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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1概述
車門是整個車身中結(jié)構(gòu)復(fù)雜又相對獨立的一個總成,它主要由車門骨架及蓋板、車門護面、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)機構(gòu)組成。車門是汽車車身設(shè)計中的一個相對獨立的零部件。在車門設(shè)計中其安全性尤為重要，它必須保證在車輛發(fā)生碰撞時，盡可能地減少對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)面碰撞對乘員造成的危險性，在設(shè)計車門時注意將車門的變形限制在一定范圍內(nèi)，為乘員提供一個有效的生存空間。這些都要求車門必須具備足夠的強度和剛度。在汽車車身設(shè)計的過程中，車門總成的布置設(shè)計除與整體設(shè)計有著協(xié)調(diào)配合關(guān)系外，可稱的上是一個相對獨立的，最具有代表性的車身總成設(shè)計。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，足夠的強度剛度，以滿足功能上的要求。因此車門的設(shè)計成為車身設(shè)計中的一個重要環(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獨立的總成，車門設(shè)計不但關(guān)系到汽車的實用性，對汽車也有很大的裝飾作用。因此車門的設(shè)計也越來越講究，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)濟形勢下，中國汽車行業(yè)的發(fā)展面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機遇，同時也受到來自各個方面的沖擊。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)之所以能夠如此強勢，與他們幾十年甚至上百年的技術(shù)革新與經(jīng)驗積累是分不開的，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)：明確的市場定位，堅定不移的技術(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)品進口到產(chǎn)品引進生產(chǎn)再到技術(shù)轉(zhuǎn)化，近幾年來更是直接的技術(shù)引進、并購國外先進的汽車企業(yè)，中國的汽車技術(shù)如雨后春筍般迅猛發(fā)展。
生產(chǎn)廠家為了能在市場競爭中立于不敗之地，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，提高勞動生產(chǎn)率，所有這些迫使設(shè)計者不斷地尋求智能化的設(shè)計工具和先進的設(shè)計方法。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等計算機輔助系統(tǒng)，使得車身設(shè)計方法發(fā)生了根本性的變革，運用三維“CAD/CAM”技術(shù)替代了以“主圖板，主模型”為主的傳統(tǒng)設(shè)計方式。
CAD是一種技術(shù)，其中人與計算機結(jié)合為一個問題求解組，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了CAD系統(tǒng)，并且在初步升級改善。美國福特公司從1967年就開始開發(fā)車身設(shè)計CAD系統(tǒng)，目前百分之八十以上的設(shè)計由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，達到信息流暢，公司的轎車和概念車的開發(fā)試制時間由五年縮短到兩年，設(shè)計階段從24個月縮短到14個月，一些零部件的設(shè)計從六個月縮短到一個月。我國各大汽車公司近幾年來紛紛引進了先進的CAD/CAM/CAE軟件用于汽車車身設(shè)計和開發(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（DMU：Digital Mock-Up）技術(shù)主要是指在計算機平臺上，通過三維CAD/CAE/CAM軟件，建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機，組成電子化樣機的每個部件除了準(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，電子樣機應(yīng)具有從產(chǎn)品設(shè)計、制造到產(chǎn)品維護各階段所需的所有功能，為產(chǎn)品和流程開發(fā)提供一個平臺的電子樣機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)品可維護性分析、產(chǎn)品易用性分析、支持虛擬實現(xiàn)技術(shù)的實時仿真、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功能，能夠完成與物理樣機同樣的分析、模擬功能，從而減少制作物理樣機的費用，并能進行更多的設(shè)計方案驗證。電子樣機技術(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用于多方面的研究。
DMU主要有以下功能和特點：
1)與CAX系統(tǒng)完全集成，并以“上下關(guān)聯(lián)的設(shè)計”方式作業(yè)。
2)提供強大的可視化手段，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手段。
3)具備各種功能性檢測手段，如安裝/拆卸、機構(gòu)運動、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（DMU）技術(shù)加強了設(shè)計過程中最為關(guān)鍵的空間和尺寸控制之間的集成，在產(chǎn)品開發(fā)過程中不斷對電子樣機進行驗證，大部分的設(shè)計錯誤都能被發(fā)現(xiàn)或避免，從而大大減少實物樣機的制作與驗證。
