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轿车前门设计

摘要

车门的结构设计与优化是整车开发设计中的重要环节，熟悉车门结构的功能要求、结构特点和较见的结构处理方法是车门结构设计的基础；另外，设计的车门应具有足够大的强度、刚度和良好的振动特性，以满足车门闭合时耐冲击性及与侧碰时的耐撞性等各项性能的要求。

本设计依据威驰轿车的结构尺寸和功能特点具体设计了一个分体式威驰轿车前车门。

本设计主要完成了车门限位器设计、后视镜设计、外板设计、内板设计、门铰链设计、门锁机构设计、玻璃升降器设计、防撞梁设计及门玻璃等设计。

并且对玻璃升降器进行了交叉臂的计算以及对车门铰链及限位器进行了强度校核。

设计了一个具有一定功能性、安全性、实用性、经济性的威驰轿车前车门。

关键词：

结构设计；轿车车门；分体式；限位器；玻璃升降器

ABSTRACT

Thestructuredesignandoptimizationisanimportantlinkofthedevelopmentanddesign,familiarwiththedoorstructurerequirementsoffunction,structurefeaturesandisseenstructureprocessingmethodisthedoorstructuredesignofthefoundation;Inaddition,thedesignofthedoorshouldhaveenoughstrength,stiffnessandgoodvibrationcharacteristics,tomeetthedoorclosedandresistancetoimpactandsidewhentouchthecrashworthinessofandsooneachofperformancerequirements.ThisdesignbasisWeiChicarsstructuresizeandfunctioncharacteristicsspecificdesignacarbeforethedoor.WeiChisplit

Thisdesignmainfinishedthedesignofthelimit,therearviewmirrordesign,theboarddesign,design,doorhingeinboarddesign,doorlockmechanismdesign,glassliftsdesign,impact-proofbeamdesignsuchasglassdoordesign.Andthedrivetoglasscrossarmofthecalculationandonthedoorhingesandlimitistheintensity.Designwithacertainfunction,safety,practicabilityandeconomyofthecardoorWeiChibefore.

Keywords:

structuraldesign,cardoor,split,doorcheckarm,windowregulator

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论……………………………………………………….………………………1

