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1、汽车车身结构与设计 北京理工大学机械与车辆学院 林程 教授 王文伟 副教授 陈潇凯 副教授 2016 第七章 车身部件结构与设计 第一节 车门 一、车门简介 车门是车身上一个独立的总成，直接关系着整车的安全 性、乘员操作与上下车的方便性、空气动力特性、密封性 和噪声，还会影响造型效果。车门上附件较多，开关频繁 ，因此对性能和可靠性要求都很高。 车门的功能要求 车门应具有必要的开度，以保证人和货物进出方便。要求其开关灵活，且开 启后能停止在最大开度和半开的位置上。 车门安全可靠，关闭时能锁住，不得因振动、碰撞而自动开启，且能防盗（ 防止外人伸及锁住的车辆内部）。行车或撞车时，车门不会自动打开。发
2、生 车辆侧撞或滚翻时，车门能起到结构支撑作用，且能正常打开。 操作性良好。车门开关方便，玻璃升降轻便、灵活，部件系统可靠、耐久。 具有良好的密封性，使乘员与外界隔离。传入车室内的噪声最小，灰尘和废 气的吸入量最少，并应有防止水积存于门腔内的措施。 车门应具有足够的刚度，不易变形下沉，行车时不振响。 制造工艺性好，易于冲压并便于安装附件，同时要求拆装、修理方便。 车门造型与整车协调，保证表面齐平，门缝间隙均匀，色彩与内饰和整车匹 配。 设计应满足人机关系的要求，如空间位置、操作件位置和视野障碍最小化等 要求，以提高乘员舒适性。 二、车门的结构与组成 车门一般由门体、车门内饰和车门附件三 部分组成
3、。 门体：即白车门（Door in White），它支 持和控制车门内所有附件的位置关系，是 包括车门内板、外板、门体加强板、抗侧 撞梁、窗框等零件的焊接总成。 门体结构按窗框的形式，可分为无窗框结 构和有窗框结构，有窗框结构又分为组装 式结构和整体式结构 门体结构（前门） 门体结构形式 车门内外板 车门外板 车门外板一般由厚度为 0.650.85mm的薄钢 板冲压成形，其外形和制造的表面质量必须符 合车身造型的要求。由于轻量化和侧面碰撞安 全性的要求，车门外板广泛使用高强度钢板。 车门内板 车门内板是几乎所有车门附件的安装体，是车 门重要的支撑板件，一般采用0.70.85mm的 薄钢板拉深成
4、形。对于整体式门内板，拉深深 度形成门体厚度的侧板。 车门J平面和窗台截面 车门加强板 车门加强板用以提高附件安装部位的刚度 和连接强度。激光拼焊钢板已广泛应用于 车门内板的侧板，它可以省去铰链加强板 及其工装模具，并可以提高车门刚度，减 轻车门质量。 抗侧撞梁 为使车辆抗侧撞性能达到安全标准的要求，现代 轿车大多在车门内装有抗侧撞梁。该梁可以是圆 管，也可以是用高强度钢板冲压成形的异型截面 梁，截面厚度约在3336mm之间，两端通过连 接件焊接在门内板上。 (二) 车门内饰 车门内饰除了用以装饰车室内部外，还可以起到隔声、吸 声、防止车外灰尘进入和水侵入的作用。由于车门内饰及 构件软化，在车
5、辆碰撞时能保护乘员，提高安全性。 车门内饰结构是由芯材、衬垫、蒙皮、内饰固定板及附件 组成。现在轿车车身大多采用成型内饰，有真空成型、发 泡成型、注塑成型、热冲成型和树脂冲压成型等。 (三) 车门附件 车门附件主要包括铰链和限位系统、门锁系统、玻璃升降 系统、密封系统等。 1、车门铰链及限位系统 门铰链：车门通过上、下铰链悬挂在门柱上，整个车门（ 包括门内饰板）的重量及任何作用在车门上的力，在车门 关闭的状态下，是由两个铰链、门锁及固定在车身门柱上 的锁闩系统来支承；而在车门打开时，则全由铰链支承。 实际车门的下垂，通常是由于在载荷作用下，铰链与车身 或车门的连接部位发生变形所致。 车门铰链