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)驗融入其中，并采取用戶需求驅(qū)動的開發(fā)策略，以保證提供最新的技術(shù)?？梢詭椭Y(jié)構(gòu)設(shè)計人員方便地求解各類板料成形問題，同時，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)計效率低下、后期問題難以預(yù)測的問題。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)計的專業(yè)經(jīng)驗總結(jié)一些面向汽車設(shè)計的專業(yè)設(shè)計流程以幫助設(shè)計人員提高產(chǎn)品的開發(fā)效率和質(zhì)量，是縮短我國與國外汽車設(shè)計水平的差距，早日實現(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)計公司積累了幾十年的轎車車身開發(fā)經(jīng)驗，形成了較完善的數(shù)據(jù)庫和設(shè)計規(guī)范。筆者曾親身體驗過豐田公司的設(shè)計檢查卡（CHECKLIST）與德國大眾公司的對標(biāo)數(shù)據(jù)庫，在每一個細(xì)節(jié)，總括了在該領(lǐng)域的各種車型的經(jīng)驗數(shù)據(jù)與經(jīng)驗值，詳盡嚴(yán)密地表述出設(shè)計流程。經(jīng)過整理的知識庫就像一個專家委員會，指導(dǎo)設(shè)計師的工作，引導(dǎo)設(shè)計師進行每一步設(shè)計，指出所選擇的尺寸和參數(shù)的界限，并驗證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)是否合理，及時糾正設(shè)計中出現(xiàn)的錯誤，使設(shè)計師避免誤入歧途和返工，絕對不會因經(jīng)驗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)計時就能對自己不熟識的內(nèi)容信心百倍，并可迅速獲得設(shè)計結(jié)果而且確信它是正確的，因為該設(shè)計是由綜合的知識庫創(chuàng)造出來的，其中包含了寶貴的專家知識和設(shè)計知識的法規(guī)、規(guī)則。
隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，消費者的消費觀念更趨理性，對汽車的需求偏好也逐步發(fā)生變化、升級，由于國內(nèi)消費者換車周期的大幅縮短，使得汽車的更新?lián)Q代也加快了。汽車設(shè)計技術(shù)及手段的不斷發(fā)展，特別是以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代工程技術(shù)方法的飛速進步，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)計領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。汽車設(shè)計方法正逐步由傳統(tǒng)的設(shè)計方法，向著以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計精度為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計方法轉(zhuǎn)變。國內(nèi)外成熟的計算機技術(shù)結(jié)合汽車行業(yè)日漸成形的汽車模塊化思想，為我們在實際設(shè)計過程中縮短開發(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)計流程。
1.3根據(jù)實驗室試驗車對車門進行的布置
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)計作為一個系統(tǒng)的工程，是相對獨立的過程，很多跨國汽車公司早在幾十年前就已經(jīng)打破了這種相對的獨立，將設(shè)計的每一個過程凝練提升，形成一個個模塊，按照系統(tǒng)的方法組織起來，定義為汽車設(shè)計流程。在以后的新車設(shè)計中，將每一個過程融入了這種既定的設(shè)計模式，按部就班地推進，控制著汽車的每一個非常詳細(xì)的設(shè)計過程，從而順利高效地完成設(shè)計。在國內(nèi)，一汽、二汽、上汽等大的汽車企業(yè)集團都已經(jīng)建立起了比較完善的產(chǎn)品設(shè)計流程，在國內(nèi)愈演愈烈的汽車產(chǎn)品競爭中，這些企業(yè)的產(chǎn)品競爭力有著明顯的優(yōu)勢，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)流程的建立對企業(yè)的重要意義。
伴隨著汽車車身造型的設(shè)計與修改要求日趨增高，參數(shù)化設(shè)計更符合和貼近現(xiàn)代CAD中的概念設(shè)計和并行設(shè)計思想，并可提高設(shè)計與分析的柔性，因此車身模型的參數(shù)化設(shè)計經(jīng)成為車輛制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。參數(shù)化設(shè)計是以一種全新的思維方式來進行產(chǎn)品的創(chuàng)和修改設(shè)計的方法[1]。目前傳統(tǒng)的手工造型方法已被建立在各種先進的造型建模軟件基礎(chǔ)上的計算機輔助造型方法所取代，參數(shù)化設(shè)計技術(shù)能夠快速吸收國外汽車車身設(shè)計的先進技術(shù)，快速響應(yīng)市場，提高我國自主設(shè)計開發(fā)汽車的能力，提高汽車產(chǎn)品競爭能力。
1.3.2基于知識工程的汽車設(shè)計的發(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。