1.1汽车车门设计行业形势………………………………...……………………1

1.2车身外形设计在汽车工业中的地位和意义……………………………........2

1.3传统车身外形设计方法…..………......…………………….........……………2

1.4现代车身外形设计方法...............……...……………….......………………3

1.5车门流程化设计….............…………………………..........………………5

1.6国内外发展现状…….......…………………….………......…………………6

1.7本设计的研究内容………………..………………………..…………………6

第2章车门设计流程及主要硬点……......………………….………………………7

2.1车门设计流程........……………………………………………………………7

2.2车门设计的主要硬点…………….…………...………………………………7

2.2.1车门外板设计…………...........……....……………………………8

2.2.2门锁设计……..…………………...……..…………………....………9

2.2.3车门内板设计............................………………………..…………9

2.2.4车门密封系设计和检查.…………..……………………..…………..……9

2.2.5车门铰链设计……………………………….…………….…..………….10

2.2.6车门玻璃以及车门玻璃升降器的设计………………..………………...10

2.3本章小结………..………..................…...………………………………10

第3章车门布置……………....……………………....……………………....……….11

3.1车门玻璃面校核确认…...........………...........……....……………………………11

3.2车门开口线定义与铰链中心定义……..................……………………....………13

3.3车门主断面设计................................................………………………..…………15

3.4车门刚性设计.....................................……...........……………....……..…………15

3.5车门玻璃升降器布置.....................................……...........…………………..……17

3.6车门外手柄布置.....................................……………...........…………..…………19

3.7车门内手柄布置.....................................……………...........…………..…………20

3.8内板作业孔、内饰板安装孔及其它孔的布置..............................................……20

3.9密封胶沟的设计.....................................……………...........…………..…………20

3.10其它部件布置.....................................……………………….............…..………20

3.11本章小结…………………………………………………………………………21

第4章车门结构设计及相关附件的强度校核…….......….……………………22

4.1车门参数化设计技术……………………………….......………………………22

4.2车门的结构形式及特点………………………………….......…………………22

4.3车门的结构组成....……………………………………….......…………………23

4.3.1车门门体………….......……………………………………………………24

4.3.1.1车门外板……………………………...……………........…..……...24

4.3.1.2车门内板……………………………………………..…........……..25

4.3.1.3车门防撞梁…………………………………………........…....……26

4.3.1.4车门加强板……………………………………………............……27

4.3.1.5车门窗框……………………………………………..…........……..28

4.3.2车门附件…………..…………..……………………………………28

4.3.2.1车门铰链………………………........……………………..………..28

4.3.2.2车门限位器…………………………………………...............…….31

4.3.2.3车门锁……………....……………….....…………..…...........……..32

4.3.2.4车门内外手柄…………………………………...……............…….33

4.3.2.5车门玻璃………………....…………………………................…….34

4.3.2.6车门后视镜…………………………………...........……........…….35

4.3.2.7车门玻璃升降器…………..………….…........….....……........….....35

4.3.2.8车门密封条………………………............………...……........…….38

4.3.3车门内饰件……………………............…………………………………39

4.4车门设计的要求及方法………………………………………………………40

4.4.1车门设计的要求……........……………………………………..………40

4.4.2刚性要求…………………....……..……………………………………40

4.4.3耐久性要求…………………..…………………………………………40

4.5车门设计的相关标准…………………………………………………………41

4.6本章小结………………………………………………………………………41

结论………………………………………………………………………………...………42

参考文献………………………………………………………………….………………43

致谢…………………………………………………………………...............……………44

附录…………………………………………………………………...............……………45

第1章绪论

1.1汽车车门设计行业形势

车门是轿车车身设计中十分重要而又相对独立的一个部件，其质量直接关系到整车的舒适性和安全性，其性能直接影响着车身结构性能的好坏。

它是车身中工艺最复杂的部件，涉及到零件冲压、零件焊接、零部件装配、总成组装等工序，尺寸配合和工艺技术等要求都非常严格。

因此，车门要求密封性好、防尘、防水、隔音，如果车门的质量差，时间久了容易产生车门卡死、关闭不严等现象，随之带来的噪声和振动不但降低乘坐舒适性，而且容易造成汽车零部件的损坏。

过去的车型主要以整体式车门为主，如桑塔纳、富康、赛欧、派力奥等等，只有在部分高端车型上才使用分体式车门；从不同车系来看，日韩车系更多的采用分体式车门，而一些欧美车型依然沿用整体式车门的结构；从车门内部构件来看，防撞梁由钣金件代替过去的管梁结构，限位器由凸轮机构式替代了传统形式的拉杆式，玻璃升降器由双导轨绳轮式结构取代了传统的齿轮式结构等等。

由于分体式车门显而易见的优势，而其缺点也可以通过一些工艺手段轻易的解决，越来越多的车型上开始采用分体式车门，目前几乎所有档次的车型都开始采用。

而一些老车型在进行换代开发时也开始用分体式取代原来的整体式车门，如：

老款的蒙迪欧和新款蒙迪欧、老款的马自达323和新款的马自达3等。

21世纪以来，“安全、环保、节能”的造车理念已基本确立。

随着汽车行业的发展，汽车的优化设计包括车门的轻量化设计都成为研究的重点，其中逆向设计技术也得到了广泛应用。

然而，从每年交通事故比例看，侧撞要占1/3左右，其致死率仅次于正面碰撞，而致伤率则居第一位。

2006年7月1日起正式实施的侧撞法规主要要求的是车辆侧门结构的安全性。

因此，在概念设计阶段完成好车门的布置设计是轿车前车门结构概念设计中相当关键的一环,可以为以后的详细设计打好基础。

本设计将依据轿车前车门的结构现状做进一步改进，充分考虑影响车门开度的各种因素（H点、人体模型尺寸、头部间隙、高宽度、A柱视野障碍角等），采用Y型防撞梁、三道密封条等设计，优化门铰链、门锁及门窗附件等的布置，将传统设计与逆向造型设计在汽车车门设计中的应用技术相结合，进行及车门各附件的功能、结构等的分析、计算和校核，总成及零部件的布置，车门密封、通风设计等，最后应用AutoCAD等软件进行绘图。

1.2车身外形设计在汽车工业中的地位和意义

在现代汽车工业中，车身作为汽车的三大总成之一和新车型的象征，其研制与生产技术的水平是汽车工业水平的重要标志。

车身工程已经为汽车工业中发展最迅速而最具活力的分支之一。

一个总成设计优良的汽车品牌在市场竞争中的成败主要取决于其外形能否吸引顾客和能否不断更新。

一部汽车的地盘生存周期一般在10年左右，而车身的生命周期只有3~5年。

一个国家没有高水平的车身研制与生产技术，就没有自主发展的汽车工业，就难以在竞争中获胜。

因此，如何利用现代设计方法，加快车身设计总体和外形的设计，实现产品不断的更新换代，是一个汽车品牌在市场竞争中立于不败之地的重要法宝。

探讨汽车车身设计的理论和实际意义主要体现在有助于促进汽车车身制造业的进一步发展，有助于缩短车身产品的在设计周期，有助于制造和完善各种外形美观的车身产品，有助于提高车身产品的制造精度和经济效益。

1.3传统车身外形设计方法

汽车车身外形是汽车结构中与底盘和发动机并列的三大部分之一，其开发和生产准备周期最长，图纸及工艺准备的工作量最人，并且还经常要改型，不像底盘和发动机那样容易做到系列化、通用化。

