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摘要：本文以某车型为例，对锁体、外开手柄，内开手柄的布置设计方法进行了研究，提出了门锁系统的布置要点，以及行程匹配设定要求，并对外开手柄的开启力进行计算，介绍了门锁系统的的布置设计方法，对门锁系统的开发设计具有一定意义。
关键词：门锁，布置与设计，开启力计算
中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2018）01-0044-06
1前言
门锁系统是实现车门开启和锁止的重要装置，门锁系统的布置设计直接影响车门系统的工作性能。本文以某款轻型卡车的门锁系统布置设计匹配为例，论述了门锁系统在车门上的布置要点，以及行程匹配设定，内外开手柄开启力校核计算，为门锁系统的设计提供参考。
2门锁系统布置
2.1锁体与锁扣布置
锁体与锁扣有全锁紧和半锁紧两种位置，一般布置时将全锁紧位置作为设计位置，同时应将锁体与锁扣按固定关系进行布置，保证两者不会由于布置准则不同产生错位，提高效率。
新车型开发时，为降低开发周期、成本和风险，一般优选沿用现有成熟锁体或者在现有锁体上微调。锁体与锁扣布置时需注意以下几点：
2.1.1锁体与锁扣位置关系
锁体锁舌内表面与锁扣安装平面应是平行关系，且锁舌内表面与锁扣端面距离不小3mm。锁扣外端平面与锁体腔体距离应保证大于2mm的安全距离。同时考虑到密封条反力作用，锁扣应与锁舌靠近车门方向的表面接触，如图1所示：
2.1.2锁体与铰链轴线位置关系
车门关闭时，为保证锁体锁扣啮合顺畅，锁体与锁扣啮合Y向中心线应与铰链轴平行。同时锁扣锁柱的中心线应与铰链轴线垂直。在啮合瞬间，最理想的状态是锁体的运动方向为以铰链轴线为圆心并经过啮合点的圆的切线方向。即要求锁扣圆柱段中心线与以铰链轴线为圆心、过啮合点的圆弧的切线为90°如图2。在实际布置过程中，允许有±2°的误差。
2.13 X向布置
锁体应距玻璃导轨后端10mm以上，同时考虑门洞密封条压缩不均（车门密封面形状不均匀或出现缺口），门锁与锁扣啮合处车门钣金开口应在X向预留足够密封面位置，如图3：
2.1.4 Y向布置
考虑到预留锁体连接装置（拉杆或者拉丝）的空间，锁体（含闭锁器）距离后玻璃导轨最小距离8mm，距玻璃表面最小距离10mm，距车门内外板最小距离6mm。
2.1.5 Z向布置
锁体Z向理想位置应位于铰链轴线的中心法向平面内，与锁扣的啮合点和两铰链构成等腰三角形。但受铰链布置、车门重心、造型面等因素影响，锁体Z向位置很难达到理想状态。因此某车型实际布置时锁体位置尽量靠近车门腰线，锁体略高于车门重心，车门系统重心落在上下铰链中心与锁体和锁扣啮合点组成的三角形内，如图4所示：
2.2外开手柄布置
外开手柄开启形式分为上掀式，外拉式，按钮开启式，如下图5。开启形式的采用主要取决造型要求，同时考虑无钥匙进入等人性化配置，某车型结合造型效果及安装结构后采用外拉式。
2.2.1 X向布置
外开手柄与锁体X向位置应尽量接近，减少拉杆变形，避免由此引起车门开启力变大，行程损失等问题。同时为保证门外板成型工艺性，外开手柄尾端距车门缝线距离应大于45mm，如图6：
2.2.2 Y向布置
外开手柄底座距离玻璃表面最小距离10mm，若玻璃升降器采用绳轮式，还应考虑玻璃升降器在下止点位置时玻璃托架边缘与底座的距离。某车型考虑玻璃Y向晃动影响，此处距离大于8mm，如图7：
2.2.3 Z向布置
外开手柄在Z向高度按照表1推荐数值，考虑到外开手柄在使用过程中对车门有持续的作用力，在满足人机要求的情况下尽可能靠近车门腰线，如图8所示：