知識工程（KBE，Knowledge Based Engineering）是人工能領(lǐng)域的一個重要分支，它研究的主要內(nèi)容包括知識的獲取、知識的表達知識庫的構(gòu)造、知識的自動獲取和更新等，其核心是如何運用知識來解問題。知識工程實質(zhì)上是突破了簡單的邏輯運算，把經(jīng)驗和推理合起來，將邏輯思維和形象思維結(jié)合起來，實現(xiàn)計算機的智能化。KBE系統(tǒng)存儲產(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、分析和制造的工程準(zhǔn)則。知識工程是研究知識信息處理的學(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)計和工程任務(wù)自動化，縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間，將設(shè)計、分析、制造集成起來實現(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，實現(xiàn)多學(xué)科優(yōu)化，并確切地進行可行性評估，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和實踐經(jīng)驗來提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對設(shè)計實踐、過程經(jīng)驗等知識信息進行數(shù)字化獲取和重用，從而提高自動化過程的效率。
1.3.3計算機輔助設(shè)計在汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用
現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車設(shè)計以及工藝設(shè)計的要求越來越高，但是相對越來越低的生產(chǎn)與設(shè)計成本、大大縮短的設(shè)計周期，要求對汽車設(shè)計的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鈑金成型以及NVH的研究在設(shè)計過程中就應(yīng)該介入，傳統(tǒng)的后期介入會浪費大量的費用，設(shè)計周期很長，這在愈發(fā)激烈的市場競爭中已經(jīng)逐步淘汰。軟件工具的應(yīng)用使設(shè)計中期的分析工作開展成為可能。
在計算機中不但可以對車身外觀及內(nèi)飾建立數(shù)字模型，而且可以對發(fā)動機、底盤等其它零部件建立模型，并直接進行有限元分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計/分析、甚至虛擬裝配、虛擬風(fēng)洞試驗等，使得設(shè)計人員可以在計算機中構(gòu)建虛擬的電子樣車并進行試驗，能在實際生產(chǎn)前預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，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，以后對車型做改進時可直接到數(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，非常有利于車型的系列化，生產(chǎn)商應(yīng)對迅速變化的市場的能力也強得多。
自從上世紀(jì)70年代，隨著計算機輔助幾何設(shè)計和計算機圖形學(xué)的迅速發(fā)展，車身設(shè)計過程中部分或全程引入計算機輔助系統(tǒng)(CAD/CAM軟件)，在計算機中構(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)計方案，是現(xiàn)代車身設(shè)計方法的主要特點。其基本流程：經(jīng)過市場調(diào)研，形成車型的整體要求；制作手繪效果圖，也可利用計算機輔助軟件繪制；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算機中構(gòu)建車身數(shù)字模型；進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，構(gòu)建A級模型；生成NC代碼，生產(chǎn)樣車。
1.3.4汽車車門的設(shè)計流程
車門是汽車車身結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，同時相對獨立，是供乘員或貨物進出的必要通道。車門設(shè)計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、加強梁、加強板、車門玻璃及升降器、門鎖、內(nèi)外手柄、車門鉸鏈、限位器、車門密封條和車門開關(guān)機構(gòu)組成。車門從布置到設(shè)計再到制造，每一個環(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。很多時候，各個環(huán)節(jié)是一個循環(huán)反復(fù)的過程，造成了傳統(tǒng)的車門設(shè)計難度與周期很長。
車門設(shè)計必須走流程化的道路，并且要利用先進的計算機平臺做早期的判斷分析、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)計不合理造成的機能件運動干涉、鈑金成型性差、總成的振動特性無法滿足整車NVH的需要，避免后期修改造成的資金與時間上的大量浪費。
隨著計算機技術(shù)快速發(fā)展，結(jié)合知識工程，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)計方法在汽車領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
