CN108345755A - 一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法及装置，通过改变撑杆和车身连接点A的高度，来调节撑杆力矩，进行优化设计。选择车型，输入参数，建立电动撑杆的多体模型，输入和分析有关的参数；模型迭代计算，调整弹簧预载以满足a值，调整弹簧刚度以满足b值的要求，得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度；验算弹簧；判断分析结果；确定优化结果。本发明可得到尾门电动撑杆系统悬停性能较佳、对车身强度要求较低的、对撑杆电机承载力较低的电动尾门撑杆参数。

Description

一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法及 装置

技术领域

本发明涉及汽车领域的部件设计优化方法，尤其是涉及一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法及装置。

背景技术

随着汽车智能电子的推广应用，汽车电动尾门得到越来越广泛的应用，以前电动尾门在高档汽车上应用，现在出现向中低档汽车上应用的趋势。电动尾门撑杆设计越来越受到汽车行业的重视。

电动尾门撑杆是一种机电一体化的空间机构，它性能好坏受到多种因素影响，如撑杆两端空间安装点位置、尾门铰链点位置、尾门重量及质心位置、弹簧的设计位置长度、弹簧刚度、弹簧预载、电机功率、及减速系统的磁滞力矩等因数影响，是一个复杂的系统工程。

电动撑杆的一头和车身用球铰连接(简称A点)，另一端和尾门连接(简称B点),汽车尾门绕车门转动轴转动，转动轴和撑杆的轴线距离为电动撑杆力臂。本方案采取B点不动，调节A点Z向高度同时调节x坐标，保证撑杆长度不变，来调节电动撑杆力臂长度。

尾门电动撑杆力臂的选择，是电动撑杆初期设计最重要的选择。不同的车型尾门系统，由于门重量不同，绕门铰链转动的重力矩不同，对电动撑杆力臂大小有不同的要求。如撑杆力臂过小，需要弹簧预载过大，会加大对车身的载荷，增加对连接到车身支架的强度要求，同时增加对电机功率和扭矩要求，这些均不利于汽车轻量化设计。如撑杆力臂过大，需要弹簧预载较小，弹簧工作行程增加，弹簧应力比增大，并且容易出现弹簧并圈。

电动撑杆的一个基本性能要求电动撑杆在手动模式下能在工作区间悬停，并要求在纵坡±20％和5公斤雪载下实现手动悬停。这就要求在平坡下平均关门力稍大于平均开门力a。a值一般可取0～30N。在理想情况下，取上止点关门力和开门力相等。由于各车型尾门质心高度和转动轴位置不同，尾门在转动时重力矩变化有很大差异，对很多车型的尾门系统，在保证平均关门力稍大于平均开门力的情况下，很难满足上止点的开门力和关门力相等。优化设计尽可能使上止点关门力和开门力之比b值为最大。本发明以上止点时关门力和开门力之比b值为变量进行优化设计。

在满足该撑杆性能的条件下，又要保证弹簧应力百分比不高于要求值，弹簧最小工作长度大于或等于1.1倍弹簧压并长度要求。对弹簧参数约束(2)和(3)，可通过增加弹簧外径来减低弹簧应力；对弹簧参数约束(3)，可通过增加弹簧长度和撑杆长度来解决弹簧并圈问题。

目前国内电动撑杆企业普遍采用和国外电动撑杆对标的方法，设计生产电动撑杆，由于尾门条件的不同，电动撑杆性能往往性能不佳。目前在国内没有看到电动撑杆优化设计方面的内容。

本发明可作为电动撑杆设计初期，确定选择车型的电动撑杆最佳力臂，确定硬点A及相应的优化的弹簧参数，以提高电动撑杆正向设计能力。

发明内容

本发明涉及一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，解决了汽车尾门电动撑杆优化设计问题，提高正向设计开发能力，其技术方案如下所述：

一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，包括下列步骤：

(1)选择车型，输入撑杆参数，所述参数包括撑杆的位置信息、门铰链点位置信息、门重心位置信息、关门点位置信息、开门点位置信息、车门最大转角、尾门重量，建立电动撑杆的电动撑杆多体模型；

(2)在模型中，选择弹簧参数约束条件；输入要求的最大力臂变化量及等分数；输入要求的弹簧最大应力比；输入要求的平均关门力大于平均开门力a值；输入要求的上止点关门力和开门力之比b值；

(3)模型迭代计算，调整弹簧预载以满足a值；调整弹簧刚度以满足b值的要求，得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度；

