CN109670274A - 汽车背门电动撑杆力矩优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车背门电动撑杆力矩优化方法，涉及汽车零部件设计技术领域，包括以下步骤：确定车型，预设撑杆安装点布局；利用车型参数建立汽车背门悬停的力学模型；通过撑杆轴力计算原理公式迭代计算出汽车背门开关过程中不同角度撑杆所需轴力；根据计算得出数据设计撑杆内弹簧的参数，设计出的弹簧参数需满足弹簧最大应力衰减少要求；判断设计出的弹簧力值是否满足汽车背门悬停的撑杆力值要求，即开门参考力＜撑杆轴力＜关门参考力；若满足，直接确定优化参数；若不满足，调整撑杆与车身连接点Ａ以及撑杆与车门连接点Ｂ的坐标，重新计算得出撑杆轴力和设计弹簧参数以之匹配。本发明解决了现有汽车背门电动撑杆性能不佳的问题。

Description

汽车背门电动撑杆力矩优化方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件设计技术领域，尤其是一种汽车背门电动撑杆力矩优化方法。
背景技术
汽车背门撑杆是连接于后背门和车身之间，用于开启和关闭后背门，并在后背门在开启状态时支撑后背门的执行机构。汽车背门撑杆一般使用于从上下方向开启和闭合的汽车后背门，背门通过背门铰链链接于车身顶盖，由撑杆支撑并绕铰链旋转以达到上下开合的目的。汽车背门撑杆包括机械撑杆和电动撑杆，目前，电动撑杆已经逐渐取代了机械撑杆。现有的电动撑杆一般包括由内杆套和外杆套组成的杆体以及安装在杆体内部的动力机构和传动机构，动力机构固定在外杆套内，动力机构驱动传动机构控制内杆套相对外杆套伸出和缩回。当电动撑杆撑起后背门时，撑杆内的弹簧产生反作用力，使后背门绕背门铰链旋转产生力矩来克服重力矩，以实现后背门的开启。由于不同车型的后背门重量不同，绕背门铰链转动的重力力矩不同，因而对电动撑杆的力矩大小的要求也不同。为确保电动撑杆在后背门开启状态下能进行可靠支撑，并满足能平稳启闭、助理轻松等功能要求，需对撑杆的力值范围、安装位置进行优化和设计。目前，国内的背门电动撑杆大多采用对标原厂撑杆力矩进行生产，但背门的条件与原厂不同，通常会导致撑杆性能不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车背门电动撑杆力矩优化方法，这种方法可以解决现有汽车背门电动撑杆性能不佳的问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种汽车背门电动撑杆力矩优化方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：确定车型，预设撑杆连接点布局；
步骤S2：利用车型参数建立汽车背门悬停的力学模型，计算出背门重心点对背门铰链旋转中心点的力臂与撑杆对背门铰链旋转中心点的力臂；计算式为：
L背=XM-XO
其中，Ｌ背为背门重心点对背门铰链旋转中心点的力臂，Ｌ撑撑杆对背门铰链旋转中心点的力臂，ＸＭ为背门重心点Ｘ轴坐标，ＸＯ为背门铰链旋转中心点Ｘ轴坐标，ＹＢ为撑杆背门连接点Ｙ轴坐标，ＹＡ为撑杆车身连接点Ｙ轴坐标，ＸＢ为撑杆背门连接点Ｘ轴坐标，ＸＡ为撑杆车身连接点Ｘ轴坐标；
步骤S3：通过撑杆轴力计算原理公式进行计算，即当背门停在任意位置时，撑杆电机不工作，此时撑杆轴力力矩与背门重力力矩应满足公式：M背×g×L背=2×F撑×L撑，其中，Ｍ背为背门重量，g为重力加速度，Ｆ撑为撑杆轴力），由该公式迭代计算出汽车背门开关过程中任意角度撑杆轴力；
步骤S4：根据撑杆行程空间合理优化弹簧参数；
步骤S5：判断优化后的弹簧力值是否满足汽车背门悬停的撑杆轴力要求，即开门参考力＜撑杆轴力＜关门参考力；若满足，直接确定优化参数；若不满足，转至步骤S6；
步骤S6：调整撑杆与车身连接点以及撑杆与背门连接点的坐标，重复步骤S2至S5，计算得出撑杆轴力和设计弹簧参数以之匹配。