長期以來，車門設(shè)計一直是一個難點，現(xiàn)代設(shè)計方法的應(yīng)用，使得車門設(shè)計的后期分析可以提前到設(shè)計過程中進行，使設(shè)計的難度降低。車門設(shè)計兼顧的方面多、初期布置復(fù)雜、需要有豐富的知識與經(jīng)驗，基于流程與知識的車門布置很好的解決了這個問題。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)項目為依托、以CAD為軟件平臺，在開發(fā)過程中從造型數(shù)據(jù)模型確立，到前車門各個機能件選型，結(jié)構(gòu)布置，直到結(jié)構(gòu)設(shè)計完成，并結(jié)合工藝、工裝的設(shè)計驗證，建立起一套完善的車門設(shè)計解決方案。
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)計要求
汽車車門的參數(shù)化設(shè)計方法，是通過參數(shù)化設(shè)計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)計結(jié)果，提高設(shè)計效率，有助于減輕設(shè)計人員的工作強度。
參數(shù)化設(shè)計技術(shù)是當(dāng)前CAD/CAM系統(tǒng)的研究熱點之一，主要是通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動，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)計出不同規(guī)格的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計可以提高產(chǎn)品的設(shè)計效率，有效保證產(chǎn)品模型的安全可靠性，極大地改善設(shè)計的柔性，并在概念設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、實體造型、裝配、公差分析、機構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。參數(shù)化設(shè)計的關(guān)鍵是幾何約束關(guān)系的提取和表達、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)計者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計方式，優(yōu)先考慮滿足設(shè)計要求的幾何形狀而暫不用考慮尺寸細(xì)節(jié)，設(shè)計過程相對寬松。
在車門設(shè)計的布置設(shè)計階段，產(chǎn)品的內(nèi)部機能件主要位置、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)難以具體化，設(shè)計師關(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。參數(shù)化計系統(tǒng)可以在布置設(shè)計過程中通過捕捉模型中存在的關(guān)系及其定義的參數(shù)化的位置點來捕捉機能件的位置，同時也允許對零件進行反復(fù)地編輯，允許用戶試探不同的設(shè)計方案或生成不同的位置版本和零件版本，對位置的編輯可以簡單地通過改變草圖的關(guān)系來完成，如在鉸鏈布置時，通過改變幾個不同方向上的草圖上的幾個點，然后進行重新計算，就可以完成新的設(shè)計，非常簡便。
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。
實際上車門還可以做更細(xì)致的區(qū)分，現(xiàn)在按照以下分類對各個類型的優(yōu)缺點略做評述。
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：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，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”）上可以作出對結(jié)構(gòu)有利的拔模斜角。
缺點：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）板可以在一個模具中成型，外觀優(yōu)勢同上。但凡獨立窗框，裝配時產(chǎn)生的問題是無法避免的，而且因為滾壓的窗框，使得密封形式的選擇有限，會導(dǎo)致潛在的密封性能問題
2.2.3獨立窗框式車門（Loose Upper Frame）
優(yōu)點：廢料率同樣能降至最少；左右內(nèi)（外）板可以在一個模具中成型；該類型車門具備整形能力；門質(zhì)量好。
缺點：可裝配性差，會產(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：造型前衛(wèi)時尚，且外觀上各處配合對消費者很是養(yǎng)眼；因為沒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）板可以在一個模具中成型；該類型車門具備整形能力。
缺點：窗玻璃的穩(wěn)定性差（當(dāng)玻璃在full up位置時，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璃的穩(wěn)定性；當(dāng)然這些都會增加產(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；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)進行設(shè)計，設(shè)計的具體部件包括：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、外板加強板、防撞梁、內(nèi)板加強板、鉸鏈加強板、鎖加強板、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。
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,是車身上的活動部件,對其剛性及表面質(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，考慮硬質(zhì)板材，如圖2.3所示。車門外板和內(nèi)板的裝配，一般采用點焊、粘接及咬合等方法。
圖2.3車門外板
圖2.3.1 外板的剛度加強
