汽車電動后背門開閉機構手動操作力的優化方法與流程

本發明涉及汽車零部件技術領域，特別涉及一種汽車電動后背門開閉機構手動操作力的優化方法。

背景技術：
目前，汽車后背門大多使用固定在車輛頂端的轉動副結構實現車門的旋轉開閉，電動后背門開閉機構則是雙側安裝一種電機彈簧結構：一端與車身聯接，另一端與車門聯接，通過驅動電機的轉動實現車門的開閉。該結構雖然簡單可行，但現有市場的車型面臨一系列問題，例如：手動操作力過大，使得顧客在手動開啟和關閉車門時困難，甚至對老人，少年等無法實現手動開啟或關閉，當在一些危機時刻，汽車車門的開閉決定著生命和財物的安全，所以合理的手動操作力將是汽車市場競爭的核心。

技術實現要素：
為了克服現有技術的上述不足，本發明提供一種汽車電動后背門開閉機構手動操作力的優化方法，該方法使得汽車電動后背門開閉機構手動操作力合理。本發明通過調整電動后背門開閉機構內部間隙s，從而調整機構內部摩擦力，再通過實驗驗證和測試數據處理來驗證和優化電動后背門開閉機構內部間隙s，從而實現電動后背門開閉機構在執行手動操作時，手動操作力Fh合理(手動操作力Fh≤100N))，以上狀態的滿足則電動后背門開閉機構內部間隙s調整完成。電動后背門開閉機構內部間隙s為外筒與內筒之間的滑動摩擦間隙。本發明的技術方案是：一種汽車電動后背門開閉機構手動操作力的優化方法，包括如下步驟：1)將汽車電動后背門開閉機構安裝在試驗用汽車后背門上，使其汽車后背門能夠通過電動后背門開閉機構實現車門的全開和全閉功能，電動操作后背門 開閉，在電動后背門開閉機構執行電動操作的過程中，試驗采集電機運行參數，通過公式1得到后背門開閉機構內部摩擦力fθ與車門張開角度θ的特征方程，將該特征方程代入公式2中，得到當執行手動操作時的手動操作力Fh與車門張開角度θ的關系式以及Fh與θ的方程曲線；公式1為：其中，FM為電機總成作用螺桿軸向力，FS為彈簧作用力，fθ為內部摩擦力，δ為開閉機構與XZ平面位相，LPLG為開閉機構的力臂，m為車門質量，g為重力加速度，LOG為車門重心到轉動副距離，θ為車門張開角度，θGO為車門重心初始位相，JG為車門轉動慣量，η為電機總成使用效率，C為開閉機構傳動系數，i為電機總成傳動比，u為電機總成端子電壓，U0為電機總成電壓，n為電機總成轉動速度，n0為電機總成電壓下的空轉速度，TN為電機總成電壓下的堵轉扭矩，k為彈簧系數，l0為彈簧自由長度，l為開閉機構彈簧壓縮后尺寸，LB為車身球型高副到轉動副距離，Ld為車門球型高副到轉動副距離，β0為開閉機構在空間平面初始位相，L0為開閉機構自由長度，LBdy為車身球型高副與車門球型高副y坐標差；公式2為：其中，FS為彈簧作用力，fθ為內部摩擦力，δ為開閉機構與XZ平面位相，LPLG為開閉機構的力臂，m為車門質量，g為重力加速度，LOG為車門重心到轉動副距離，θ為車門張開角度，θGO為車門重心初始位相，Fh為手動操作力，LOh為手動操作力力臂，k為彈簧系數，l0為彈簧自由長度，l為開閉機構彈簧壓縮后尺寸，LB為車身球型高副到轉動副距離，Ld為車門球型高副到轉動副距離，β0為開閉機構在空間平面初始位相，L0為開閉機構自由長度，LBdy為車身球型高副與車門球型高副y坐標差；2)判斷最大手動操作力即Fh與θ的方程曲線最高點是否小于或等于手動操作力設定的最大值；21)若最大手動操作力大于手動操作力設定的最大值，則調整汽車電動后背門開閉機構的內筒與外筒滑動配合的摩擦間隙s，返回繼續步驟1)；22)若最大手動操作力小于或等于手動操作力設定的最大值，則汽車電動后背門開閉機構的內筒與外筒滑動配合的摩擦間隙s調整完成，得到一個符合要求的s值。繼續調整汽車電動后背門開閉機構的內筒與外筒滑動配合的摩擦間隙s，重復上述所有步驟，得到多個符合要求的s值。在多個符合要求的s值中選擇一個最佳值，作為生產汽車電動后背門開閉機構時的標準參數值，來實現汽車電動后背門開閉機構手動操作力的優化。最佳值位于s值的最大值與最小值之間。優化后的所有汽車電動后背門開閉機構的內筒與外筒滑動配合的摩擦間隙s均在s值的最大值與最小值之間的范圍內。