(4)验算弹簧，根据弹簧参数约束选择的不同进行不同调节，迭代计算上述计算的弹簧预载和弹簧刚度下的弹簧参数、弹簧应力比及弹簧压并长度；

(5)判断是否满足条件，根据弹簧参数约束选择进行不同方法；判断成功后，改变撑杆与车身联接硬点A的垂直高度δZ，以增加撑杆力臂，进行新一轮分析；

(6)得到的一组不同力臂下的满足电动撑杆性能要求的电动撑杆弹簧优化参数，根据实际电动撑杆安装的限制情况，取其中的一组的力臂较大的相应的硬点A，及b值为最大时对应的相应弹簧优化参数作为优化结果。

进一步的，步骤(4)中，弹簧参数包括弹簧线径、弹簧节矩、弹簧外径及弹簧长度。

进一步的，步骤(2)中，选择弹簧参数约束条件中，约束条件包括三种情况：(1)弹簧线径外径均不变；(2)弹簧线径不变；(3)均可改变。

进一步的，步骤(4)中，根据弹簧参数约束选择的不同进行不同调节，如对弹簧约束(1)和(2)，通过调节弹簧节距来调节弹簧刚度；对约束(3)可通过调节弹簧线径和节距来调节弹簧刚度。

进一步的，步骤(5)中，判断工作最大应力比是否满足小于要求的弹簧应力比要求；并且弹簧最小工作长度是否满足大于或等于1.1倍弹簧压并长度要求，如判断成功，得到在该力臂下满足a、b值条件下的可行的较佳弹簧预载和弹簧刚度；如不满足判断，根据弹簧参数约束选择进行不同方法：对弹簧约束(2)和(3)：如弹簧应力比超过给定值，则增加弹簧外径，继续分析；对弹簧约束(3)，如弹簧最小工作长度不满足大于或等于1.1倍弹簧压并长度的要求，增加弹簧长度及相应硬点A，重新模型迭代计算；判断成功后，改变撑杆与车身联接硬点A的δZ，以增加撑杆力臂，进行新一轮分析。

进一步的，步骤(6)中，弹簧优化参数包括弹簧预载、弹簧刚度、弹簧节矩、弹簧线径、弹簧外径及弹簧长度。

对汽车尾门电动撑杆系统下的优化设计的方法采用的装置，包括：

获取模块，用于获取电动撑杆的模板模型和生成汽车尾门电动撑杆的参数，所述参数包括撑杆的位置信息、门铰链点位置信息、门重心位置信息、关门点位置信息、开门点位置信息、车门最大转角、尾门重量；修改模块，用于根据所述生成参数修改电动撑杆的模板模型，并生成新的模板模型；

分析模块，用于分析在选定的弹簧参数约束条件下，满足要求的平均关门力大于平均开门力a值、弹簧最大应力比、上止点关门力和开门力之比b值的情况下，得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度；

验算模块，根据选定的弹簧参数约束条件下，对分析模块获取的弹簧预载和弹簧刚度，进行弹簧参数、弹簧应力比及弹簧压并长度的验算；

优化模块，根据验算模块获取的不同力臂下的满足电动撑杆性能要求的电动撑杆弹簧优化参数，以及实际电动撑杆安装的限制情况，选择力臂较大的相应的硬点A，及b值为最大时相应的弹簧优化参数。

可以看出，采用本发明的技术方案，可对选定的车型、选定的弹簧参数约束条件，可确定其最佳力臂、最佳硬点A及相应的优化的弹簧参数。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法的主要流程图；

图2为根据本发明实施例的一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法的具体流程图；

图3为根据本发明实施例的一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的装置的主要结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1为根据本发明实施例的一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法的主要流程图；

参见图1所示，一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法包括：

步骤10：选择车型输入撑杆参数，所述参数包括撑杆的位置信息、门铰链点位置信息、门重心位置信息、关门点位置信息、开门点位置信息、车门最大转角、尾门重量，建立电动撑杆的电动撑杆多体模型；选择弹簧参数约束条件；输入要求的最大力臂变化量及等分数；输入要求的弹簧最大应力比输入要求的平均关门力大于平均开门力a值；输入要求的上止点关门力和开门力之比b值。

步骤20：模型迭代计算，调整弹簧预载以满足a值；调整弹簧刚度以满足b值的要求。得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度。