如圖2.3.1所示。車門外板采用強度適當(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，以免影響外觀質(zhì)量，這樣外板中部剛度就差，行車時易產(chǎn)生振動噪音，因此必須對外板剛度進行加強，采取的措施有：在外板內(nèi)側(cè)粘貼磁性瀝青板；設(shè)計加強梁，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，為增加連接部位強度和剛度，使附件正常工作，須在連接部位設(shè)置加強板。
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度要求較高，為此這一部分鋼板厚度為1.6mm或1.4mm的高強板，其余部分采用了0.7mm的鋼板，這樣在保證車門內(nèi)板必要的剛度和強度性能時又能減輕質(zhì)量，降低成本，如圖2.4所示。
圖2.4 車門內(nèi)板（左側(cè)：高強板，用于鉸鏈加強板，右側(cè)：一般材料）
鉸鏈加強板的型式多樣，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 鉸鏈加強板型式
3)內(nèi)外板加強板
一般車門鈑金結(jié)構(gòu)中都有內(nèi)外板加強板，起到增加車門內(nèi)外板在窗框處的剛性的作用，同時也可以作為正面碰撞時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板，如圖2.6、圖2.7所示。
圖2.6車門外板加強板
圖2.7車門內(nèi)板加強板
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），用以加強車輛側(cè)面的結(jié)構(gòu)，進而提高側(cè)面撞擊時的防撞抵抗力，以提升側(cè)面的安全。基于側(cè)面撞擊的概率，消費者在選購車子的時候，一定把防側(cè)撞鋼梁這一項重要的安全配置考慮進去。
車門防撞作為一種額外吸能保護，可以降低乘員可能遭受的來自外部的力量。事實證明，車門防撞梁在車輛撞擊固定物體（比如樹木）時的保護效果非常明顯。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因素有關(guān)：
a)結(jié)構(gòu)設(shè)計——這是最重要的一點，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)材料的強度——人們通常以為里面的管子是普通水管之類的，其實不然；一般
日韓車中所用的管子抗拉強度高達1400-1570MPa（目前有些國內(nèi)品牌車是用的較為普通的管子），是普通管子強度的4倍以上；而歐美車中常見的帽形防撞梁的抗拉強度一般為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
單獨對于窗框而言，我們可以簡單分為幾大類：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，即窗框加強板，前后兩個腳沒有加強板連接，剛度和安全性都不太好；歐美系車大多數(shù)車窗框都帶有加強板窗框。
滾壓窗框一般要經(jīng)過滾壓、拉彎或扭彎、沖切、點焊或氬弧焊（焊接總成）。一般后門獨立窗框的滾壓件較難，因為大多數(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，但是受材料流動和成型工藝控制影響，會有縮頸或擴口，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車門機能件
車門機能件包括車門鎖、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
一個完整的汽車門鎖系統(tǒng)必須能實現(xiàn)內(nèi)開啟、外開啟、內(nèi)鎖止保險、外鎖止保險及鎖緊車門的功能，因此汽車門鎖是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能要求多的組合系統(tǒng)。門鎖看成是由多個構(gòu)件組成的運動鏈系統(tǒng)，應(yīng)用機構(gòu)運動簡圖測繪法畫出在鎖緊狀態(tài)的機構(gòu)運動簡圖，如圖所示，從而為機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運動分析及力分析提供依據(jù)。
圖2.11.1 鉤簧鎖結(jié)構(gòu)圖
外開啟機構(gòu)
鎖體機構(gòu)
內(nèi)開啟機構(gòu)
鎖緊機構(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車門鎖有如下幾部分機構(gòu)組成：(1) 鎖緊機構(gòu)部分，即圖中鎖鉤20、擋塊兒組成的機構(gòu)，當(dāng)關(guān)閉車門時，鎖鉤從擋塊兒的開口方向進入帶動鎖鉤擺動至圖示的嚙合狀態(tài)，實現(xiàn)鎖緊動作；(2) 外開啟機構(gòu)部分為外拉式手柄，是一鉸鏈四桿機構(gòu)，原動件是外開啟手柄；(3) 內(nèi)開啟機構(gòu)部分，由構(gòu)件11等機架組成，為一空間四桿機構(gòu)，內(nèi)開啟手柄與擺桿的運動處在兩個相互垂直的平面內(nèi)，原動件是內(nèi)開啟手柄。
門鎖是重要的安全件。由兩個零件構(gòu)成，一個零件固定在車門上，另一個零件固定在車身上，通過門閂阻止車門向外打開，通過簡單的杠桿運動或壓撳按鈕的動作將它們脫開。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2.12 車門鎖系統(tǒng)
車門鎖的基本作用有兩點：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，因而在汽車行駛時不會因振動和沖擊使車門打開。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，在汽車行駛時車門不允許自動打開；
5)操縱內(nèi)、外手柄時車門能輕便打開；