6、门铰链因使用频率高，要有很高的耐久性、强度和可靠性，受到再大的冲击 ，铰链也不能与车身分离。门铰链有合页式和臂式两种。臂式的铰链轴安装 在门柱内，所以要求门柱粗大。其优点为轴线相对车门的位置较远，开门时 能使门往外移，因而不易与门框或车身其他部分干涉。现代轿车车身广泛采 用合页式铰链，两个合页分别固定在车门和车身门柱上，合页之间用销轴定 位和连接，铰链轴线在门柱以外，与臂式铰链相比质量轻、刚度高和易于装 配。 合页铰链运动受力分析 为了操纵方便，车门维持在最大开度位置的力矩 以20一30Nm为宜。 在弹簧力作用下，机构对车门产生绕固定轴O1转动的力矩Ml， 当车门开启到超过中间位置时，此力矩驱
7、动车门自动打开。 车门限位器 车门的开度限位器具有门半开时的支承功能和全开时的制止功能，其作用 是限制车门的最大开度，防止车门外板与车身相碰，并使车门停留在所需 开度，防止车门自动关闭。由于它和门铰链一样使用频率高，故要求它有 很高的耐久性和可靠性。车门的最大开度一般在6570 2、门锁系统 门锁系统是控制车门可靠锁紧和安全开启 的系统的总称，一般分为手动式（机械式 ）门锁和自动门锁。目前，一般汽车都采 用了自动门锁。 一般汽车都采用了自动门锁，由驾驶员集 中控制，即当驾驶员的车门上锁后，所有 车门同时锁止，因此也称为中央控制门 锁。 门锁类型 门锁按其结构大致可分为舌式、棘轮式和凸轮 式。舌
8、式锁结构简单，安装容易，对车门的装 配精度要求不高；缺点是只有横向(开门方向) 的定位，不能承受纵向载荷，故可取性差，加 之关门沉重，噪声大，锁舌与捎块易磨损，因 而在现代汽车上几乎已经掏汰。 棘轮式锁现在广泛采用。其特点是锁内部有一 套由锁钩(辣爪)和棘轮组成的制楔机构。由于 位于门腔外部的锁闩和门柱上的档块形式不同 ，有转子式门锁、卡扳式门锁等。 对门锁系统的要求 1）门锁必须可靠地将车门锁紧，在汽车行驶中车门 不允许自动打开； 2）车门的开启与关闭应轻便、灵活； 3）能承受纵向力、横向力及惯性力，开关轻便满足 法规要求； 4）设有锁止机构情况下，当锁止时，如按下锁止按 钮或车外用钥匙锁止
9、时，扳动车门内、外手柄，不能 打开车门，在车外只有用钥匙才能打开车门，在车内 只有先拉起锁止按钮才能打开车门； 5）当车门开着，锁止按钮按下时，此时关闭车门撞 动锁爪，即可通过联动杆来解除锁止状态，同时可防 止由于钥匙忘在车内而打不开车门 转子式门锁 卡板式门锁系统 卡板式门锁的锁紧原理与转子式锁相似，所不同的是卡板式门锁是以U形卡板 与车身立柱上的环形锁扣结合，它既可承受纵向载荷，又能承受横向载荷， 安全可靠。该锁适用于各种车辆。 门锁系统的布置要求 在高度上，锁体应略高于车门质心或与车 门质心布置在同一水平线上。 水平方向上，门锁在玻璃的外侧，有利于 外手柄和内锁止机构的布置。多数情况下
10、，都使后窗框保留一定的倾斜度，使门端 板与玻璃导轨之间有一定的空间给门锁使 用。 锁闩的轴线与铰链的轴线垂直。一般在布 置铰链时，为使车门有自动回位的作用， 铰链一般都有一个内倾角。 3、玻璃升降系统 车门玻璃升降系统的功能，一是支撑和保护玻璃 ，二是使玻璃升降能随意停位。玻璃升降系统由 支承玻璃的托架、导轨和玻璃升降器等组成。玻 璃升降系统应满足如下要求： 1）车门玻璃升降平顺，工作可靠，无冲击阻滞现 象。 2）操纵轻便省力。 3）具有防止玻璃受外力时升降器倒转的机构，防止 人从车外能够迫使玻璃滑下。 4）对于电动玻璃升降器，还应考虑防夹功能。 车门玻璃升降器的结构类型 目前常用的玻璃升降器
11、有臂式传动和钢丝绳式传 动两种结构类型。 车门玻璃升降器的结构类型 车门窗框上具有平行的玻璃导槽，可采用单臂式 结构。车门窗框不平行；玻璃形状不规则，导向 槽短， 则应采用交叉臂式(或钢丝绳式) 结构。 钢丝绳式玻璃升降器可通过改变钢丝绳长度来任 意确定手柄轴的位置，非常适用于曲面玻璃和玻 璃较宽或形状不规则的情况。 4、密封系统 车门与车身门框之间的密封摇车门与车身 门框之间是通过安装橡胶密封条来实现车 室内部与外界的隔离，以防雨水、灰尘、 风和噪声侵入车内。密封条还对车门的关 闭起到缓冲作用，同时防止车辆在行驶中 发生振响和气流啸声。 密封条材料 密封条的材质一般是表面具有合成橡胶护膜的海
