焊或氬弧焊（焊接總成） 。一19般后門獨(dú)立窗框的滾壓件較難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)車型在 C 柱有很大的彎曲弧度，超過 90度，有的是分成兩件滾彎，再焊接，容易造成焊接面的面差，批量生產(chǎn)難以滿足；有的是一道彎曲，但是受材料流動(dòng)和成型工藝控制影響，會(huì)有縮頸或擴(kuò)口，修整調(diào)整模具也很難解決問題，除非更改造型或更換材料。(a) 窗框（滾壓）(b) 玻璃導(dǎo)槽圖 2.11 滾壓窗框2.3.2 車門機(jī)能件車門機(jī)能件包括車門鎖、車門外手柄、車門內(nèi)手柄、車門玻璃、玻璃升降器、車門限位器、車門鉸鏈等。1)車門鎖一個(gè)完整的汽車門鎖系統(tǒng)必須能實(shí)現(xiàn)內(nèi)開啟、外開啟、內(nèi)鎖止保險(xiǎn)、外鎖止保險(xiǎn)20及鎖緊車門的功能，因此汽車門鎖是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能要求多的組合系統(tǒng)。門鎖看成是由多個(gè)構(gòu)件組成的運(yùn)動(dòng)鏈系統(tǒng)，應(yīng)用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪法畫出在鎖緊狀態(tài)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖所示，從而為機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析及力分析提供依據(jù)。外開啟機(jī)構(gòu)鎖體機(jī)構(gòu)內(nèi)開啟機(jī)構(gòu)鎖緊機(jī)構(gòu)圖 2.11.2 門鎖系統(tǒng)組成原理框圖從圖2.11.1中可以清楚地看出整個(gè)車門鎖有如下幾部分機(jī)構(gòu)組成：(1) 鎖緊機(jī)構(gòu)部分，即圖中鎖鉤20、擋塊兒組成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)關(guān)閉車門時(shí)，鎖鉤從擋塊兒的開口方向進(jìn)入帶動(dòng)鎖鉤擺動(dòng)至圖示的嚙合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鎖緊動(dòng)作；(2) 外開啟機(jī)構(gòu)部分為外拉式手柄，是一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件是外開啟手柄；(3) 內(nèi)開啟機(jī)構(gòu)部分，由構(gòu)件11等機(jī)架組成，為一空間四桿機(jī)構(gòu)，內(nèi)開啟手柄與擺桿的運(yùn)動(dòng)處在兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)，原動(dòng)件是內(nèi)開啟手柄。 門鎖是重要的安全件。由兩個(gè)零件構(gòu)成，一個(gè)零件固定在車門上，另一個(gè)零件固定在車身上，通過門閂阻止車門向外打開，通過簡(jiǎn)單的杠桿運(yùn)動(dòng)或壓撳按鈕的動(dòng)作將它們脫開。門鎖作為汽車車身上使用最頻繁的部件之一，具有功能性和裝飾性的雙重作用。隨著我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)門鎖的安全性、輕便性、車門關(guān)閉和開啟無聲、美觀等方面不斷提出新的更高的要求，促使大量新型門鎖產(chǎn)生，如圖 2.12所示。圖 2.11.1 鉤簧鎖結(jié)構(gòu)圖21圖 2.12 車門鎖系統(tǒng)車門鎖的基本作用有兩點(diǎn)：其一是栓緊作用。門鎖必須工作可靠，在正常關(guān)閉車門后，除非轉(zhuǎn)動(dòng)或拉車門手柄，以及按鈕等正常操作，否則用其它外力不能打開車門，因而在汽車行駛時(shí)不會(huì)因振動(dòng)和沖擊使車門打開。