6)設(shè)有鎖止機構(gòu)。當(dāng)鎖止時，如按下鎖鈕或外手柄處于鎖止?fàn)顟B(tài)時，搬動車門內(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，此時關(guān)閉車門撞動鎖爪，即可通過聯(lián)動桿來解除鎖止?fàn)顟B(tài)，同時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，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)簡單，安裝容易，易于制造，對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。
棘輪式門鎖的特點是鎖內(nèi)有一套制楔機構(gòu)，它由鎖鉤(棘爪)、棘輪組成。按門腔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，應(yīng)考慮新車型及使用條件，對于輕型客車，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。對于載貨車，除了滿足門鎖的一般要求外，應(yīng)選用工藝簡單，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，同時當(dāng)車門鎖開啟力大時，手指明顯有開啟沉重感。掀拉式外手柄平時隱藏在車門外板內(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)手柄就是凹進車門內(nèi)板之內(nèi)而與內(nèi)飾板平齊，外觀漂亮，不會碰開車門，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
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)的工藝比較簡單，但是對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)槽的模擬就是一個圓弧，玻璃的升降過程比較順暢，運行流暢；
c)圓環(huán)面玻璃——這種玻璃的滑槽的設(shè)計相對比較簡單一些，因為切出來的曲線的曲率變化相對較小，所以運行簡單；
d)啤酒桶面玻璃——很多玻璃均采用這種形式，相對于b)和c)，玻璃的生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜很多，但能提升車體的美觀；
e)任意的A面——對于這種曲面的玻璃，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)計簡單，運動校核方便。
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，門窗能隨時并順利的開啟和關(guān)閉。它有著本身獨立的運動機構(gòu)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。玻璃升降器主要有驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、止動機構(gòu)、平衡機構(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)控制直流電動機極性，使其做正反向旋轉(zhuǎn)帶動機構(gòu)做上下運動，通過中間
各傳動裝置起到升降玻璃的作用 。
特點；重量輕，噪音小，設(shè)計也相對簡單，制作容易，同時還有多種滑道進行選
擇.使用廣泛,大眾多款汽車使用此裝置。
b)叉臂式
由開關(guān)改變直流微電機極性，由電機傳動軸上的小齒輪帶動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；適用于負(fù)載較大的車門玻璃，相對來說成本較低，豐田汽車多種車型應(yīng)用此設(shè)計。
c)軟軸式
由開關(guān)控制直流電動機極性使其正反向旋轉(zhuǎn)帶動機構(gòu)做上下運動，再通過中間傳動結(jié)構(gòu)帶動螺旋形鋼絲軟軸，使其帶動玻璃上下運動，起到升降玻璃的效果。
特點；雖然結(jié)構(gòu)簡單，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，它帶動玻璃上下運動占據(jù)門內(nèi)大量空間，在選擇玻璃升降器時應(yīng)考慮以下因素：車門造型特點、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)點是比較堅固、使用壽命相對較長，運行穩(wěn)定（雙玻璃導(dǎo)軌設(shè)計），缺點是噪音相對較大。
圖2.16 齒輪交叉臂式
5)限位器車門限位器是車門運動開啟與關(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）是一個獨立的限位系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)簡單，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；另一類是凸輪機構(gòu)式限位器，限位器是與鉸鏈合在一起的，凸輪機構(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)保護車門前邊框，防止與車身板金接觸；
b)實現(xiàn)一定角度區(qū)域內(nèi)的自動開啟定位與自動關(guān)閉車門；
c)刮風(fēng)天，特別是車輛順風(fēng)開門時，它能保護車門，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）和凸輪機構(gòu)式限位器（與鉸鏈一體）。本設(shè)計采用拉帶式限位器，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，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2.17.1 限位器結(jié)構(gòu)圖
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。
限位器的拉伸強度校核
