一种汽车门锁的安全控制方法
技术领域
本发明涉及安全控制方法领域,特别是涉及一种汽车门锁的安全控制方法。
背景技术
汽车门锁保持系统模型主要有棘爪和卡板组成,车辆在行驶中或受碰撞情况下,通过棘爪与卡板的啮合作用持续保持车门关闭安全,保障车内人员的安全。但在汽车门锁新品开发试验中或现有的汽车售后市场,会出现的主要问题为:门锁保持系统模型失效使其自动开启车门,影响车辆的安全性。
发明内容
发明目的:针对上述问题,本发明的目的是提供一种汽车门锁的安全控制方法,以解决汽车门锁失效的技术问题。
技术方案:
一种汽车门锁的安全控制方法,包括以下步骤:
1)对汽车门锁进行几何特征建模,得到门锁保持系统模型,同时对所述门锁保持系统模型中的各组成构件设置运动关系约束,所述门锁保持系统模型包括座板、卡板、卡板铆钉、棘爪及棘爪铆钉,所述卡板上设有卡板啮合面,所述棘爪上设有棘爪啮合面,所述卡板与所述棘爪的材质相同,所述卡板啮合面与所述棘爪啮合面匹配啮合;
2)向所述门锁保持系统模型中输入参数信息,所述参数信息至少包括车门关闭力、车门关闭力作用距离、弹簧系统力矩、所述棘爪及所述卡板的材质、所述棘爪及所述卡板的厚度,所述门锁保持系统模型为反映车门关闭力与FN值关系的数据模型,运算公式如下:
Td+Ts=FN×L
其中Td=F×ld,Td为作用于卡板上的力矩,F为车门关闭力,ld为车门关闭力作用距离;Ts为弹簧系统作用于卡板上的力矩,L为所述卡板与所述棘爪啮合点的作用距离,FN为由所述棘爪与所述卡板的啮合点指向棘爪铆钉旋转中心的正向力;
3)根据步骤2)得到的匹配的FN值数据,通过运算公式得到Ft及Ff数据,运算公式如下:
Ff=FN×μ;
其中,为所述卡板与所述棘爪的接触面有效角,μ为所述卡板与所述棘爪材料的摩擦系数,Ft为啮合线切向力,Ff为啮合面摩擦力,ls为啮合公差,D为啮合距离;
4)判断Ft与Ff的数值关系,若Ff>Ft,则评价所述门锁保持系统模型无自动开启风险,对所述汽车门锁实现安全控制。由于对汽车门锁进行建模,通过判断Ft的数值,并与Ff比较,若满足步骤4)的情况,则评价说明门锁保持系统模型无自动开启风险,使门锁保持系统模型不会失效,通过建模即可模拟不同几何特征的门锁保持系统模型的开启风险,具有较强的工程适用性,节省了产品的开发成本,同时缩短了产品的开发周期。
在其中一个实施例中,还包括以下步骤:
5)若Ff<Ft,评价所述门锁保持系统模型有自动开启风险,同时,通过调整步骤2)中的所述参数信息,直至使得Ff>Ft,实现对所述汽车门锁的安全控制。
在其中一个实施例中,还包括以下步骤:
6)通过步骤4)或步骤5)的计算结果,获得虚拟门锁开启力范围值,根据所述门锁保持系统模型得到门锁样品,对所述门锁样品进行测试得到开启力曲线图,若开启力曲线图上任意一点都在所述虚拟门锁开启力范围值以内,认为上述汽车门锁无自动开启风险。通过获得虚拟门锁开启力范围值,与开启力曲线进行对比,可以通过门锁保持系统模型的几何特征改变,减少车门开启力的扰动因素,使车门在多次开闭过程后,汽车门锁的内外开启力增加量较小,提高车门开启的舒适度;通过建模的门锁保持系统模型与门锁样品的实验结果进行对比,可以形成系统的门锁保持系统的评价体系,实现汽车门锁的开启舒适性,同时避免汽车门锁自动开启的安全风险。
在其中一个实施例中,啮合距离D为3~5mm。
在其中一个实施例中,啮合公差ls为0.1~0.3mm。
在其中一个实施例中,所述卡板与所述棘爪的接触面有效角为0.5~2.5°。
在其中一个实施例中,步骤2)中,所述卡板厚度是所述棘爪厚度的1.2~1.5倍。