2.2.4外开手柄操作空间设定
手部操作空间是外开手柄设计的关键因素，从人体舒适性考虑，应满足图9和表2要求。
2.3内开手柄布置
内开手柄通常由造型给出初始位置，校核时要考虑人机舒适性要求，操作空间如图10和表3所示。手柄和锁止钮不应凸出门护板内表面，防止误操作引起开启。内开手柄连杆安装孔与锁体上卡扣安装孔应尽量保持在同一平面上，减少拉杆（或拉丝）走向变形。
2.4锁体与内外开手柄连接方式
锁体与内外开手柄连接方式一般为拉杆或拉索两种方式。两种方式的区别如下：
首先考虑空间布置的难易程度，若锁体与内外开手柄相对位置比较规整，可优先考虑拉杆；其次考虑三者之间的距离，受力两端距离小于450mm，优先考虑拉杆，反之选用拉索；同时评估表4其他因素。某车型门锁与内外开手柄位置较为规则，且相对距离较短，适合拉杆布置，考虑到成本因素，最终选择采用拉杆连接，拉杆中间采用卡扣固定，如下图11：
3门锁系统行程匹配
行程匹配校核是对整个门锁系统的功能进行理论验证，可通过CATIA DMU模块建立锁系统的运动关系，模拟整个系统运动的传递。
3.1外開手柄行程匹配
外开手柄行程匹配原则：空行程，解锁行程，最大行程比例为1：3：4，外开解锁行程W1=锁体解锁行程S1 b，b为保险值，考虑制造及装配公差一般取2～3mm，确保顺利解锁。且外开手柄最大行程≥锁体最大行程，如图12所示。
某车型锁体解锁行程S1为8.5mm，锁体最大行程S2为13mm，外开手柄空行程a为2mm，解锁行程W1为10.5mm，外开手柄超越行程W2=4mm，则外开手柄最大行程3=W1 W2=14.5mm，空行程，解锁行程与最大行程比例近似为1：3：4当外开手柄达到最大行程时，转换到锁体外开摇臂最大行程为14mm，满足设计要求。 3.2内开手柄行程匹配
内开手柄行程匹配原则与外开手柄类似，如图13，一般内开手柄总行程较大，只需保证锁体解锁行程<内开手柄解锁行程<锁体最大行程即可。
某车型锁体解锁行程S1为10.1mm，锁体最大行程22mm。内开手柄解锁行程N1设定为15.8mm，超越行程N2设定为8mm，内开手柄最大行程N3=N1 N2=23.Smm，大于锁体的最大行程22mm，满足设计要求。
3.3内锁止按钮行程匹配
内锁止行程匹配原则：内锁止按钮的工作行程应大于锁体内锁止行程。某车型内锁止按钮行程为12.4mm，大于锁体内锁止行程11.2mm，满足设计要求。
4内外开手柄开启力校核
内外开手柄开启力大小影响使用舒适性，过大或者过小都影响使用体验。外开手柄开启力一般为50-65N，最大不应超过80N，内开手柄开启力一般为12—28N，最大不应超过35N。
4.1外开手柄开启力计算
外开手柄力学传递路径：外开手柄开启-配重块旋转-外开摇臂旋转-外开拉杆运动-外开摇臂旋转-解锁摆臂旋转-锁止机构解锁。计算时对上述传递路径分解，采用倒推法进行分析。
4.1.1锁止机构计算
以棘轮为研究对象，图14中F1为车门密封条系统反力，F1=300N；T1为棘轮回位扭簧扭矩，T1=150N·mm；力臂L1=13.5mm，L2=28mm。按照力矩平衡原理，F1L1 T1=F2L2，求得F2=150N。
以棘爪為研究对象，图15中F3为棘爪所受棘轮的摩擦力，U1为棘轮棘爪间的摩擦力，一般在0.15～0.2之间，此处计算取值0.2；T2为止动爪扭簧扭矩，T2=120N·mm；力臂L3=14mm，LA=11mm，按力矩平衡原理，F3L3 T2=F4LA，F3=F2U1，求得F4=30.1N。
4.1.2解锁机构计算