其二是防止外人侵入的鎖緊作用。車門鎖的性能要求：1)易于制造，成本低；2)車門開啟與關(guān)閉輕便、靈活；3)磨損小，保證足夠的使用壽命；4)工作可靠，門鎖必須可靠地將車門鎖緊，在汽車行駛時(shí)車門不允許自動(dòng)打開；5)操縱內(nèi)、外手柄時(shí)車門能輕便打開；6)設(shè)有鎖止機(jī)構(gòu)。當(dāng)鎖止時(shí)，如按下鎖鈕或外手柄處于鎖止?fàn)顟B(tài)時(shí)，搬動(dòng)車門內(nèi)、外手柄，不能打開車門。在車外只有使用鑰匙才能打開車門，在車內(nèi)只有先拉起鎖止按鈕才能打開車門；7)當(dāng)車門開著，鎖止按鈕按下時(shí)，此時(shí)關(guān)閉車門撞動(dòng)鎖爪，即可通過聯(lián)動(dòng)桿來解除鎖止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)可以防止由于鑰匙遺忘在車內(nèi)而打不開車門；8)當(dāng)車門處于全鎖緊狀態(tài)時(shí)，車門鎖能經(jīng)受一定的縱向載荷、橫向載荷和沖擊慣性力的作用，從而不因汽車碰撞、翻車、顛簸而使門鎖失靈；根據(jù)車門鎖的結(jié)構(gòu)類型，門鎖按其結(jié)構(gòu)大致可分為舌式、棘輪式和凸輪式。舌式鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，易于制造，對(duì)車門的安裝精度要求低，常見于載荷汽車和大客車，如 CA15、EQ140、NJ130 等。但由于彈簧力大，操縱笨重，不能承受縱向載荷，僅能承受開門方向的載荷，故現(xiàn)已在汽車上淘汰。棘輪式門鎖的特點(diǎn)是鎖內(nèi)有一套制楔機(jī)構(gòu)，它由鎖鉤(棘爪)、棘輪組成。按門腔22外部的鎖拴與門柱上的擋塊形式不同，又可分為轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。在選擇門鎖時(shí)，應(yīng)考慮新車型及使用條件，對(duì)于輕型客車，一般在較好的路面上行駛，并且制造條件也較好，故可選用操縱輕便的轉(zhuǎn)子鎖和卡板鎖。對(duì)于越野車，主要是在不平路面上行駛，道路條件不好，主要考慮可靠性，可選卡板鎖。對(duì)于載貨車，除了滿足門鎖的一般要求外，應(yīng)選用工藝簡(jiǎn)單，成本低的結(jié)構(gòu)。2)車門內(nèi)外手柄外手柄有旋轉(zhuǎn)式、掀拉式、按鈕式、手摳式等。旋轉(zhuǎn)式外手柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少，但手柄易歪斜，脫落，影響汽車外形美觀。按鈕式外手柄結(jié)構(gòu)可靠，零件數(shù)稍多，同時(shí)當(dāng)車門鎖開啟力大時(shí)，手指明顯有開啟沉重感。掀拉式外手柄平時(shí)隱藏在車門外板內(nèi)，不易被碰壞，但轉(zhuǎn)軸易壞。手摳式外手柄是近年來出現(xiàn)的新款式，可以安裝的與外板齊平，使其不產(chǎn)生危險(xiǎn)性，也有利于減小空氣阻力，如圖 2.13 所示。門鎖的內(nèi)手柄有旋轉(zhuǎn)式、掀拉式、按鈕式和手摳式。從安全考慮，最好內(nèi)手柄布置在車門內(nèi)飾里或扶手下面不易碰到的位置。手摳式內(nèi)手柄就是凹進(jìn)車門內(nèi)板之內(nèi)而與內(nèi)飾板平齊，外觀漂亮，不會(huì)碰開車門，安全可靠，如圖 2.14 所示。圖 2.13 掀拉式車門外手柄圖 2.14 手摳式車門內(nèi)手柄3)車門玻璃23目前幾乎所有車門玻璃都采用鋼化曲面玻璃。曲面玻璃在轎車上得到了廣泛的應(yīng)用，曲面玻璃可以有效的利用車內(nèi)空間，減少車門厚度，并且外形美觀，使車身更趨于流線型，車室內(nèi)的寬度也有所增大。但曲面玻璃在制造上有一定的難度，并且在升過程中容易發(fā)生卡滯，一般將曲面玻璃的球面弦高控制在 4mm 以下。