在其中一个实施例中,所述卡板啮合面与所述棘爪啮合面的夹角为卡板偏置角,卡板偏置角为∠α,∠α为5~7°。由于卡板啮合面与棘爪啮合面的夹角为∠α,可以保证棘爪在脱离卡板过程中,始终保持棘爪和卡板能够完全面接触,减少脱离抖动带来的开启力扰动因素,使汽车门锁的内外开启力增加量较小,提高车门开启的舒适度。
在其中一个实施例中,所述卡板与所述棘爪的材质硬度都为HV400~HV470。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优点是由于对汽车门锁进行建模,通过判断Ft的数值,并与Ff比较,若满足步骤4)的情况,则评价说明门锁保持系统模型无自动开启风险,使门锁保持系统模型不会失效,通过建模即可模拟不同几何特征的门锁保持系统模型的开启风险,具有较强的工程适用性,节省了产品的开发成本,同时缩短了产品的开发周期。
附图说明
图1为实施例1的汽车门锁的门锁保持系统模型的结构示意图;
图2为实施例1的棘爪与卡板啮合示意图;
图3为图2的去除部分卡板后的结构示意图;
图4为图3的局部放大图;
图5为实施例1的棘爪受力示意图;
图6为实施例1的门锁样品的门锁外开启力曲线图;
图7为实施例1的门锁样品的门锁内开启力曲线图;
图8为实施例1的门锁样品的门锁振动试验线图;
其中,1-座板、2-卡板、21-卡板啮合面、22-卡板孔心、3-卡板铆钉、31-卡板铆钉旋转中心、4-棘爪、41-棘爪啮合面、42-棘爪孔心、5-棘爪铆钉、51-棘爪铆钉旋转中心、6-啮合线。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1~5,一种汽车门锁的安全控制方法,包括以下步骤:
1)对汽车门锁进行几何特征建模,得到门锁保持系统模型,同时对门锁保持系统模型中的各组成构件设置运动关系约束,门锁保持系统模型包括座板1、卡板2、卡板铆钉3、棘爪4及棘爪铆钉5,卡板2上设有卡板啮合面21,棘爪4上设有棘爪啮合面41,卡板2与棘爪4的材质相同,卡板啮合面21与棘爪啮合面41匹配啮合,卡板2通过卡板铆钉3铆接在座板1上,棘爪4通过棘爪铆钉5铆接在座板1上。
具体的,可以采用3D软件如CATIA软件,对汽车门锁进行几何建模。
2)通过门锁计算软件,向门锁保持系统模型中输入参数信息,参数信息至少包括车门关闭力、车门关闭力作用距离、弹簧系统力矩、棘爪及卡板的材质、棘爪及卡板的厚度,门锁保持系统模型为反映车门关闭力与FN值关系的数据模型,运算公式如下:
Td+Ts=FN×L
请参阅图2,其中Td=F×ld,Td为作用于卡板上的力矩,F为车门关闭力,ld为车门关闭力作用距离;Ts为弹簧系统作用于卡板上的力矩,L为卡板与棘爪啮合点的作用距离,FN为由棘爪与卡板的啮合点指向棘爪铆钉旋转中心的正向力。
其中,棘爪铆钉5穿过棘爪4的棘爪孔心42后铆接在座板1上,卡板铆钉3穿过卡板2的卡板孔心22后铆接在座板1上,卡板铆钉旋转中心31与卡板孔心22同心设计,棘爪铆钉旋转中心51与棘爪孔心42同心设计,棘爪啮合面41几何中心与棘爪铆钉旋转中心51同心设计。卡板2厚度是棘爪4厚度的1.2~1.5倍。卡板2与棘爪4的材质硬度为HV400~HV470。卡板啮合面21与棘爪啮合面41的夹角为卡板偏置角,卡板偏置角为∠α,∠α为5~7°。本实施例中,卡板2厚度为5mm,棘爪4厚度为4mm。棘爪4及卡板2的材质都为S45C钢。卡板2与棘爪4的材质硬度都为HV435,卡板偏置角∠α为5°。
3)根据步骤2)得到的匹配的FN值数据,通过运算公式得到Ft及Ff数据,运算公式如下:
Ff=FN×μ;