以解锁摇臂为研究对象，图16中F5为解锁推力杆受棘爪的推力，与F4为互为作用力与反作用力；F6为外开拉杆对解锁摇臂的拉力，T3为摇臂回位簧扭矩，T3=150N·mm；力臂L5=18mm，L6=25mm，根据力学平衡，F5L5 T3=F6L6，求得F6=27.6N。
以配重块为研究对象，图17中F7为外开拉杆作用力，与F6互为作用力与反作用力；F8为外开手柄对配重块拉力，T4为外开手柄扭簧扭矩，T4=180N·mm；力臂L7=L8=22.3mm，根据力学平衡，F7L7 T4=F8L8，求得F8=35.6N。
4.1.3外开手柄开启力计算
以外开手柄为研究对象，图18中F9为外开手柄解锁力，力臂L9=143mm，L10=209mm根据受力平衡F8L10=F9L9，求得F9=52N。
4.2内开手柄开启力计算
内开手柄力传递过程与外开手柄类似，采用机构倒推法进行计算。
4.2.1内开摇臂受力计算
以外开推力杆为研究对象，图19中N1为推力杆对内开摇臂作用力，力臂W1=20mm，根据力矩平衡，F5L5 T3=N1W1，求得N1=34.6N。
以内开摇杆为研究对象，图20中N2为外开推力杆对内开摇杆压力，N3为拉杆对内开摇杆作用力，力臂W2=10.5mm，W3=23.8mm，根据力矩平衡，N2W2=N3W3，求得N3=15.3N。
4.2.2内开手柄开启力计算
以内开手柄为研究对象，图21中N3为内开摇杆通过拉杆对内开手柄拉力，N4为外开手柄开启力，力臂W4=52.8mm，W5=24.2mm，内开扭簧力矩T4=273N·mm，根据力矩平衡，N3W5 T4=N4W4，求得N4=12.2N。
4.3实物验证
将内外开手柄及门锁系统实物样件装配后，经过实测，内开手柄开启力为14.6N，外开手柄开启力为59N，考虑到实际装配及零部件制造偏差，理论计算值接近实物实测值，误差不超过10%，满足设计要求。
5结论
本文分别对门锁锁体，外开手柄，内开手柄的布置要点进行讨论，结合某车型实例，对门锁系统进行实际分析，并对行程匹配做了研究，最后对内外开手柄开启力进行计算，满足设计要求。本文为门锁系统的开发提供了思路，具有一定参考意义。
关键词：门锁，布置与设计，开启力计算
中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2018）01-0044-06
1前言
门锁系统是实现车门开启和锁止的重要装置，门锁系统的布置设计直接影响车门系统的工作性能。本文以某款轻型卡车的门锁系统布置设计匹配为例，论述了门锁系统在车门上的布置要点，以及行程匹配设定，内外开手柄开启力校核计算，为门锁系统的设计提供参考。
2门锁系统布置
2.1锁体与锁扣布置
锁体与锁扣有全锁紧和半锁紧两种位置，一般布置时将全锁紧位置作为设计位置，同时应将锁体与锁扣按固定关系进行布置，保证两者不会由于布置准则不同产生错位，提高效率。
新车型开发时，为降低开发周期、成本和风险，一般优选沿用现有成熟锁体或者在现有锁体上微调。锁体与锁扣布置时需注意以下几点：
2.1.1锁体与锁扣位置关系
锁体锁舌内表面与锁扣安装平面应是平行关系，且锁舌内表面与锁扣端面距离不小3mm。锁扣外端平面与锁体腔体距离应保证大于2mm的安全距离。同时考虑到密封条反力作用，锁扣应与锁舌靠近车门方向的表面接触，如图1所示：
2.1.2锁体与铰链轴线位置关系
车门关闭时，为保证锁体锁扣啮合顺畅，锁体与锁扣啮合Y向中心线应与铰链轴平行。同时锁扣锁柱的中心线应与铰链轴线垂直。在啮合瞬间，最理想的状态是锁体的运动方向为以铰链轴线为圆心并经过啮合点的圆的切线方向。即要求锁扣圆柱段中心线与以铰链轴线为圆心、过啮合点的圆弧的切线为90°如图2。在实际布置过程中，允许有±2°的误差。
2.13 X向布置
