一种车门自动开闭机构设计方法技术

一种车门自动开闭机构设计方法，它涉及一种开闭机构设计方法，特别是涉及一种自动开闭机构设计方法。它通过自动支撑杆系统的计算，设计计算过程会变得相对简单，因为每个参数都是受到空间环境的限制，这样通过简单尝试调整各个参数是能够很快得到系统设计的最优值的。计算出最优解以后，整套机构的设计很快得以完成。尽管实际受力情况非常复杂，但是通过公式计算是能够将其转化为人手操作力，从而带入Excel计算表格的。本发明专利技术与已有技术相比较的优点是：它能实现自动开关车门的目的，通过简单的计算，可以明确产品设计优化方向，一方面可以节省大量的样件试制及试验费用，另一方面可以大幅度缩短新产品的研发时间。

【技术实现步骤摘要】

： 本专利技术涉及一种开闭机构设计方法，特别是涉及一种车门自动开闭机构设计方 法。
技术介绍
： 随着国内汽车产业的发展，用户对驾驶舒适性的要求进一步提高，汽车车门自动 开闭功能越来越成为用户关注的焦点。但车门开闭机构如何设计计算，仍然是一个难点。
技术实现思路
： 本专利技术的目的是提供，在原来尾门双侧气撑杆的 基础上，再增加一套机构使其能够使用电动机构来代替人手操作，以实现自动开关车门的 目的。这是一种参数化的车门开闭机构设计计算方法，并且把这个方法集成到Excel表格 里，使之具有直观性强、易操作、可靠性好的优点。通过简单的计算，可以明确产品设计优化 方向，一方面可以节省大量的样件试制及试验费用，另一方面可以大幅度缩短新产品的研 发时间。 为了解决
技术介绍
所存在的问题，本专利技术是采用以下技术方案：在车身侧围上增 加安装撑杆系统，该系统由电机、减速箱、曲柄、撑杆及相应的球头铰链、安装支架组成。车 门开启时，电机及减速箱输出扭矩使得曲柄顺时针方向旋转，推动撑杆向上，继而在球头铰 链位置推动车门围绕车门铰链轴线顺时针旋转，一直到车门止点停止，车门开启完成；车门 关闭时，电机及减速箱输出扭矩使得曲柄逆时针方向旋转，拉动撑杆向下，继而在球头铰链 位置拉动车门围绕车门铰链轴线逆时针旋转，一直到车门完全闭合，车门关闭完成。 通过自动支撑杆系统的计算，设计计算过程会变得相对简单，因为每个参数都是 受到空间环境的限制，这样通过简单尝试调整各个参数是能够很快得到系统设计的最优值 的。计算出最优解以后，整套机构的设计很快得以完成。尽管实际受力情况非常复杂，但是 通过公式计算是能够将其转化为人手操作力，从而带入Excel计算表格的。 本专利技术与已有技术相比较的优点是：它在原来尾门双侧气撑杆的基础上，再增加 一套机构使其能够使用电动机构来代替人手操作，以实现自动开关车门的目的。这是一种 参数化的车门开闭机构设计计算方法，并且把这个方法集成到Excel表格里，使之具有直 观性强、易操作、可靠性好的优点。通过简单的计算，可以明确产品设计优化方向，一方面可 以节省大量的样件试制及试验费用，另一方面可以大幅度缩短新产品的研发时间。【附图说明】： 图1为本专利技术的人手操作力值曲线图； 图2为本专利技术的几何分析中简化后的几何分析图； 图3为本专利技术的力学分析中简化后的几何分析图； 图4为本专利技术的车门的受力情况复杂图； 图5为本专利技术的气弹簧的力值曲线。【具体实施方式】： 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施 方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅用以解释本 专利技术，并不用于限定本专利技术。 本【具体实施方式】如下，在车身侧围上增加安装撑杆系统，该系统由电机、减速箱、 曲柄、撑杆及相应的球头铰链、安装支架组成。车门开启时，电机及减速箱输出扭矩使得曲 柄顺时针方向旋转，推动撑杆向上，继而在球头铰链位置推动车门围绕车门铰链轴线顺时 针旋转，一直到车门止点停止，车门开启完成；车门关闭时，电机及减速箱输出扭矩使得曲 柄逆时针方向旋转，拉动撑杆向下，继而在球头铰链位置拉动车门围绕车门铰链轴线逆时 针旋转，一直到车门完全闭合，车门关闭完成，实现自动开关车门。 人手操作力值曲线图如图1所示，在原来尾门双侧气撑杆的基础上，增加一套机 构使其能够使用电动机构来代替人手操作，以实现自动开关车门的目的。 