其中,为卡板与棘爪的接触面有效角,μ为卡板与棘爪材料的摩擦系数,Ft为啮合线切向力,Ff为啮合面摩擦力,ls为啮合公差,D为啮合距离。其中,啮合距离D为3~5mm。啮合公差ls为0.1~0.3mm。卡板与棘爪的接触面有效角为0.5~2.5°。图5中,啮合线6为棘爪4和卡板2的啮合线。本实施例中,向门锁保持系统模型中输入参数信息,其中,ls为0.1mm,D为3mm,得到数据如下:车门关闭力为600N,此时得到的为1.9°,FN为12500N,Ff为625N,Ft为415N。
4)判断Ft与Ff的数值关系,若Ff>Ft,则评价门锁保持系统模型无自动开启风险,对汽车门锁实现安全控制。
本实施例中,Ff>Ft,说明本实施例中的门锁保持系统模型无自动开启风险。
5)若Ff<Ft,评价门锁保持系统模型有自动开启风险,同时,通过调整步骤2)中的参数信息,直至使得Ff>Ft,实现对汽车门锁的安全控制。
6)通过步骤4)或步骤5)的计算结果,获得虚拟门锁开启力范围值,根据门锁保持系统模型得到门锁样品,对门锁样品进行测试得到开启力曲线图,若开启力曲线图上任意一点都在虚拟门锁开启力范围值以内,认为上述汽车门锁无自动开启风险。
将汽车门锁的参数信息输入动力学软件ADAMS软件中,具体为:车门关闭力F为600N,车门关闭力作用距离ld为16mm,棘爪与卡板的啮合点作用距离为35mm,卡板与棘爪材料摩擦系数μ为0.05,棘爪与卡板弹性模量E为210GPa,得到门锁保持系统内外开启力都为25±5N,即为虚拟门锁开启力范围值。
性能测试:
内外开启力数据曲线与虚拟门锁开启力范围值进行对比:利用该实施例的门锁保持系统模型制成门锁样品,对门锁样品进行10万次车门耐久试验后,得到的门锁内开启力和门锁外开启力数据曲线如图6及图7所示。
由图6及图7可知,本实施例中的门锁样品在10万次车门耐久试验后,门锁内开启力为23N~26N,门锁外开启力为21N~28N,物理验证结果符合门锁保持系统模型验证,说明车门经过多次开闭后,仍然能保持较低的门锁内开启力及门锁外开启力,说明本实施例中的门锁保持系统模型制得的门锁样品,能够保持优异的啮合性,不会使门锁内外开启力增大,保证了车门开启的舒适度。
门锁振动测试试验:对门锁样品进行门锁振动测试,测试条件为:车门关闭力为600N,加速度为50m/s2,振幅为2mm,120秒内振动频率从5Hz增加到50Hz,再从50Hz减小到5Hz。重复15次,30分钟完成振动试验,测试条件严格于行业标准QC/T627-2013。测试结果如图8所示。
由图8可知,门锁样品在门锁振动试验未出现自动开启现象,说明本发明的汽车门锁的安全控制方法,能够有效对门锁保持系统模型进行模拟计算,通过计算Ff和Ft的数值及两者差值大小,判断汽车门锁是否存在自动开启风险,节约了研发成本,同时缩短了研发周期。
实施例2
本实施例与实施例1的区别点在于:本实施例中,车门关闭力F为300N,,ls为0.1mm,D为1mm,得到数据如下:车门关闭力作用距离ld为12mm,棘爪与卡板的啮合点作用距离为30mm,卡板与棘爪材料摩擦系数μ为0.11,棘爪与卡板弹性模量E为210GPa,此时得到的为5.7°,FN为6200N,Ff为619N,Ft为682N。
由于Ff<Ft,故评价门锁保持系统模型有自动开启风险,通过调整啮合距离D至4mm,摩擦系数μ至0.07,得到为1.4°,FN为6200N,Ff为434N,Ft为152N,此时,Ff>Ft,评价门锁保持系统模型无自动开启风险,同时也可以根据上述修改后的门锁保持系统模型制成门锁样品,进行门锁内外开启力测试试验及门锁振动试验,通过试验可知,本实施例得到的门锁样品无自动开启风险,说明通过门锁保持系统模型进行模拟计算,可以判断汽车门锁是否存在自动开启风险,节约了研发成本。