车身结构的特点在于组成车身外形的各个零部件多为尺寸大而形状复杂的空间曲面（即所谓人型覆盖件），这些空间曲面无法用一般的机械制图方法将其完整地表现出来，因而不得不建立立体模型作为依据。

为了使这些图纸和换型能够确切地表现出车身的形状和结构，需要通过一套复杂的设计程序来完成。

在传统车身设计方法中，车身的设计信息和数据的传递主要是靠二维图纸和主模型，人的手工设计部分较多。

传统设计方法无法克服的缺点土要体现在以下几个方面：

1、人力物力消耗大。

传统的车身设计开发需要美工人员、工程技术人员及其工人通力合作，如二维工程图（车身曲线图的绘制）、土模型的制作和保存、模具设计、制造、研配和调试、生产准备中的工艺设计等都将耗费人量的人力和物力。

2、设计精度低、周期长。

精度低的主要原因在于设计和生成准备的各个环节之间信息传递是一种“移形”，例如由主图板制作主模刑，由主模型进行加工工艺补充，制造工艺模型，由凸的工艺模型翻成凹的工艺模型，再由工艺模型反靠加工冲模，原始数据经过这些环节的转换，各种人为的误差就在所难免，导致加工出的模具精度无法保证，只有靠下一步的手工研配来解决。

3、车身定型过早且不能进行并行设计。

传统车身设计基本上是一种单向不可逆设计状态，产品一旦定型，修改或改型非常困难，通用化、系列化程度低。

此外，现代汽车的车身零部件由于结构和美观的需要，空间曲面日趋复杂化，传统的设计方法己很难满足设计要求。

传统的车身设计方法的流程可用图1.1来表示。

绘制1:

5的车身总布置图

绘制缩小比例的色彩效果图

制作缩小比例的油泥模型

绘制1:

1油泥模型并绘制1:

1黑板图

绘制1:

1的内板模型图

绘制车身主图版

绘制车身工作图

绘制主模型

模具设计和制造

样式试制、生产准备

图1.1传统车身设计方法流程图

1.4现代车身外形设计方法

近几年来，由于计算机技术（CAD/CAM/CAE/CIMS等）的迅猛发展，车身外形设计方法己经发生了质的突破。

在具体的设计过程中，按照产品设计信息来源的不同采用计算机辅助设计的流程上要分为以下几大类：

1、产品的逆向设计（仿形设计），如图1.2所示，产品信息来源土要是实物（样车）、二维图纸等。

2、产品的正向设计（概念设计），如图1.3所示，产品信息来源土要是图片、模型及造型人员的设计思维等。

3、基于上述两者之间的交互式设计（改型设计）。

汽车造型设计

总布置图

设计思维

设计思维

1:

5油泥模型

平面效果图设计

1:

1油泥模型

CAD面表模型建构

制定曲面分块方案

油泥数控铣削造型确定

模拟表面数据采集

CAD结构模型建构

点云数据分析处理

CAE分析

曲面拼接、精修

快速原始制造

曲面数据质量评估

模型设计及制造

最终造型审查

样车试制生产准备工作

图1.2产品的逆向设计（仿形设计）图1.3产品的正向设计（概念设计）

现代车身设计中大量采用CAD/CAM技术，这会带来传统设计方法无法比拟的优点，主要表现在：

1、提高了设计精度：

造型一旦完成建立了车身外表面的数学模型并存入数据库，经计算机管理便可以多方共享，为生产准备、工装设计制造提供方便、详细、准确的原始依据，消除了中间数据的转换，使模具加工的精度大大提高，并可消除凸凹模之间的研配，使调试、修改的工作量大为减少。

2、提高了设计和加工效率，缩短了设计和制造周期：

一方面表面数学模型可直接用来进行冲模设计，提高冲模设计的成功率，另一方面模具的制造可以通过直接引用CAD模烈进行数控加工，从而大大提高了模具制造的速度。

3、可以方便地将造刑结果的CAD数学模型用于车身设计中的各种分析；建立了车身的CAD数学模型后，即可用于车身的强度、刚度有限元分析、车身覆盖件成烈模拟和空气动力特性模拟，获得对招个车身设计的车身刚度，车身安全性，整车空气动力特性的初始评定，使得设计的可信度大为提高。

有了这样一个基础，一般只需要试制一轮样车作为验证，产品即可定型。

4、在原设计基础上改型和换刑比较容易。

可以避免大耸繁锁重复性的工作，缩短设计开发周期、提高效率。

如轿车的二厢、三厢车的设计，卡车的单排、排半、双排、宽车、窄车、高顶、平项系列车身的设计等，均可在一个车身平台的基础上衍生多个车身，使得产品的系列化、通用化程度大人提高，极人的满足了客户的需求。