轎車車門玻璃面主要分為五種類型：a)圓柱面玻璃——這種玻璃生產(chǎn)的工藝比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)整車的造型美觀方面影響較大，不夠美觀；b)斜圓柱玻璃——在布置玻璃圓斷面方向時(shí)盡可能與玻璃導(dǎo)槽的方向保持一致，導(dǎo)槽的模擬就是一個(gè)圓弧，玻璃的升降過程比較順暢，運(yùn)行流暢；c)圓環(huán)面玻璃——這種玻璃的滑槽的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單一些，因?yàn)榍谐鰜淼那€的曲率變化相對(duì)較小，所以運(yùn)行簡(jiǎn)單；d)啤酒桶面玻璃——很多玻璃均采用這種形式，相對(duì)于 b)和 c)，玻璃的生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜很多，但能提升車體的美觀；e)任意的 A 面——對(duì)于這種曲面的玻璃，主要就是去近似擬合一下滑槽，只要滿足相應(yīng)的要求就好了，但是自由曲面玻璃在制造上有一定的難度，并且在降過程中容易發(fā)生卡住現(xiàn)象。車門玻璃（如圖 2.15 所示）的形狀、大小、位置的確定是順利實(shí)現(xiàn)玻璃升降布置的前提，也是車門布置的重要內(nèi)容。玻璃形狀和窗口處造型形狀及窗框結(jié)構(gòu)密切相關(guān)確定時(shí)應(yīng)本著盡量逼近外形的原則，并保證玻璃沿導(dǎo)軌順利升降。逼近外形是指車門玻璃的大小、形狀與車身造型所要求的窗口一致，并盡量使玻璃外表面與車身外表面貼近。首先玻璃中心線的曲率和趨勢(shì)應(yīng)逼近外表面線，其次是保證玻璃沿導(dǎo)軌順利升降，玻璃前后兩邊導(dǎo)軌平行且具有足夠的導(dǎo)向段，并要求導(dǎo)軌的曲率保持不變。傳統(tǒng)的柱面汽車車門玻璃（調(diào)質(zhì)玻璃，曲率 R=1210 mm）配合柱面導(dǎo)軌，其導(dǎo)軌為單一半徑圓弧，前后導(dǎo)軌為柱面上的等距線；其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)校核方便。24圖 2.15 車門玻璃4)車門玻璃升降器在車門及其附件設(shè)計(jì)中，車門玻璃及玻璃升降器是占有空間最大的部件，也是最重要的一個(gè)子系統(tǒng)。玻璃升降器的功能是保證車門玻璃平穩(wěn)升降，門窗能隨時(shí)并順利的開啟和關(guān)閉。它有著本身獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。玻璃升降器主要有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、止動(dòng)機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)等幾大部分組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，升降器可以分為繩輪式，軟軸式，叉臂式（如圖 2.16 所示） 。a)繩輪式由開關(guān)控制直流電動(dòng)機(jī)極性，使其做正反向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)做上下運(yùn)動(dòng)，通過中間各傳動(dòng)裝置起到升降玻璃的作用 。特點(diǎn)；重量輕，噪音小，設(shè)計(jì)也相對(duì)簡(jiǎn)單，制作容易，同時(shí)還有多種滑道進(jìn)行選擇.使用廣泛,大眾多款汽車使用此裝置。 b)叉臂式 由開關(guān)改變直流微電機(jī)極性，由電機(jī)傳動(dòng)軸上的小齒輪帶動(dòng)長臂上的扇形齒輪在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而改變長臂與短臂的夾角，起到升降玻璃的作用。 特點(diǎn)；適用于負(fù)載較大的車門玻璃，相對(duì)來說成本較低，豐田汽車多種車型應(yīng)用此設(shè)計(jì)。