12、绵橡胶 ，也有采用硬质橡胶或SBR 海绵的。表面护膜是采用 氯丁二烯或氯磺化聚乙烯类的合成橡胶，护膜厚度0.1 0.5mm， 它不仅改善了密封条的耐候性和耐磨性，而 且使密封条外形美观。要求： 弹性好, 永久变形小。 良好的耐候性和耐老化性, 低温下不发硬。 具有一定的强度和表面护膜的耐磨性。 吸水率低。 便于成形(挤压成形或模具成形) 和装配(如与车漆表面能牢 固粘接且无污染性)。 车门密封条的固定方式 车门密封条的固定方式有粘接、卡扣固 定、嵌入式固定或夹持等。 密封条的弹性特性 当出现车门与车身门框之间间隙不均匀时(如制造偏差)， 密封条设计应当使其载荷不会有大的变化。即密封条的弹 性特
13、性最好取用图示的中间一段。如果取用载荷变化大的 一段，虽然密封性可以提高，也可以减小车门振动，但会 使车门关闭力加大且振响声大。 车门密封条的截面形状一般分中空型和唇形两种，现在广 泛采用的中空压缩型密封条。一般车门下部采用双层密 封。 设计时要尽可能使车门四周与门框之间间隙均匀，密封条 与门框接触面及贴合方向一致，以便获得均匀的压力,并 防止密封条因受力方向变化而扭曲、撕脱。 门窗玻璃的密封结构 门窗密封主要靠玻璃导槽和车门窗台处横 置的密封条。玻璃导槽一般采用粘接或嵌 入的方式装配在门窗框的结构凹槽内。断 面形状设计时，要考虑导槽与窗框的装配 关系。为了减小玻璃升降阻力，导槽两侧 通过植绒
14、的唇边或柔软的压缩面贴于玻璃 ，使玻璃升降平稳、轻便。 三、车门布置设计 车门是车身结构的一部分，其外形尺寸受车辆总体外形 (主要是车身侧面外形) 和车室内部布置空间的约束。 车门铰链布置：铰链轴线的布置影响车门的摆动轨迹。 在车身外形设计的初级阶段, 就需要布置铰链轴线并对 车门旋转轨迹进行校核，防止车门边缘与周边结构(如 前翼子板、门框) 或前、后门之间发生干涉，确保造型 设计(门缝线设计) 的可行性，并确定门柱尺寸等。 一般轿车，上铰链的上端到下铰链的下端的间距大约在 350 500mm，大多保持在400mm 左右。 1、车门铰链布置 铰链轴线在宽度方向的布置：铰链轴线与车门外板 表面的
15、距离越大，则越容易发生干涉，所以铰链轴 线应尽可能向车身宽度方向外移(使靠近车身表面) ，通常铰链轴线至车门外板表面的最宽点距离为30 50mm。但轴线外移受上、下铰链间距的限制。铰 链布置时要处理好轴线外移与铰链间距、车门高度 三者之间的关系。 铰链轴线的倾斜：在道路边停车并打开车门时，为 了使车门下边缘不刮地且留有一定间隙，往往需要 在车门开启的同时能举高车门。为此，应使车门铰 链轴线内倾或后倾，内倾比后倾效果更好，一般内 倾角度在4度以内。 2、车门玻璃及玻璃升降系统的布置 车门玻璃布置，车门玻璃向车身中心的倾 斜度和曲率主要取决于车身外形的需要,并 影响车门厚度、车室宽度(乘员头部空间
16、和 肩部空间) 和乘员进、出的方便性。常用车 门玻璃曲率半径在1000 1800mm。 车门的玻璃表面应为鼓形表面，垂直于鼓 轴的各截面半径是变化的，各截面玻璃曲 线是一组同心圆弧。 玻璃升降器的布置 主动臂摆动中心的高度应设在靠近玻璃升 程的一半处，可使滚轮在升降时的水平移 动量最小，举升效率高。玻璃质心应接近 通过交叉臂中心的铅垂线，始终位于两个 支承滚轮之间，臂端的滚轮活动滑槽布置 在玻璃长度中间的1/3 段上，以使升降平 稳。 3、门锁系统布置 在高度上，锁体应略高于车门质心或与车门质心布置在同一水平线上。从受 力的角度看，这样的布置使车门关闭时比较稳定，可避免车门的最高点在行 驶时发生振动。 在水平方向上，门锁与玻璃中心线的相对位置一般有四种情况，即门锁在玻 璃的外侧、内侧、中间和脱离玻璃。门锁在玻璃的外侧, 有利于外手柄和内 锁止机构的布置。中间布置型一般不常用。锁销的轴线与铰链的轴线应垂 直。铰链一般都有一个内倾角，在布置门锁时要注意这点。