由于限位拉桿圓孔對桿的截面面積的削弱，所以要對桿進行拉斷校核。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：N1 = P
根據(jù)軸向拉伸強度校核公式：
（3-8）
式中A是被切開桿的橫截面積的凈面積，為
（3-9）
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得：
（3-10）
故所設(shè)計的限位桿滿足拉伸強度要求。
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：為結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；體積小、重量輕；調(diào)整車門和鉸鏈拆裝容易。
缺點：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。
優(yōu)點：是結(jié)構(gòu)堅固，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：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)點是開門時車門外移，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)系簡單等優(yōu)點，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，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。
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，同時也是車門上一個重要的活動部件。通常車門鉸鏈采用強度適當(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)計要求結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作可靠、成本低。結(jié)構(gòu)簡單也是鉸鏈設(shè)計的發(fā)展趨勢。
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方向的分力。
圖2.181鉸鏈的受力分析圖
本設(shè)計中選用的設(shè)計參數(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=
Q=
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（即忽略S的作用），則下鉸鏈處的應(yīng)力可表示為：
σ1===
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：
σ下鉸鏈===
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。
鉸鏈的強度校核
（1） 校核鉸鏈軸的剪切強度：Fs=Q=325 N；鋼板的許用正應(yīng)力為160 MP；鉸鏈軸與鋼板的許用擠壓應(yīng)力為200 MP；鉸鏈軸許用剪應(yīng)力為80 MP。
鉸鏈軸的剪切強度足夠;
（2） 校核鉸鏈軸與鋼板的擠壓強度：擠壓力Fbs=325 N
鉸鏈軸與鋼板的擠壓強度足夠；
（3） 校核鋼板的拉伸強度：活頁上鉸鏈軸截面拉伸鋼板時最危險截面，其軸力N=325 N
鋼板的拉伸強度足夠；
故所設(shè)計的車門鉸鏈滿足結(jié)構(gòu)及強度要求。
2.3.3車門密封條
車門密封條是車門的重要內(nèi)容，車門密封條一般可以分為：車門口密封條、車門頭道密封條、車門玻璃導(dǎo)條、車門外擋水條、車門內(nèi)擋水條、車門頂部密封海綿膠條等，如圖2.19所示。
密封條主要是由具有良好彈性和抗壓縮變形、耐老化、臭氧、化學(xué)作用、較寬的使用溫度范圍（-40℃~+120℃）的三元乙丙橡膠(EPDM)橡膠發(fā)泡與密實復(fù)合而成，內(nèi)含獨特的金屬夾具和舌形扣，堅固耐用，利于安裝，如表2.2所示。
表2.2 密封條一般材質(zhì)
產(chǎn)品規(guī)格
建議適用溫度范圍
PVC材質(zhì)
零下二十?dāng)z氏度到一百五十?dāng)z氏度
EPDM材質(zhì)
零下四十?dāng)z氏度到二百四十吧攝氏度
內(nèi)部金屬夾具材料；鋁或鋼
1.車門玻璃密封條
車門玻璃密封條是安裝在車門窗框上的密封條，一般由軟硬兩種密實膠組成，并可嵌入金屬骨架，在不同方向唇邊上植絨可降低玻璃升降時同玻璃間的摩擦阻力，還有減少噪音的作用，如圖2.20所示。
圖2.20車門玻璃密封條
2.車門口密封條
車門口密封條安裝在車身側(cè)圍門口位置，主要由密實膠基體和海綿泡管組成。密實膠內(nèi)含有金屬骨架，加強定型與固定作用。海綿泡管有受壓變形、卸壓反彈的功能，保證關(guān)門時的密封作用。此外，唇邊部分有裝飾作用。如有彩色膠構(gòu)成或貼有織物，色調(diào)更加美觀，如圖2.21所示。
圖2.21車門口密封條
3.車門頭道密封條
車門頭道密封條是一種同門口條配合使用的密封條，它可以是密實膠基底加上海綿膠唇邊，也可以是全海綿膠的泡管，用來增加車門與車體間的密封作用，如圖2.22所示。
圖2.22車門頭道密封條
4.車門玻璃內(nèi)外擋水條
車門玻璃內(nèi)外擋水條位于車門窗框下方的車窗內(nèi)外側(cè)植絨密封條，一般由單種膠料構(gòu)成，可提高整車外形的美觀水平，如圖2.23所示。
+
圖2.23車門玻璃外擋水條
5.車門頂部密封海綿膠條
車門頂部密封海綿膠條采用三元乙丙橡膠，經(jīng)微波硫化工藝一次成型，表面光潔美觀，具有良好的彈性和抗壓縮變形，耐候老化、耐臭氧、耐化學(xué)作用及較寬的使用溫度范圍（-40℃~+120℃）等優(yōu)異性能。該密封條采用半圓形的設(shè)計，曲線斜率及曲線曲率變化的連續(xù)性有效避免了車身多個部位產(chǎn)生汽流分離，同時擾亂了帶來噪音的周期性尾流，增強氣密性能，可最大程度降低風(fēng)噪。使開關(guān)車門沉穩(wěn)厚重。提高車輛氣密性及防塵能力。高效抑制風(fēng)噪，降低車內(nèi)噪音。改善車內(nèi)聲場，提升音響效果，如圖2.24所示。
圖2.24車門頂部密封海綿膠條
