车门铰链轴线内倾角设计探析

车门铰链轴线内倾角设计探析

作者：张朝林

来源：《时代汽车》2019年第04期

摘要：车门铰链轴线是车门设计的核心部位，同时也是检验车门造型可行性的重要依据，是整个车门附件布置的基础所在。随着人们生活水平的提升，不论是从汽车产品的性能还是整体品质来讲，人们的汽车消费需求越来越多，而作为相对独立的部分，车门的设计更是备受关注。而对于汽车制造行业来讲，车门铰链轴线布置是设计人员需要考虑的重要因素，本文以此为背景，重点对车门铰链轴线内倾角设计要点进行了分析。

关键词：车门铰链;轴线;内倾角

1 车门铰链轴线设置关键影响要素

1.1 车门铰链轴线倾角

车门铰链轴线倾角主要分为内倾角、外倾角、前倾角和后倾角。内倾角和后倾角主要是为车门开启提供势能、为关闭车门提供自动关闭能量，其中铰链轴线内倾角提供的关门能量最具明显。

铰链间距指的是车门上下铰链中心平面距离，在汽车空间允许的条件下，间距越大产生的效果越好，因为间距越大，车门铰链在x方向上的受力也会越小，这样可以避免车门下沉，提升车门刚度。然而在设计过程中，可能会受到整车外观设计、钣金成形性等因素的限制，所以铰链间距实际上无法达到最理想的状态。

1.2 车门最大开度

所谓车门最大开度实际上指的是车门能够打开的最大角度，通常最大开度就是限位器的最大限位角度（一般在65-75°），铰链的最大开度是其具备的限位角度，通常车门最大开度为3°。校核角度是车门运动校核角度，通常在铰链最大开度基础上增加2-4°。

1.3 车门提升量

车门开启的时候，Z向向上的运动趋势让车门产生势能，关闭车门时，势能转化为关门能量，即为车门提升量，也就是Z向产生的高度差，通常前门提升量在12.7-13.3mm之间，因为后门重量要大于前门，所以提升量也较大，在20.3-27.94mm之间。

1.4 车门开关方便性评价指标

1.4.1 静态关闭力

所谓静态关闭力指的是车门从半锁状态到全锁状态的过程中，车门外把手拉置需要的操作力，静态关闭力的测量需要借助维力计，量程为500N。

1.4.2 瞬时最小关闭速度

瞬时最小关闭速度指的是车门在关闭的时候，能够让车门达到全锁状态的最小关闭速度。量化评价主要是测量车门在全锁位置的最小瞬时速度，当然在具体的测量中，需要使用光学测速仪经过多次的实验测量，才能获取最小关闭速度。

1.4.3 车门开关方便性的影响因素

车门密封条反弹力、空气阻力、车门自身重力以及车门铰链限位器也是影响开关方便性的因素。例如密封条反弹力能够通过调整胶条泡管厚度和薄弱点等来实现最理想的压缩负荷，进而给乘客良好的车门开关体验;空气阻力通过汽车排气格栅数量、面积等射击使其达到自家装填;铰链限位器等结构的阻力通常很小，甚至可以忽略不计;车门自身的重力对车门开关方便性的影响主要体现在铰链倾角（内倾角），而这也是本文研究的重点方向。

2 车门铰链轴线内倾角设计

2.1 车门铰链原理

车门铰链也叫作合页，在车门开启的时候，支架和门型连门架开始相对转动，U型弹簧带着定位滚轮在扇形定位曲线上滚动，由于U型弹簧的存在，在滚动的过程中，定位滚轮在凸轮顶点移动过程中会对车门开启产生阻力，通过凸轮定点后在弹簧作用力下产生一定的助开力。当滚轮移动到定位凹槽时，凹槽会对车门产生定位作用，相反，关门的时候也会产生相应的阻力和助闭力。当滚轮到达最大限位卡时，车门打开到最大位置。

原理如图1所示：

其中：D为车门重心到铰链轴线的距离;

α为车门的开启角度;

η为车门关闭状态下车门重心到铰链轴线垂线和y平面的夹角;

G为车门关闭状态下的重心位置;

G'为开启角度α时车门重心位置;

G1、G2为车门重力在开启平面上的分力。

根据上面的原理图，车门自关力、自关力矩计算公式如下：

以上为车门自关力计算公式。

以上为车门自关力矩计算公式。

其中：α为车门的开启角度;

γ为车门铰链轴线内倾角。

2.2 车门铰链轴线内倾角设计应用

根据上面提到的车门轴线工作原理以及车门自关力、自关力矩计算公式，以下重点对车门铰链轴线内倾角设计应用进行分析，对于车门铰链轴线内倾角设计应用的分析本文借助某大质量汽车为例。

2.2.1 车门轴线倾角目标设定

车门轴线倾角设计之前，首先针对市场中已经存在的同一层次的汽车车门开关方便性进行了主观评价，与此同时还对这些车门的铰链轴线倾角做了三坐标测量，通过主观评价结果和三坐标测量结果可以看出，所有汽车的车门铰链轴线内倾角对于车门开关方便性产生的影响最大，通常内倾角大于2.5°的时候，车门操作更加便捷，如果内倾角小于2°，则操作方便性相对较差，内倾角在1°以下的时候车门操作便捷性最差。根据开关方便性主观评价以及最终的坐标测量结果，我们将该大质量车门铰链轴线内倾角目标设定为3°。

2.2.2 车门自关力矩计算

车门自关力矩计算过程按照上面的公式进行带入，带入的时候按照上面的自关力计算公式，分别对α去不同的数值，如α等于0、5、10....70，而相应的G1水平均为0.0，G2水平均为20.9N，通过将这些数据带入到计算公式中计算Mg水平，最终的结果发现，随着α的增加，在保证车门重力在开启平面上的分力不变的情况下，车门自关力矩会随着α的增加逐渐减小。具体计算结果如表1所示：

2.3 实物测量实验与主观评价结果

实际上从上面的车门自关力计算结果可以看出，实车重力矩测量结果与设计之初的计算结果基本上相同，之间不会存在较大的误差，而通过对车门重心位置、车门重量等参数的估算，最终得出该大质量汽车的车门开关方便性主观评价良好，既能够满足车辆应有的开关方便性，同时也能够达到最初主观评价效果。

3 结论

总的来讲，车门作为车辆上的重要运动件，通过车门铰链连接在整车车身上，铰链的存在对于车门开关方便性有重要的作用，而本文也重点对车门开关方便性的量化评价方法以及影响这种结果的主要因素进行了重点分析，同时对车门铰链原理、车门自关力、车门自关力矩计算公式做了简单介绍，并借助具体的车门设计实例分析了车门铰链倾角设计对于车门开关方便性以及主观体验影响的重要性，通过最终的分析结果可以看出，汽车车门铰链轴线内倾角对于车门开关方便性有决定性的影响，最终得出结论，如果内倾角小于2°，则操作方便性相对较差，内倾角在1°以下的时候车门操作便捷性最差，车门铰链轴线内倾角设计角度在2.5°以上的条件下，车门开关方便性能够达到理想的状态。

参考文献：

[1]胡建锋.基于CATIA的侧门铰链布置设计[J].汽车实用技术，2018（16）：143-145.

[2]高尚鹏，刘海根，邴建.乘用车车门铰链正向布置技术研究[J].北京汽车，2018（03）：33-37.

[3]刘漪青.车门铰链轴线布置方法[J].汽车与配件，2018（05）：75-77.