本實施例每次調整量設定為0.2mm，當然，這個可以根據后背門實際情況確定。摩擦間隙s的調整是通過更換內筒或者外筒或者滑動襯套來實現間隙s的調整。手動操作力設定的最大值根據客戶的要求設定，并無明確的下限。但若手動操作力過小的話，背門會無法中停。一般手動操作力設定的最大值設定為100N。電機運行參數包括電機端子電壓、霍爾脈沖、作動電流、堵轉電流、轉速，電機運行參數通過專業的電機數據采集設備采集得到。此類設備可在市面上購買得到。電動后背門開閉機構，包括外筒和內筒，所述內筒的一端固定用于連接后背門的滑動接頭，內筒的另一端伸入外筒中與外筒滑動配合，所述外筒內固定有驅動電機，所述驅動電機與螺桿連接，帶動螺桿轉動，所述螺桿上螺紋配合有 導向螺母，通過導向螺母帶動內筒在外筒內軸向滑動，所述導向螺母上套有彈簧，所述外筒固定用于連接車身流水槽的固定接頭。所述外筒內壁固定有滑動襯套，滑動襯套內徑與內筒外徑的間隙為動后背門開閉機構內部間隙s。優選地，滑動襯套與外筒可拆卸地固定連接，便于安裝滑動襯套。所述導向螺母與滑動接頭固定連接。所述導向螺母設有階梯孔，所述螺桿與階梯孔的小徑段螺紋配合，所述螺桿上設有的凸臺，該凸臺與階梯孔的大徑段滑動配合，將內筒限位在外筒中，所述滑動接頭與導向螺母的階梯孔大徑端固定連接。所述彈簧套在螺桿、導向螺母上，彈簧一端位于外筒內，一端位于內筒內。本發明的有益效果是：本發明通過調整電動后背門開閉機構內部間隙s，從而調整機構內部摩擦力，再通過實驗驗證和測試數據處理來驗證和優化電動后背門開閉機構內部間隙s，從而實現電動后背門開閉機構在執行手動操作時，手動操作力Fh合理(手動操作力Fh≤100N))，使得顧客在手動開啟和關閉車門時很輕松。附圖說明圖1是本發明的汽車電動后背門開閉機構的全開和全閉安裝狀態以及周邊環境示意圖；圖2是本發明的汽車電動后背門開閉機構的機構示意圖；圖3是本發明的汽車電動后背門開閉機構的全剖示意圖；圖4為圖3的P部放大圖。其中，1為后背門，2為車身流水槽，3為電動后背門開閉機構，4為固定接頭，5為驅動電機，6為外筒，7為電機支架，8為螺桿，9為彈簧，10為滑動襯套，11為導向螺母，12為內筒，13為滑動接頭。具體實施方式參見圖1至圖4，一種電動后背門開閉機構，包括外筒6和內筒12，所述內筒的一端固定用于連接后背門的滑動接頭13，內筒的另一端伸入外筒中與外筒滑動配合，所述外筒內固定有驅動電機5。本實施的驅動電機通過電機支架7固 定在外筒內。所述驅動電機與螺桿8連接，帶動螺桿轉動，所述螺桿上螺紋配合有導向螺母11，通過導向螺母帶動內筒在外筒內軸向滑動。所述導向螺母與滑動接頭固定連接。所述導向螺母上套有彈簧9。所述彈簧套在螺桿、導向螺母上，彈簧一端位于外筒內，一端位于內筒內。彈簧的作用是使車門在一定范圍內可中停，并在開作動過程中提供輔助力。所述外筒固定用于連接車身流水槽的固定接頭4。所述導向螺母設有階梯孔，所述螺桿與階梯孔的小徑段螺紋配合，所述螺桿上設有的凸臺。該凸臺位于螺桿端頭，形成螺栓頭部。該螺栓頭部與階梯孔的大徑段滑動配合，將內筒限位在外筒中，所述滑動接頭與導向螺母的階梯孔大徑端固定連接。所述外筒內壁固定有滑動襯套10，滑動襯套內徑與內筒外徑的間隙為電動后背門開閉機構內部間隙s。電動后背門開閉機構3安裝時，其一端與車身流水槽2鈑金的球形接頭聯接，另一端與后背門1鈑金的球形接頭聯接，安裝后通過電動后背門開閉機構的運行(伸長和縮短)實現車門的推動(開門和關門)功能。當電動操作后背門開閉時，驅動電機轉動，帶動螺桿轉動，通過螺紋傳動使導向螺母沿螺桿軸向前后移動，從而使汽車后背門開閉機伸長或縮短進而推動汽車后背門的開啟或關閉，在此伸長和縮短過程中彈簧伸長和縮短輸出彈簧力。本發明汽車電動后背門開閉機構手動操作力的優化方法為：調整電動后背門開閉機構內部間隙s來優化電動后背門開閉機構內部摩擦力fθ，使后背門在手動操作時操作力合理，電動后背門開閉機構內部間隙s為與電動后背門開閉機構內部摩擦力有關的滑動配合間隙。內部間隙s越小，內部摩擦力fθ越大，內部間隙s越大，內部摩擦力fθ越小。