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《专用车推拉门设计方法》

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摘要：结合港口专用牵引车的推拉门设计开发过程,对专用汽车推拉门的设计开发过程进行了总结.通过试验,得到专用汽车推拉门的关闭舒适性评价指标；经过数学推导得到一种评价指标的理论计算方法,可应用于专用汽车推拉门及类似产品的设计开发、评价和理论验证计算.

关键诃：专用汽车推拉门设计方法评价指标验证计算

Abstract In accordance with the process of the sliding door design and development ofspecial port tractor, the sliding door of the special vehicle design and developmentprocess were summarized. A comfortable evaluation index of sliding door closing of thespecial vehicle was got; A kind of theory calculation method of evaluation index isobtained by mathematical deduction, which can be applied to special vehicle sliding doorand similar products design, development, evaluation and theory calculation.

Key words special purpose vehicle; sliding door; design method; evaluationindex; verify calculation

中图分类号：U463.83+4.02 文献标识码：A文章编号：1004-0226(2018)01-0084-07

1前言

目前,在国内专用汽车推拉门的设计中,关闭舒适性能方面的研究一直没有得到设计人员足够的重视,相关的评价指标没有确定,这给产品品质的评价和产品的设计开发带来一定的风险.车门关闭力是影响车门关闭舒适性的关键因素,关闭力的大小与车门的关闭速度成正比,研究均以速度这一指标进行.

下面以一港口专用牵引车驾驶室后车门的设计开发案例,对专用汽车推拉门设计开发过程进行总结.通过车门关闭速度试验对专用汽车推拉门舒适的关闭速度进行求解,并引入专用汽车推拉门的评价指标.

针对以往车门设计开发过程中,很多评价指标都要等到产品试制阶段,才能经过试验验证确定产品是否满足评价指标.这种产品开发模式风险高,时间长,成本高,已不能适应目前数字化时代的产品开发需求.为此,通过数学方法对专用汽车推拉门最小关门速度V进行计算推导,得出这一评价指标的理论计算分析方法.

2产品定义

2.1主要参数

港口专用牵引车驾驶室后车门的具体参数如下：车辆侧门离地高度为1 440 mm,且门侧脚踏空间不足,不利于乘员上下车,乘员主要利用后车门上下车,侧门主要用于传递单据.结合港口专用牵引车后车门的使用工况进行前期产品定义如下：

a．开启方式：推拉.驾驶室后侧有货箱,无法布置旋转门,为满足车门后部空间小且需满足乘员上下车的需求,故推拉门为最佳方案.

b．结构形式：框架式.开发时间短,开发费用低,整体刚度好.

c．总体尺寸：642 mmxl 805 mmx60 mm：后车门通过空间为515 mm．可同时供乘员上下车.

d．总成质量：26kg.根据车门尺寸及项目要求确定.

e．内饰：平板内饰.考虑到推拉门若采用有造型的凸起内饰,车门开关时会与后围干涉.

f．铰链总成：采用滚动轴承式,固定在拉门框架上侧.滚动轴承强度好,且已形成系列化,产品质量有保证、成本低.

g．密封形式：一道半密封.防止水和灰尘进入车内,保证驾驶室内的水、气密封满足要求.

h．门锁：具有双侧锁止功能卡板锁.在炎热的季节,驾驶员习惯开着后门开车；并且当牵引车未搭载货箱时,驾驶员习惯打开后门向后看倒车.此两种情况下保持车门在完全开启状态下锁止更为安全.

2.2评价指标确定

车门关闭力研究一直受到各大汽车生产企业的关注.微车中门推拉门试验准则,在车门关闭过程中,当车门到达门洞中间位置时,车门关门速度V≤l m/s,车门能够锁止,为微车车门关闭舒适性能评价的重要指标.经过使用工况比较,专用汽车推拉门关门工况与微车中门关门工况一致,对专用汽车推拉门也采用车门关闭速度这一评价指标进行试验.评价指标车门关闭速度v的取值方法以提升产品品质为导向,在试验与方程计算中取小值.

2.2.1车门关闭速度试验

根据体重选出轻、中、重试验人员若干,在没有安装门洞密封条的样车上模拟关门,通过试验仪器测得试验人员感觉较为舒适的关门速度,每人3次取平均值,试验数据如表1所示.

2.2.2绘制直方图

将试验数据绘制直方图,如图1所示,可以看出试验数据服从正态分布.

2.2.3关门速度计算

根据正态分布规律,列出试验样本满足方程式,正态分布曲线见图2.

汽车车身附件的设计通常须满足95%用户的使用需求,求解V即为95%的用户感觉舒服的关门速度范围.关门速度求解示意图图3所示,方程如下：

解得V等于1.2 m/s.

由车门关闭速度试验验证可知．95%的用户可以接受的关闭速度为1.2 m/s,小于1.2 m/s则更佳.为提高产品品质,将关门速度引入专用汽车推拉门评价指标,其值设定为V≤1m/s,保证95%以上的用户对关门速度满意.

2.3产品零件构成

专用汽车推拉门由车门FRP外板、车门玻璃、铝合金内饰盖板、车门框架总成及车门附件组成.图4所示为专用汽车推拉门零部件组成爆炸图.