步骤30：验算弹簧，根据弹簧参数约束选择的不同进行不同调节，迭代计算上述计算的弹簧预载和弹簧刚度下的弹簧参数、弹簧应力比及弹簧压并长度。

步骤40：判断是否满足条件，根据弹簧参数约束选择进行不同方法。判断成功后，改变撑杆与车身联接硬点A的δZ，以增加撑杆力臂，进行新一轮分析。

步骤50：得到一组不同力臂下的满足电动撑杆性能要求电动撑杆弹簧优化参数，取其中的一组的力臂较大的相应的硬点A，及b值为最大时相应的相应弹簧优化参数作为优化结果。

其中，弹簧预载是指弹簧在设计长度下受到的力；弹簧刚度是指弹簧单位变形所需的载荷；弹簧的应力比是指弹簧使用应力比弹簧材料的最大允许的最大应力；弹簧压并长度是指弹簧压并时的长度。

图2为根据本发明实施例的一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法的具体流程图

参见图2所示，一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的具体包括以下实施方法：

首先选择车型，输入撑杆参数，所述参数包括撑杆的位置信息、门铰链点位置信息、门重心位置信息、关门点位置信息、开门点位置信息、车门最大转角、尾门重量，建立电动撑杆的电动撑杆多体模型；选择弹簧参数约束条件；输入要求的最大力臂变化量及等分数；输入要求的弹簧最大应力比输入要求的平均关门力大于平均开门力a值；输入要求的上止点关门力和开门力之比b。

接着，模型分析计算,先粗调整弹簧预载以满足a值；粗调整弹簧刚度以满足b值上的要求。再细调调整弹簧预载以满足a值；细调整弹簧刚度以满足b值上的要求。以得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度。

再接着，验算弹簧：根据弹簧参数约束选择的不同进行不同调节。如对弹簧约束(1)和(2)，可通过调节弹簧节距来调节弹簧刚度；对约束(3)可通过调节弹簧线径和节距来调节弹簧刚度。迭代计算上述计算的弹簧预载和弹簧刚度下的弹簧参数(弹簧线径，弹簧节矩、弹簧外径及弹簧长度等)、弹簧应力比及弹簧压并长度。

进一步地，判断1：弹簧应力百分比是否小于等于要求值。

如不满足要求:

对弹簧约束(1)，结束分析；

对弹簧约束(2)和(3)增加弹簧外径重新验算弹簧。

如弹簧外径超过限定外径，结束分析。

判断2：弹簧最小工作长度是否大于或等于1.1倍弹簧压并长度。

如不满足要求：

对弹簧约束(1)和(2)，结束分析；

对弹簧约束(3)增加弹簧长度δs，相应增加撑杆长度，继续进行模型迭代计算；

如分析次数超过限定次数，结束分析。

如满足判断1、2要求:得到该电动撑杆在该力臂下的优化弹簧参数。改变撑杆与车身联接硬点A的高度δZ，以增加撑杆力臂，进行新一轮分析。直到分析判断不满足，或撑杆力臂已达到要求的最大力臂变化量，停止分析。

由此，可得到一组不同力臂下的可行弹簧参数(弹簧预载、弹簧刚度，弹簧长度、弹簧外径及弹簧线径)。根据实际电动撑杆安装的限制情况，取其中的一组的力臂较大的硬点A及b值为最大时相应弹簧参数作为优化结果。由此可得到尾门电动撑杆系统悬停性能最佳、对车身强度要求较低的、对撑杆电机承载力较低的电动尾门撑杆弹簧参数。

图3为根据本发明实施例的一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的装置的主要结构示意图。

对汽车尾门电动撑杆系统下的优化设计的方法采用的装置，包括：

获取模块101，用于获取电动撑杆的模板模型和生成汽车尾门电动撑杆的参数，所述参数包括撑杆的位置信息、门铰链点位置信息、门重心位置信息、关门点位置信息、开门点位置信息、车门最大转角、尾门重量；

修改模块102，用于根据所述生成参数修改电动撑杆的模板模型，并生成新的模板模型；

分析模块103，用于分析在选定的弹簧参数约束条件下，满足要求的平均关门力大于平均开门力a值、弹簧最大应力比、上止点关门力和开门力之比b值的情况下，得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度；

验算模块104，根据选定的弹簧参数约束条件下，对分析模块获取的弹簧预载和弹簧刚度，进行弹簧参数、弹簧应力比及弹簧压并长度的验算；

优化模块105，根据验算模块获取的不同力臂下的满足电动撑杆性能要求的电动撑杆弹簧优化参数，以及实际电动撑杆安装的限制情况，选择力臂较大的相应的硬点A，及b值为最大时相应的弹簧优化参数。