2.3.4車門裝飾件
車門裝飾件主要包括車門內(nèi)飾板、內(nèi)扣手、喇叭罩等。車門內(nèi)飾板功能：車門內(nèi)飾板滿足車內(nèi)美觀需求，同時可以作為乘員乘降車功能件、控制件的安裝載體，隨著現(xiàn)代汽車業(yè)的發(fā)展，車門內(nèi)飾板從結(jié)構(gòu)工藝、美觀要求以及材料要求都有了顯著的變化，如圖2.25所示。
車門內(nèi)飾板多采用復(fù)合板材，經(jīng)真空吸塑成型而成，該工藝方法可制造出凸凹結(jié)構(gòu)板材，以適應(yīng)駕駛室內(nèi)各種形狀的要求。在美國，門內(nèi)飾板用ABS或PP注塑成形的居多數(shù)，部分汽車內(nèi)飾板采用織物；歐洲汽車一般采用增強聚丙烯板材放填充物，再包皮的結(jié)構(gòu)，填充材大多數(shù)采用薄的聚氨脂泡沫塑料片，表皮材料為PVC，也有使用織物的趨向。近年來車門內(nèi)飾板為滿足耐候性和柔軟性，已開始使用熱塑性彈性體與PP泡沫板相疊合的結(jié)構(gòu)，日本Chisso公司開發(fā)了一種沖壓成型、連續(xù)生產(chǎn)全PP車門內(nèi)裝飾板的技術(shù)，裝飾板包括PP內(nèi)襯板、PP泡沫襯墊層和PP/EPDM皮層結(jié)構(gòu)。另外設(shè)計者為了有效提高車內(nèi)可利用空間，采用車門內(nèi)飾板與車門扶手一體化造型，應(yīng)用改性PP或ABS做骨架材料，再復(fù)合軟飾材料制成整體門內(nèi)飾板。
圖2.25車門內(nèi)飾件主要構(gòu)成
2.3.5車門電器件
車門電器件主要包括車門線束（如圖2.26所示）、線束膠套（如圖2.27所示）、車門音響、車門控制面板（如圖2.28所示）等。
2.4車門設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計方案的選擇
車門設(shè)計時需要考慮的幾個設(shè)計或試驗標(biāo)準(zhǔn)：
GB 15084-94 汽車后視鏡的性能和安裝要求
QC/T 636-2000 汽車電動玻璃升降器-繩輪式
QC／T 626-1999 汽車玻璃升降器-齒輪臂式
GB 9656-1996 汽車用安全玻璃
GB 18408-2001 汽車及掛車后牌照板照明裝置配光性能
GB 3730.3 汽車外廓尺寸界限
QC/T 490-2000 汽車車身制圖
QC/T 265-2004 汽車零部件編號規(guī)則
GB 15086-2006 汽車門鎖及車門保持件的性能要求和試驗方法
GB15743-95 汽車側(cè)門強度
QC／T 207-1996 汽車用普通氣彈簧
TB 1964-87 《客車門窗用密封條檢驗方法》
HG/T 3088-1987 《車輛門窗橡膠密封條》
2.5本章小結(jié)
本章主要討論了車門的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，主要分為鈑金、機能件、密封件、內(nèi)飾件、電器件五大類。在這里重點討論了各個機能件的類型、結(jié)構(gòu)特點以及密封條的類型與特點，這些內(nèi)容是車門布置與設(shè)計必須了解的前提工作。這樣我們就可以根據(jù)成本和性能的需要為車門布置與設(shè)計工作提供結(jié)構(gòu)型式定義、選型。
第3章 車門布置與設(shè)計
在本章里，我們將以威馳車的開發(fā)為例，從車門外表面建立發(fā)布開始，到車門生產(chǎn)裝車為止，介紹車門鈑金、密封與機能件的前期布置方法、設(shè)計流程以及簡單介紹后期的技術(shù)處理。
3.1車門設(shè)計流程概要
車門設(shè)計一般來講分為定義、布置、設(shè)計、分析四個階段，如圖3.1所示。
1)定義階段，首先需要確認(rèn)車門的結(jié)構(gòu)型式，包括車門、窗框、升降器、鉸鏈、門鎖、限位器、內(nèi)外手柄選型，密封型式定義，鈑金材料定義等等，在這一階段，主要是根據(jù)從整車分解下來的車門成本以及車門安全等級來定義這些結(jié)構(gòu)型式，一旦確定之后，在布置階段主要就圍繞這些結(jié)構(gòu)型式來做工作。另外，在定義階段還有一項重要內(nèi)容就是車門開口線的確定，這是與車門鉸鏈的布置同時完成并向下發(fā)布的。
2)布置階段，主斷面設(shè)計是一個主要內(nèi)容，車門的密封條斷面、窗框斷面以及部分機能件的布置是與主斷面設(shè)計同時進行的，其他的機能件布置、內(nèi)外板作業(yè)孔、乘降性分析、安全性、工藝分析等工作也在這一期間進行。
3)設(shè)計階段，主要包括了車門內(nèi)外板設(shè)計、其他鈑金件設(shè)計、機能件設(shè)計、內(nèi)飾設(shè)計、車門密封設(shè)計幾大設(shè)計工作。
4)分析階段，主要有性能與安全分析、成型性工藝分析工作。
圖3.1車門設(shè)計流程
3.2車門主體設(shè)計定義
3.2.1車門結(jié)構(gòu)型式定義
在這里，我們需要列表表示出車門部件的設(shè)計模式：繼承、繼承＋變更、新設(shè)計，如表3.1所示。
車門機能件的選擇是車門設(shè)計人員在進行車門附件布置設(shè)計時非常煩瑣但又非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，選擇的好壞往往會影響到整個車門布置設(shè)計的最后結(jié)果。
表3.1車門結(jié)構(gòu)型式定義
在以上定義完成后,接下來需要定義鈑金以及部件的材料、料厚與所有涉及到的標(biāo)準(zhǔn)件等，最終形成車門設(shè)計的指導(dǎo)書，作為以下設(shè)計的依據(jù)。
3.2.2玻璃面校核確認(rèn)
對過程外表面切斷面測量主要是對玻璃和車門外板面的成立性進行探討，對玻璃升降器需要的空間做初步分析。如圖3.2所示，對頂蓋、腰線、外手柄、地板邊梁處做斷面分析，分析的目的是探討玻璃面和外板面的成立性。
1)頂蓋斷面A
此斷面主要對噪音等級做探討。首先確定a值，如在威馳車中，a=9.7mm，噪音等級為8級（豐田標(biāo)準(zhǔn)）；同時還要對車門開口線點相對密封膠條的位置做初步確定，并據(jù)此對頂蓋、窗框斷面做出初步設(shè)想，對開口線的間隙做初步確認(rèn)，如圖3.3所示。
2)腰線斷面