c)軟軸式由開關(guān)控制直流電動(dòng)機(jī)極性使其正反向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)做上下運(yùn)動(dòng)，再通過中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)螺旋形鋼絲軟軸，使其帶動(dòng)玻璃上下運(yùn)動(dòng)，起到升降玻璃的效果。特點(diǎn)；雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但制作工藝較復(fù)雜，大型車應(yīng)用較多。玻璃升降器是車門上主要附件之一，它帶動(dòng)玻璃上下運(yùn)動(dòng)占據(jù)門內(nèi)大量空間，在選擇玻璃升降器時(shí)應(yīng)考慮以下因素：車門造型特點(diǎn)、車窗開口大小、玻璃形狀和安裝方式等。大致有以下幾種類型：繩輪式、齒輪叉臂式、齒輪式和軟軸式等。本設(shè)計(jì)采用齒輪交叉臂式玻璃升降器，如圖2.16所示。其結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是比較堅(jiān)固、使用壽命相對(duì)較長，運(yùn)行穩(wěn)定（雙玻璃導(dǎo)軌設(shè)計(jì)） ，缺點(diǎn)是噪音相對(duì)較大。255)限位器車門限位器是車門運(yùn)動(dòng)開啟與關(guān)閉過程中的定位裝置，同樣是不可忽視的部件。設(shè)計(jì)風(fēng)格的不一致，限位器的結(jié)構(gòu)型式也分為兩類，一類拉桿式限位器（傳統(tǒng)形式）是一個(gè)獨(dú)立的限位系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低得到廣泛應(yīng)用，一般轎車上都使用此類，如圖 2.17 所示；另一類是凸輪機(jī)構(gòu)式限位器，限位器是與鉸鏈合在一起的，凸輪機(jī)構(gòu)式限位器可以更好的解決檔位不清，較易滿足力矩要求和開啟角度要求，以及實(shí)現(xiàn)關(guān)門力的要求，而這種限位器的成本也自然高出很多。兩種類型限位器的作用都是一樣的。限位器具有以下功用：a)保護(hù)車門前邊框，防止與車身板金接觸；b)實(shí)現(xiàn)一定角度區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)開啟定位與自動(dòng)關(guān)閉車門；c)刮風(fēng)天，特別是車輛順風(fēng)開門時(shí)，它能保護(hù)車門，限制到一定程度、而不被損壞。圖 2.17 拉桿式限位器車門的開度限位器用以限制車門的最大開度，防止車門外板與車體相碰，還必須能使車門停留在最大開度，起著防止車門自動(dòng)關(guān)閉的作用。目前應(yīng)用的限位器類型有兩種：拉桿式限位器（傳統(tǒng)形式）和凸輪機(jī)構(gòu)式限位器（與鉸鏈一體） 。本設(shè)計(jì)采用拉帶式限位器，由于彈簧力作用，滾輪壓在限位桿，當(dāng)門的開度到滾輪被拉過限位桿上的凸起時(shí)，由于限位桿端頭的橡膠緩沖塊與限位盒殼相碰而使門限制在最大開度。圖 2.16 齒輪交叉臂式26限位器的具體結(jié)構(gòu)尺寸：限位拉桿長 280 mm、寬 12 mm、厚 10 mm，滾輪D=15 mm×2。限位器的拉伸強(qiáng)度校核由于限位拉桿圓孔對(duì)桿的截面面積的削弱，所以要對(duì)桿進(jìn)行拉斷校核。為此，先將拉桿端部截開，在截開的截面上有拉應(yīng)力 σ，假定它是均勻分布的，其合力為N1，由平衡條件可知：N 1 = P 根據(jù)軸向拉伸強(qiáng)度校核公式：（3-8）][1???AN式中 A 是被切開桿的橫截面積的凈面積，為（3-9）)(db??將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得：（3-10）MPdbPAN30][2510)82(10)(61 ??????????