包括如下步驟：1)將汽車電動后背門開閉機構安裝在試驗用汽車后背門上，使其汽車后背門能夠通過電動后背門開閉機構實現車門的全開和全閉功能，且在伸長和縮短時，運行過程無明顯的卡滯，運行阻力穩定。電動操作后背門開閉，在電動后背門開閉機構執行電動操作的過程中，試驗采集電機運行參數，通過軟件計算出試驗測試過程中電機總成使用效率η。η＝實時電機功率/電機額定功率。電 機運行參數包括電機端子電壓、霍爾脈沖、實時的運行電流、轉速等。用于安裝汽車電動后背門開閉機構的試驗用裝置可以采用整車，也可以采用汽車后面部分。本發明針對電動后背門開閉機構在后背門開閉過程中對于具有質量m，剛性轉動慣量JG的后背門復雜運動進行分析，保證后背門在自動開啟時手動操作時操作力合理。根據后背門設計可以確定后背門的質量、重心、繞鉸鏈轉動的轉動慣量以及相關點坐標距離以及鉸鏈中心。電動后背門開閉機構3內部傳動比和傳動系數，以及驅動電機5的額定電壓、額定電壓下堵轉扭矩和不同情況電機總成使用效率根據客戶的規格(作動時間、速度平穩性、安全等等)綜合設定確定。通過公式1得到后背門開閉機構內部摩擦力fθ與車門張開角度θ的特征方程，將該特征方程代入公式2中，得到當執行手動操作時的手動操作力Fh與車門張開角度θ的關系式，即可得到當執行手動操作時需要的最大手動操作力。最大手動操作力一般不是出現在全開或者全閉位置，而是在該位置的附近，具體數據需要根據車門的重量與重心位置來分析。公式1為：其中，FM為電機總成作用螺桿軸向力，FS為彈簧作用力，fθ為內部摩擦力，δ為開閉機構與XZ平面位相，LPLG為開閉機構的力臂，m為車門質量，g為重力加速度，LOG為車門重心到轉動副距離，θ為車門張開角度，θGO為車門重心初始位相，JG為車門轉動慣量，η為電機總成使用效率，C為開閉機構傳動系數，i為電機總成傳動比，u為電機總成端子電壓，U0為電機總成電壓，n為電機總成轉動速度，n0為電機總成電壓下的空轉速度，TN為電機總成電壓下的堵轉扭矩，k為彈簧系數，l0為彈簧自由長度，l為開閉機構彈簧壓縮后尺寸，LB為車身球型高 副到轉動副距離，Ld為車門球型高副到轉動副距離，β0為開閉機構在空間平面初始位相，L0為開閉機構自由長度，LBdy為車身球型高副與車門球型高副y坐標差；公式2為：其中，FS為彈簧作用力，fθ為內部摩擦力，δ為開閉機構與XZ平面位相，LPLG為開閉機構的力臂，m為車門質量，g為重力加速度，LOG為車門重心到轉動副距離，θ為車門張開角度，θGO為車門重心初始位相，Fh為手動操作力，LOh為手動操作力力臂，k為彈簧系數，l0為彈簧自由長度，l為開閉機構彈簧壓縮后尺寸，LB為車身球型高副到轉動副距離，Ld為車門球型高副到轉動副距離，β0為開閉機構在空間平面初始位相，L0為開閉機構自由長度，LBdy為車身球型高副與車門球型高副y坐標差。m、g、LOG、θ、θGO、JG、LOh為手動操作力力臂等根據后背門設計得到。2)判斷最大手動操作力是否小于或等于100N；21)若最大手動操作力大于100N，則調整汽車電動后背門開閉機構的內筒與外筒滑動配合的摩擦間隙s，返回繼續步驟1)；22)若最大手動操作力小于或等于100N，則汽車電動后背門開閉機構的內筒與外筒滑動配合的摩擦間隙s調整完成得到一個符合要求的s值。可以繼續調整汽車電動后背門開閉機構的內筒與外筒滑動配合的摩擦間隙s，重復上述所有步驟，得到多個符合要求的s值。在多個符合要求的s值中選擇一個最佳值，作為以后生產該產品的標準值。本實施例每次調整量設定為0.2mm，當然，這個可以根據后背門實際情況確定。摩擦間隙s的調整可以通過更換內筒或者外筒或者滑動襯套來實現間隙s的調整。摩擦間隙s的調整一般通過更換內筒或者滑動襯套來實現間隙s的調整為較優方案。本發明的電動后背門開閉機構通過調整電動后背門開閉機構內部間隙s，導 致機構內部摩擦力變化，再通過實驗測試和數據處理來優化汽車電動后背門開閉機構的內部結構，實現電動后背門開閉機構在執行電動操作時，電動后背門開閉機構手動操作時，手動操作力合理(手動操作力≤100N))。