锁体应距玻璃导轨后端10mm以上，同时考虑门洞密封条压缩不均（车门密封面形状不均匀或出现缺口），门锁与锁扣啮合处车门钣金开口应在X向预留足够密封面位置，如图3：
2.1.4 Y向布置
考虑到预留锁体连接装置（拉杆或者拉丝）的空间，锁体（含闭锁器）距离后玻璃导轨最小距离8mm，距玻璃表面最小距离10mm，距车门内外板最小距离6mm。
2.1.5 Z向布置
锁体Z向理想位置应位于铰链轴线的中心法向平面内，与锁扣的啮合点和两铰链构成等腰三角形。但受铰链布置、车门重心、造型面等因素影响，锁体Z向位置很难达到理想状态。因此某车型实际布置时锁体位置尽量靠近车门腰线，锁体略高于车门重心，车门系统重心落在上下铰链中心与锁体和锁扣啮合点组成的三角形内，如图4所示：
2.2外开手柄布置
外开手柄开启形式分为上掀式，外拉式，按钮开启式，如下图5。开启形式的采用主要取决造型要求，同时考虑无钥匙进入等人性化配置，某车型结合造型效果及安装结构后采用外拉式。
2.2.1 X向布置
外开手柄与锁体X向位置应尽量接近，减少拉杆变形，避免由此引起车门开启力变大，行程损失等问题。同时为保证门外板成型工艺性，外开手柄尾端距车门缝线距离应大于45mm，如图6：
2.2.2 Y向布置
外开手柄底座距离玻璃表面最小距离10mm，若玻璃升降器采用绳轮式，还应考虑玻璃升降器在下止点位置时玻璃托架边缘与底座的距离。某车型考虑玻璃Y向晃动影响，此处距离大于8mm，如图7：
2.2.3 Z向布置
外开手柄在Z向高度按照表1推荐数值，考虑到外开手柄在使用过程中对车门有持续的作用力，在满足人机要求的情况下尽可能靠近车门腰线，如图8所示：
2.2.4外开手柄操作空间设定
手部操作空间是外开手柄设计的关键因素，从人体舒适性考虑，应满足图9和表2要求。
2.3内开手柄布置
内开手柄通常由造型给出初始位置，校核时要考虑人机舒适性要求，操作空间如图10和表3所示。手柄和锁止钮不应凸出门护板内表面，防止误操作引起开启。内开手柄连杆安装孔与锁体上卡扣安装孔应尽量保持在同一平面上，减少拉杆（或拉丝）走向变形。
2.4锁体与内外开手柄连接方式
锁体与内外开手柄连接方式一般为拉杆或拉索两种方式。两种方式的区别如下：
首先考虑空间布置的难易程度，若锁体与内外开手柄相对位置比较规整，可优先考虑拉杆；其次考虑三者之间的距离，受力两端距离小于450mm，优先考虑拉杆，反之选用拉索；同时评估表4其他因素。某车型门锁与内外开手柄位置较为规则，且相对距离较短，适合拉杆布置，考虑到成本因素，最终选择采用拉杆连接，拉杆中间采用卡扣固定，如下图11：
3门锁系统行程匹配
行程匹配校核是对整个门锁系统的功能进行理论验证，可通过CATIA DMU模块建立锁系统的运动关系，模拟整个系统运动的传递。
3.1外開手柄行程匹配
外开手柄行程匹配原则：空行程，解锁行程，最大行程比例为1：3：4，外开解锁行程W1=锁体解锁行程S1 b，b为保险值，考虑制造及装配公差一般取2～3mm，确保顺利解锁。且外开手柄最大行程≥锁体最大行程，如图12所示。
某车型锁体解锁行程S1为8.5mm，锁体最大行程S2为13mm，外开手柄空行程a为2mm，解锁行程W1为10.5mm，外开手柄超越行程W2=4mm，则外开手柄最大行程3=W1 W2=14.5mm，空行程，解锁行程与最大行程比例近似为1：3：4当外开手柄达到最大行程时，转换到锁体外开摇臂最大行程为14mm，满足设计要求。 3.2内开手柄行程匹配
内开手柄行程匹配原则与外开手柄类似，如图13，一般内开手柄总行程较大，只需保证锁体解锁行程<内开手柄解锁行程<锁体最大行程即可。