设计分析中，可获取的已知输入条件有车身环境数据、车门重心坐标/重量、车门 铰链轴线、车门开闭角度/姿态、人手操作力值曲线、气撑杆特性曲线；需要设计输出的内 容有电机及减速箱输出扭矩、曲柄轴线坐标、曲柄长度、撑杆长度、撑杆球头铰链球心坐标、 各杆件承受的最大力值；设计计算模型的简化有曲柄及撑杆自身重量及中心位置不带入运 动力值计算、过程中的摩擦及传动效率损失统一给一个系数、运动过程中的计算，简化为车 身轴系X-Z平面内进行、几何分析中的简化。 几何分析中简化后的几何分析图如图2所示，A为车门铰链轴线投影点、B为撑杆 球铰点、C为曲柄与撑杆球铰点、D为曲柄轴线投影点、E为人手操作点、L1为铰接点B到背 门固定点A的长度、L2为曲柄CD的长度、L3为撑杆BC的长度、L4为固定杆AD的长度、LBD 为线段BD的长度、Ls为人手操作力臂的长度、9为AE和y轴的夹角、巾为AD和y轴的夹 角、0 1为BE和BC的夹角、0 2为DC的法线和BC的夹角、0 11为BD和BC的夹角、0 12 为AB和BD的夹角。 根据几何关系可得 i'e'/FTp' <2； 在AABD中，利用余弦定律 则要求9 切: 才能构成符合要求的三角形 即〃 ，且以后的公式都应满足此条件 在A B⑶中，利用余弦定律 惑.齡. （私 .2. 利用⑴，⑵，⑶，⑷得到 m 力学分析中简化后的几何分析图如图3所不，Tm为电机输出扭矩、Tz为曲柄输出 力矩、F3为曲柄回转方向受力、F2为撑杆的推力、F1为撑杆B点旋转切向力、F11为尾门旋 转方向受撑杆的力（FI = -Fll)、P4为人手操作力、P5为背门开启等效阻力（P5 = -P4)、 入为齿轮传动效率、K为齿轮减速比。 F3= F 2cos 0 2 (15)平行四边行法则 F!= F 2sin 0 j (16)平行四边行法则 对尾门固定点取矩，得 FuL^ P5Ls gp P4Ls (17) 综上可 等式右侧参数均是变量，利用（6) (12)和输入值带入（18)就可求出Tm。 自动支撑杆系统计算如下：I^ 因为已做好表格工具，设计计算过程相对简单。因车身侧围环境具备、电机及减速 箱体积可凭经验估算，可以预先将其布置在合适位置，取曲柄轴线（减速箱输出端）相对于 车门铰链轴线的相对坐标X/Y，输入表格，在尾门窗框中上端选择合适位置预先布置推杆球 头铰链，取其距离车门轴线距离L1，输入表格，L2/L3曲柄和推杆长度在一定范围内取值、 9根据实际车门开启角度区间，间隔5度取值，这样可以模拟车门整个过程，查询人手操作 力值曲线，根据不断变化的9输入对应的P4人手操作力，观察整个运动过程中，各杆件的 力值变化情况，并评估潜在的电机及减速箱是否满足需求。 综上所述，因为每个参数都是受到空间环境的限制，这样通过简单尝试调整各个 参数是能够很快得到系统设计的最优值的。计算出最优解以后，整套机构的设计很快得以 完成。 在以上的研究中，对车门的受力情况做了适当的简化。如果还原较为复杂的情况， 可以参考图4, D为气弹簧固定点、F为气弹簧与尾门铰接点、E为尾门重心、G为尾门重力、 P4为背门开启操作力，力臂为Ls、Ls=AC、Fg为气弹簧作用力、Lg为Fg力臂，Lg=AI，设 AH = p，FH = q，AB = d，BE = e〇 对A点取矩，得 P4LS_G (e cos 9+d sin 9 )+FgLg= 0 (19) 在三角形AFD中，由余弦定律得 在三角形AFD中，由面积关系得 艮P : 其中气弹簧的力值曲线Fg是可以通过测量或厂家技术资料得到的，如图5所示。 由以上可以得出，尽管实际受力情况非常复杂，但是通过公式计算是能够将其转 化为P4人手操作力，从而带入以上Excel计算表格的。同样的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车门自动开闭机构设计方法，其特征在于它是通过自动支撑杆系统的计算，使设计计算过程会变得相对简单，因为每个参数都是受到空间环境的限制，这样通过简单尝试调整各个参数是能够很快得到系统设计的最优值的。计算出最优解以后，整套机构的设计很快得以完成。尽管实际受力情况非常复杂，但是通过公式计算能够将其转化为人手操作力，从而带入Excel计算表格。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田青，黄世俭，孙海涛，戴译宁，
申请(专利权)人：上海翼锐汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31