3产品断面设计

3.1铰链断面设计

铰链导轨断面尺寸为49 mmx38 mm．料厚为2 mm.图5为车门铰链断面图.

3.2门洞密封断面设计

为减少车门推拉过程中车门对密封条的摩擦,减小开关门力,车门采取梯形断面,外表面平行于后围.设计要求保证车门外表面与驾驶室整体的协调统一,确保车门密封性,减小开关门力,提升用户舒适性.图6为车门门洞密封断面图.

3.3窗口横向断面设计

车门与门洞密封条形成面密封.后围粘接一道密封条,驾驶室内部不可见,当车门关闭时形成密封,提升美观性的同时提高密封性能.图7为窗口横向断面图.

3.4门锁断面设计

门锁实现双侧锁止功能,保证车门能够在关闭和全开状态下锁止；门锁集成内外把手和锁芯,操作简单,集成性强.图8为门锁断面图.

3.5下装配导轨断面设计

下装配导轨采用POM材料,自润滑性好,内衬金属骨架,通过螺栓连接固定在后围上,拆装方便,牢固可靠.图9为下装配导轨断面图.

3.6缓冲块断面设计

缓冲块采用橡胶材料,当车门开启时可以缓解车门的惯性冲击,起到保护车门及门锁的作用.图10为缓冲块断面图.

4车门结构设计

4.1车门金属框架结构设计

图11所示为车门金属框架爆炸图,表2为车门金属框架构件清单,金属框架总质量为13.8 kg.

4.2车门附件结构设计

后车门附件包括车门玻璃、门锁、锁环、铰链、缓冲块、下装配导轨、门洞密封条和后围密封条.其中,车门关闭力大小的影响因素,密封条可占到20%～50%,同时具有缓冲关门冲击,减轻汽车在行车过程中振动的作用.车门附件总质量为26 kg.

5 CAE分析

CAE分析使用Nastran软件完成.导轨材料采用St12冷轧钢,料厚2 mm.约束铰链导轨和下装配导轨,对车门中梁Z向加教500 N(如图13),经CAE分析后,导轨的最大应力为56.08 MPa,最大位移0.021 mm(如图14).

约束铰链导轨和下装配导轨,对车门中梁X向加载500 N(如图15),经CAE分析后,导轨的最大应力为87.31 MPa,最大位移0.121 mm(如图16).对Z和X向的加载分析,导轨的应力和位移都较小,满足使用要求.

6计算验证

以往车门设计开发模式,评价指标通常是在产品试制阶段,经过试验验证确定产品是否满足评价指标,风险高,时间长,成本高.通过专用汽车推拉门已知的零件参数,利用数学方法对专用汽车推拉门最小关门速度V进行计算推导,求得评价指标的理论计算方法,可在产品设计阶段得知车门的关闭速度,降低开发风险.

影响专用汽车推拉门关闭速度的因素包括车门结构、自重、铰链、门锁、导轨、缓冲块、气阻效应、密封条及使用环境等,其中,车门自重、密封条、导轨和气阻效应对其影响最大,在不考虑气阻效应和其他附件影响的条件下,利用密封条、导轨和车门自重对车门关闭的阻力所做负功进行推导,求取专用车推拉门最小关门速度V0计算推导过程如下：

密封斜面与车门外表面的斜度控制在3°以内,从门洞密封条与车门接触到车门关闭,车门通过的长度为总通过长度（车门宽度）的三分之一左右为宜,否则将影响车门厚度,占用车内空间.

6.1门洞密封条做功推导

门洞密封条做功示意如图17、18所示,门洞密封条横向长度为三,竖向长度为H;假设车门推拉时,当门洞密封条与车门刚接触时,门洞密封条与车门未接触长度为6,当车门关闭时门洞密封条压缩量为a,当门洞密封条压缩量为x时,门洞密封条与车门接触长度为L-b+y,车门关闭时门洞密封条每米长度的正压力为C．则：

b/a等于y/x(1)

根据试验得知,门洞密封条每米长度正压力与压缩量可以简化成成线性比例关系,图19所示.

条的横向摩擦系数,μ2等于0.68；μ3为车门铰链轴承与上导轨的摩擦系数,μ3等于0.04;μ4为车门与下导轨的摩擦系数,μ4等于0.14.

将数值代入最小关门速度计算公式进行计算,求得专用汽车推拉门关门速度V等于0.8 m/s<l m/s,专用汽车推拉门设计方案符合设计要求.

7结语

文章以一港口专用牵引车驾驶室后车门的设计开发为案例,总结了专用汽车推拉门的设计开发过程.通过车门关闭速度试验对专用汽车推拉门的关闭速度进行求解,得到专用汽车推拉门关闭的舒适性的评价指标：最小关门速度V≤l m/s,此值可作为此类产品的参考评价指标,应用到产品的品质评价中,提升产品品质.通过数学推导,得到专用汽车推拉门最小关闭速度这一评价指标的理论计算方法,可应用于专用汽车推拉门评价指标的理论设计验证计算,大幅度降低了产品设计开发的风险,缩短了产品开发周期,提高开发效率,降低开发成本.设计开发人员对于类似产品的设计开发可引用借鉴.

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收稿日期：2017-08-08

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