以上仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)选择车型，输入撑杆参数，所述参数包括撑杆的位置信息、门铰链点位置信息、门重心位置信息、关门点位置信息、开门点位置信息、车门最大转角、尾门重量，建立电动撑杆的电动撑杆多体模型；

(2)在模型中，选择弹簧参数约束条件；输入要求的最大力臂变化量及等分数；输入要求的弹簧最大应力比；输入要求的平均关门力大于平均开门力a值；输入要求的上止点关门力和开门力之比b值；

(3)模型迭代计算，调整弹簧预载以满足a值；调整弹簧刚度以满足b值的要求，得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度；

(4)验算弹簧，根据弹簧参数约束选择的不同进行不同调节，迭代计算上述计算的弹簧预载和弹簧刚度下的弹簧参数、弹簧应力比及弹簧压并长度；

(5)判断是否满足条件，根据弹簧参数约束选择进行不同方法；判断成功后，改变撑杆与车身联接硬点A的垂直高度δZ，以增加撑杆力臂，进行新一轮分析；

(6)得到的一组不同力臂下的满足电动撑杆性能要求的电动撑杆弹簧优化参数，根据实际电动撑杆安装的限制情况，取其中的一组的力臂较大的相应的硬点A，及b值为最大时对应的相应弹簧优化参数作为优化结果。

2.根据权利要求1所述的汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，其特征在于：步骤(4)中，弹簧参数包括弹簧线径、弹簧节矩、弹簧外径及弹簧长度。

3.根据权利要求1所述的汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，其特征在于：步骤(2)中，选择弹簧参数约束条件中，约束条件包括三种情况：(1)弹簧线径外径均不变；(2)弹簧线径不变；(3)均可改变。

4.根据权利要求3所述的汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，其特征在于：步骤(4)中，根据弹簧参数约束选择的不同进行不同调节，如对弹簧约束(1)和(2)，通过调节弹簧节距来调节弹簧刚度；对约束(3)可通过调节弹簧线径和节距来调节弹簧刚度。

5.根据权利要求4所述的汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，其特征在于：步骤(5)中，判断工作最大应力比是否满足小于要求的弹簧应力比要求；并且弹簧最小工作长度是否满足大于或等于1.1倍弹簧压并长度要求，如判断成功，得到在该力臂下满足a、b值条件下的可行的较佳弹簧预载和弹簧刚度；如不满足判断，根据弹簧参数约束选择进行不同方法：对弹簧约束(2)和(3)：如弹簧应力比超过给定值，则增加弹簧外径，继续分析；对弹簧约束(3)，如弹簧最小工作长度不满足大于或等于1.1倍弹簧压并长度的要求，增加弹簧长度及相应硬点A，重新模型迭代计算；判断成功后，改变撑杆与车身联接硬点A的δZ，以增加撑杆力臂，进行新一轮分析。

6.根据权利要求1所述的汽车尾门电动撑杆系统撑杆力矩的优化设计的方法，其特征在于：步骤(6)中，弹簧优化参数包括弹簧预载、弹簧刚度、弹簧节矩、弹簧线径、弹簧外径及弹簧长度。

7.根据权利要求1所述的对汽车尾门电动撑杆系统下的优化设计的方法采用的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取电动撑杆的模板模型和生成汽车尾门电动撑杆的参数，所述参数包括撑杆的位置信息、门铰链点位置信息、门重心位置信息、关门点位置信息、开门点位置信息、车门最大转角、尾门重量；修改模块，用于根据所述生成参数修改电动撑杆的模板模型，并生成新的模板模型；

分析模块，用于分析在选定的弹簧参数约束条件下，满足要求的平均关门力大于平均开门力a值、弹簧最大应力比、上止点关门力和开门力之比b值的情况下，得到满足a、b值条件下的弹簧预载和弹簧刚度；

验算模块，根据选定的弹簧参数约束条件下，对分析模块获取的弹簧预载和弹簧刚度，进行弹簧参数、弹簧应力比及弹簧压并长度的验算；

优化模块，根据验算模块获取的不同力臂下的满足电动撑杆性能要求的电动撑杆弹簧优化参数，以及实际电动撑杆安装的限制情况，选择力臂较大的相应的硬点A，及b值为最大时相应的弹簧优化参数。