1.5车门的流程化设计

车门是汽车车身结构中重要的组成部分，同时相对独立，是供乘员或货物进出的必要通道。

车门设计的好坏直接影响到整车的造型效果、安全性、密封性、视野、噪声控制以及乘坐空间等诸方面的优劣。

车门主要由车门内外板、内饰板、加强梁、加强板、车门玻璃及升降器、门锁、内外手柄、车门铰链、限位器、车门密封条和车门开关机构组成。

车门从布置到设计再到制造，每一个环节考虑的因素都比较多，既要保证车门与整车的协调一致，还要保证车门本身的技术要求。

很多时候，各个环节是一个循环反复的过程，造成了传统的车门设计难度与周期很长。

车门设计必须走流程化的道路，并且要利用先进的计算机平台做早期的判断分析、循环优化，是目前我们公司正在努力探索的一个方向。

车门结构分析的早期介入，可以及早解决因结构设计不合理造成的机能件运动干涉、钣金成型性差、总成的振动特性无法满足整车NVH的需要，避免后期修改造成的资金与时间上的大量浪费。

随着计算机技术快速发展，结合知识工程，各大汽车公司纷纷建立了自己的研发流程，确立了现代设计方法在汽车领域的主导地位。

长期以来，车门设计一直是一个难点，现代设计方法的应用，使得车门设计的后期分析可以提前到设计过程中进行，使设计的难度降低。

车门设计兼顾的方面多、初期布置复杂、需要有丰富的知识与经验，基于流程与知识的车门布置很好的解决了这个问题。

所以本课题以某款新车的开发为例，在该领域做一些研究是很有意义的。

1.6国内外发展现状

基于逆向的现代车身设计方法日前己在技术先进的国外汽车行业中得到广泛应用。

世界上比较大的汽车公司都已普遍采用CAD系统进行车身的二维设计，如车身的总布置（人机工程）、内外覆盖件的曲面结构设计、零部件结构和装配设计、模具设计，并自动生成相关的设计技术档。

CAM/CAE乃至CIMS技术应用也很普遍。

各大汽车制造公司都拥有自己庞大的车身开发队伍，而且不惜投入巨额资金建立先进的实验室，开发或引进专门的软件进行车身设计。

在车身设计领域应用较多的可进行逆向工程设计的软件包主要有美国ALIAS公司的Autostudio,IBM公司的子公司Daussault的CATIA,EDS公司的UG、参数技术公司的PRO/Engineer等。

这些软件都属于通用机械设计软件，具有较强的曲面设计、参数化设计能力或混和设计功能，并能支持机械制造的全过程，即设计建模→工程分析→加工制造，有些甚至能较好的支持车身设计的最初阶段，即概念设计（ConceptDesign）阶段（如Autostudio），并通过一定的手段将其与建模结合起来，将平面设计转换为二维模型。

国内计算机用于汽车设计始于70年代。

长春汽研所研制了曲面光顺程序车身专用功能板，建立了其车身设计用的图形库，开发了基于逆向工程基础上的汽车车身表面造型及结构设计程序系统，该系统具有绘制车身土图板和车身零件图，提供加工主模型NC数据，制作土模型的能力。

北京汽车摩托车制造公司研制了BJA-BSM车身CAD系统，成功地应用于BJ124,BJ125等各种新车型的车型工作。

上海通用汽车、上海同济同捷科技有限公司等对基于逆向工程基础上车身设计开发流程进行了比较深入地研究，形成了一套比较完善的车身开发程序。

但在逆向工程点数据处理、曲面表面光顺、数学模型转换过程等方面仍存在很多急需解决的问题。

国内很多中小汽车企业由于资金、设备和人员的限制，使得对UG的应用水平不高，未能对基于逆向I程基础上的车身设计方法进行比较系统的研究和应用，或者仅应用逆向工程的某一领域，应用得最多的也只是对产品做局部或少黄的改动。

总的来说，国内逆向工程在汽车车身外形设计中应用的深度和广度与国外先进水平相比还有很大差距，尤其在CAD/CAM、UG集成应用等方面还处于起步阶段。

1.7本设计的研究内容

本设计是以威驰汽车开发项目为依托，主要完成了车门限位器设计、后视镜设计、外板设计、内板设计、门铰链设计、门锁机构设计、玻璃升降器设计、防撞梁设计及门玻璃等设计。

并对车门各个机能件选型，结构布置进行了深入的研究。

第2章车门设计流程及主要硬点

在本章里，我们将以威驰车的开发为例，从车门外表面建立发布开始，到车门生产装车为止，介绍车门钣金、密封与机能件的前期布置方法、设计流程以及简单介绍后期的技术处理。

2.1车门设计流程

1）确定车门类型

一般情