0第 1 章 緒 論1.1 行業(yè)概述隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，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。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)。1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 基于流程與知識的轎車車門布置的背景與意義1.2.1 汽車行業(yè)的背景如今汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度很快，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。1.2.2 計算機輔助設(shè)計在汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用自從上世紀(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。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2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?，F(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。1.2.3 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。1.2.4 車門設(shè)計的流程化道路車門是汽車車身結(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)3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。1.3 國內(nèi)外發(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4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。AutoForm 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，AutoForm 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5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。1.4 本課題的研究內(nèi)容本課題研究是以威馳汽車開發(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。6第 2 章 車門設(shè)計2.1 車門參數(shù)化設(shè)計技術(shù)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7評述。2.2.1 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。2.2.2 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。2.2.3 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” ，或者“頭條”）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） 。2.2.4 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8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。圖 2.1 車門結(jié)構(gòu)型式所設(shè)計車門總裝圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 車門總裝圖2.3 車門的基本構(gòu)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9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 2.3 所示。圖 2.3 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 2.4 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。10圖 2.4 車門外板如圖 2.5 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。所設(shè)計車門外板如圖 2.6 所示。圖 2.6 車門外板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。圖 2.5 外板的剛度加強11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 2.7 所示圖 2.7 車門內(nèi)板（左側(cè) a：高強板，用于鉸鏈加強板，右側(cè) b：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 2.8 所示。圖 2.8 鉸鏈加強板型式所設(shè)計車門內(nèi)板如圖 2.9 所示。圖 2.9 車門內(nèi)板123)車門防撞梁車門防撞梁（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?；趥?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，如圖 2.6 所示。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。13圖 2.10 Y 型防撞梁結(jié)構(gòu)示意圖 2.10 為 Y 型側(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。4)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 2.11、圖 2.12 所示。圖 2.11 車門外板加強板圖 2.12 車門內(nèi)板加強板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 2.13 所示。14圖 2.13 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 2.14 所示。圖 2.14 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 2.15 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。15(a) 窗框（滾壓）(b) 窗框安裝支架 1(c) 窗框安裝支架 216(d) 玻璃導(dǎo)槽圖 2.15 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)。從圖2.16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)部圖 2.16 鉤簧鎖結(jié)構(gòu)圖17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 2.17所示。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)閉應(yīng)輕便、靈活；3)磨損小，以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地打開；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。18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)。圖 2.17 車門鎖系統(tǒng)所設(shè)計的車門鎖機構(gòu)如圖 2.18 所示。圖 2.18 車門鎖機構(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。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，19不會碰開車門，安全可靠。所設(shè)計車門外手柄如圖 2.19 所示。圖 2.19 車門外手柄所設(shè)計車門內(nèi)手柄如右圖 2.20 所示。圖 2.20 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；20b)斜圓柱玻璃——在布置玻璃圓斷面方向時盡可能與玻璃導(dǎo)槽的方向一致，這導(dǎo)槽的模擬就是一個圓，玻璃的升降布置比較順暢；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，因為切出來的曲的曲率變化相對較??； 0第 1 章 緒 論1.1 行業(yè)概述隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，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。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)。1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 基于流程與知識的轎車車門布置的背景與意義1.2.1 汽車行業(yè)的背景如今汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度很快，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。1.2.2 計算機輔助設(shè)計在汽車工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用自從上世紀(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。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2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。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。1.2.3 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。1.2.4 車門設(shè)計的流程化道路車門是汽車車身結(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)3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。1.3 國內(nèi)外發(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4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。AutoForm 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，AutoForm 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5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。1.4 本課題的研究內(nèi)容本課題研究是以威馳汽車開發(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。6第 2 章 車門設(shè)計2.1 車門參數(shù)化設(shè)計技術(shù)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7評述。2.2.1 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。2.2.2 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。2.2.3 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” ，或者“頭條”）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） 。2.2.4 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8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。圖 2.1 車門結(jié)構(gòu)型式所設(shè)計車門總裝圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 車門總裝圖2.3 車門的基本構(gòu)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9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 2.3 所示。圖 2.3 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 2.4 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。10圖 2.4 車門外板如圖 2.5 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。所設(shè)計車門外板如圖 2.6 所示。圖 2.6 車門外板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。圖 2.5 外板的剛度加強11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 2.7 所示圖 2.7 車門內(nèi)板（左側(cè) a：高強板，用于鉸鏈加強板，右側(cè) b：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 2.8 所示。圖 2.8 鉸鏈加強板型式所設(shè)計車門內(nèi)板如圖 2.9 所示。圖 2.9 車門內(nèi)板123)車門防撞梁車門防撞梁（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?；趥?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，如圖 2.6 所示。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。13圖 2.10 Y 型防撞梁結(jié)構(gòu)示意圖 2.10 為 Y 型側(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。4)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 2.11、圖 2.12 所示。圖 2.11 車門外板加強板圖 2.12 車門內(nèi)板加強板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 2.13 所示。14圖 2.13 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 2.14 所示。圖 2.14 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 2.15 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。15(a) 窗框（滾壓）(b) 窗框安裝支架 1(c) 窗框安裝支架 216(d) 玻璃導(dǎo)槽圖 2.15 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)。從圖2.16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)部圖 2.16 鉤簧鎖結(jié)構(gòu)圖17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 2.17所示。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)閉應(yīng)輕便、靈活；3)磨損小，以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地打開；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。18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)。圖 2.17 車門鎖系統(tǒng)所設(shè)計的車門鎖機構(gòu)如圖 2.18 所示。圖 2.18 車門鎖機構(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。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，19不會碰開車門，安全可靠。所設(shè)計車門外手柄如圖 2.19 所示。圖 2.19 車門外手柄所設(shè)計車門內(nèi)手柄如右圖 2.20 所示。圖 2.20 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；20b)斜圓柱玻璃——在布置玻璃圓斷面方向時盡可能與玻璃導(dǎo)槽的方向一致，這導(dǎo)槽的模擬就是一個圓，玻璃的升降布置比較順暢；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，因為切出來的曲的曲率變化相對較小；