故所設(shè)計(jì)的限位桿滿足拉伸強(qiáng)度要求。6)車門鉸鏈車門鉸鏈主要包括固定部分(即鉸鏈座，固定在門框上)、活動(dòng)部分(安裝在車門上)和鉸鏈軸。從結(jié)構(gòu)型式上區(qū)分，車門鉸鏈一般可以分為明鉸鏈和暗鉸鏈。a)明鉸鏈——明鉸鏈的旋轉(zhuǎn)軸心在車身外表面的外面。優(yōu)點(diǎn)：為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；體積小、重量輕；調(diào)整車門和鉸鏈拆裝容易。缺點(diǎn)：鉸鏈暴露在外，增大了風(fēng)阻系數(shù)；影響車的美觀，易刮碰。明鉸鏈在卡車、吉普車、軍車上都有應(yīng)用。b)暗鉸鏈 ——暗鉸鏈的旋轉(zhuǎn)軸心在車身外表面的里面。圖 2.17.1 限位器結(jié)構(gòu)圖27優(yōu)點(diǎn)：是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，連接可靠，車門不易下沉；鉸鏈不外露，不破壞車身側(cè)面造型。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、重量重、安裝調(diào)整不方便。轎車的車門鉸鏈出于美觀和空氣動(dòng)力學(xué)的要求，都采用暗鉸鏈。暗鉸鏈又有臂式和合頁式之分。臂式鉸鏈的鉸鏈軸安裝在門柱上，要求門柱粗大，優(yōu)點(diǎn)是開門時(shí)車門外移，發(fā)生干涉的可能性小。合頁式鉸鏈的鉸鏈軸安裝在門柱之外，與臂式鉸鏈相比，具有質(zhì)量輕、剛度好、結(jié)構(gòu)緊湊、裝配關(guān)系簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在廣泛采用。從制造工藝上區(qū)分，車門鉸鏈又可以分為壓鑄式鉸鏈與鍛壓成型鉸鏈，如圖 2.18所示。壓鑄式鉸鏈剛度強(qiáng)，承載能力大，通用性好，但是成本比較高，在歐美一些比較大型的轎車上有應(yīng)用；鍛壓成型鉸鏈在日韓系車上比較常見，通用性也很好，但是剛度不如壓鑄式鉸鏈。28圖 2.18 鍛壓式車門鉸鏈鉸鏈?zhǔn)擒囬T與車身連接的關(guān)鍵部件，同時(shí)也是車門上一個(gè)重要的活動(dòng)部件。通常車門鉸鏈采用強(qiáng)度適當(dāng)、沖壓性能好的鋼板材料（通常厚度為 4 mm）沖壓而成，并使用螺栓緊固。車門鉸鏈的設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、工作可靠、成本低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也是鉸鏈設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。圖 2.181 為鉸鏈的受力分析圖，其中 R 為手柄上的力沿豎直方向的分力，P 為車門重力，S、 Q 為鉸鏈處的受力沿豎直和水平兩個(gè)方向的分力。29本設(shè)計(jì)中選用的設(shè)計(jì)參數(shù)分別為：b = 400 mm d = 880 mm 鉸鏈軸線：后傾角=0° 內(nèi)傾角 =2° 緊固件：M 10 × 2 & M 8 × 2由車門受力關(guān)系可得：S= 2RP?Q= bda見斷面B —B, ，由材料力學(xué)理論可知，本結(jié)構(gòu)中的剪應(yīng)力可以忽略（即忽th?略S的作用） ，則下鉸鏈處的應(yīng)力可表示為：σ1= = =yWMlht62Q2)Rda(btlP?已知：g=10 N/kg P=260 N R=0 N（掀拉式外手柄受力水平向上） 則： S8903???NbRdP103254.01a????σ下鉸鏈 = = =yWMlht62Q2)(tl? 721.8.6.6.)(6????鉸鏈的具體結(jié)構(gòu)尺寸為：鉸鏈軸長為46 mm，固定葉板長74 mm、寬80 mm，活動(dòng)頁板長116 mm、寬32 mm，鉸鏈軸直徑8 mm，活頁鋼板厚度4 mm、寬度12 mm。圖 2.181 鉸鏈的受力分析圖