某车型锁体解锁行程S1为10.1mm，锁体最大行程22mm。内开手柄解锁行程N1设定为15.8mm，超越行程N2设定为8mm，内开手柄最大行程N3=N1 N2=23.Smm，大于锁体的最大行程22mm，满足设计要求。
3.3内锁止按钮行程匹配
内锁止行程匹配原则：内锁止按钮的工作行程应大于锁体内锁止行程。某车型内锁止按钮行程为12.4mm，大于锁体内锁止行程11.2mm，满足设计要求。
4内外开手柄开启力校核
内外开手柄开启力大小影响使用舒适性，过大或者过小都影响使用体验。外开手柄开启力一般为50-65N，最大不应超过80N，内开手柄开启力一般为12—28N，最大不应超过35N。
4.1外开手柄开启力计算
外开手柄力学传递路径：外开手柄开启-配重块旋转-外开摇臂旋转-外开拉杆运动-外开摇臂旋转-解锁摆臂旋转-锁止机构解锁。计算时对上述传递路径分解，采用倒推法进行分析。
4.1.1锁止机构计算
以棘轮为研究对象，图14中F1为车门密封条系统反力，F1=300N；T1为棘轮回位扭簧扭矩，T1=150N·mm；力臂L1=13.5mm，L2=28mm。按照力矩平衡原理，F1L1 T1=F2L2，求得F2=150N。
以棘爪為研究对象，图15中F3为棘爪所受棘轮的摩擦力，U1为棘轮棘爪间的摩擦力，一般在0.15～0.2之间，此处计算取值0.2；T2为止动爪扭簧扭矩，T2=120N·mm；力臂L3=14mm，LA=11mm，按力矩平衡原理，F3L3 T2=F4LA，F3=F2U1，求得F4=30.1N。
4.1.2解锁机构计算
以解锁摇臂为研究对象，图16中F5为解锁推力杆受棘爪的推力，与F4为互为作用力与反作用力；F6为外开拉杆对解锁摇臂的拉力，T3为摇臂回位簧扭矩，T3=150N·mm；力臂L5=18mm，L6=25mm，根据力学平衡，F5L5 T3=F6L6，求得F6=27.6N。
以配重块为研究对象，图17中F7为外开拉杆作用力，与F6互为作用力与反作用力；F8为外开手柄对配重块拉力，T4为外开手柄扭簧扭矩，T4=180N·mm；力臂L7=L8=22.3mm，根据力学平衡，F7L7 T4=F8L8，求得F8=35.6N。
4.1.3外开手柄开启力计算
以外开手柄为研究对象，图18中F9为外开手柄解锁力，力臂L9=143mm，L10=209mm根据受力平衡F8L10=F9L9，求得F9=52N。
4.2内开手柄开启力计算
内开手柄力传递过程与外开手柄类似，采用机构倒推法进行计算。
4.2.1内开摇臂受力计算
以外开推力杆为研究对象，图19中N1为推力杆对内开摇臂作用力，力臂W1=20mm，根据力矩平衡，F5L5 T3=N1W1，求得N1=34.6N。
以内开摇杆为研究对象，图20中N2为外开推力杆对内开摇杆压力，N3为拉杆对内开摇杆作用力，力臂W2=10.5mm，W3=23.8mm，根据力矩平衡，N2W2=N3W3，求得N3=15.3N。
4.2.2内开手柄开启力计算
以内开手柄为研究对象，图21中N3为内开摇杆通过拉杆对内开手柄拉力，N4为外开手柄开启力，力臂W4=52.8mm，W5=24.2mm，内开扭簧力矩T4=273N·mm，根据力矩平衡，N3W5 T4=N4W4，求得N4=12.2N。
4.3实物验证
将内外开手柄及门锁系统实物样件装配后，经过实测，内开手柄开启力为14.6N，外开手柄开启力为59N，考虑到实际装配及零部件制造偏差，理论计算值接近实物实测值，误差不超过10%，满足设计要求。
5结论
本文分别对门锁锁体，外开手柄，内开手柄的布置要点进行讨论，结合某车型实例，对门锁系统进行实际分析，并对行程匹配做了研究，最后对内外开手柄开启力进行计算，满足设计要求。本文为门锁系统的开发提供了思路，具有一定参考意义。