上述汽车背门电动撑杆力矩优化方法的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：步骤S2中的车型参数为背门铰链旋转中心坐标、背门重心坐标、背门重量、撑杆车身安装点坐标、撑杆背门安装点坐标和背门最大开启角度。
进一步的，步骤S5中，判断设计出的弹簧力值是否满足汽车背门悬停的撑杆轴力要求。
进一步的，步骤S5中的开门参考力=弹簧力值-D, 关门参考力=弹簧力值+D，其中，Ｄ值为电机扭矩所产生推力与零部件之间摩擦阻力之和，电机扭矩所产生推力＝2π.电机扭矩.有效率/丝杆导程，零部件之间摩擦阻力以零部件实测取值。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明利用车型参数建立力学模型来计算背门任意开启角度的撑杆力值，对设计的弹簧参数进行验算，确定选择车型的最佳力矩，确定优化的撑杆安装点及相应的匹配的弹簧参数，以提高电动撑杆设计能力，从而提高撑杆的性能。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
图2是设计分析曲线图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详述：
图1所示的汽车背门电动撑杆力矩优化方法包括以下步骤：
步骤S1：本实施例优化的车型为V302车型，预设该车型的撑杆安装点布局；
步骤S2：利用车型参数建立汽车背门悬停的力学模型，计算出背门重心点对背门铰链旋转中心点的力臂与撑杆对背门铰链旋转中心点的力臂；计算式为：
L背=XM-XO
其中，Ｌ背为背门重心点对背门铰链旋转中心点的力臂，Ｌ撑撑杆对背门铰链旋转中心点的力臂，ＸＭ为背门重心点Ｘ轴坐标，ＸＯ为背门铰链旋转中心点Ｘ轴坐标，ＹＢ为撑杆背门连接点Ｙ轴坐标，ＹＡ为撑杆车身连接点Ｙ轴坐标，ＸＢ为撑杆背门连接点Ｘ轴坐标，ＸＡ为撑杆车身连接点Ｘ轴坐标；上述计算式的已知参数见表1；
表1
撑杆设计计算见表2和表3；
表2
表3
步骤S3：通过撑杆力值计算原理公式进行计算，即当背门停在任意位置时，撑杆电机不工作，此时电撑杆轴力力矩与背门重力力矩应满足公式：M背×g×L背=2×F撑×L撑，由该公式迭代计算出汽车背门开关过程中一组任意角度的撑杆轴力；
步骤S4：调整撑杆内弹簧的参数，包括弹簧外径、线径、有效圈数、自由长度，优化撑杆开闭行程内弹簧力值；
步骤S5：判断优化后的弹簧力值是否满足汽车背门悬停的撑杆轴力要求，即开门参考力＜撑杆轴力＜关门参考力；若满足，直接确定优化参数；若不满足，转至步骤S6；其中，开门参考力=弹簧力值-D, 关门参考力=弹簧力值+D，其中，Ｄ值为电机扭矩所产生推力与零部件之间摩擦阻力之和，电机扭矩所产生推力＝2π.电机扭矩.有效率/丝杆导程，零部件之间摩擦阻力以零部件实测取值；
步骤S6：改变撑杆车身连接点坐标以及撑杆车身连接点坐标，重复步骤S2至S5，重新求得符合汽车背门悬停效果的撑杆力值，根据求得的撑杆所需轴力，重新设计符合汽车背门悬停效果的弹簧参数。
图2显示实际计算出来的撑杆轴力力值曲线处于手动操作开门轴力与手动操作关门轴力力值曲线之间，即可验证所设计的撑杆力值合理。

Claims (4)

1.一种汽车背门电动撑杆力矩优化方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：确定车型，预设撑杆连接点布局；
步骤S2：利用车型参数建立汽车背门悬停的力学模型，计算出背门重心点对背门铰链旋转中心点的力臂与撑杆对背门铰链旋转中心点的力臂；计算式为：
L背=XM-XO
其中，Ｌ背为背门重心点对背门铰链旋转中心点的力臂，Ｌ撑撑杆对背门铰链旋转中心点的力臂，ＸＭ为背门重心点Ｘ轴坐标，ＸＯ为背门铰链旋转中心点Ｘ轴坐标，ＹＢ为撑杆背门连接点Ｙ轴坐标，ＹＡ为撑杆车身连接点Ｙ轴坐标，ＸＢ为撑杆背门连接点Ｘ轴坐标，ＸＡ为撑杆车身连接点Ｘ轴坐标；
步骤S3：通过撑杆轴力计算原理公式进行计算，即当背门停在任意位置时，撑杆电机不工作，此时撑杆轴力力矩与背门重力力矩应满足公式：M背×g×L背=2×F撑×L撑，其中，Ｍ背为背门重量，g为重力加速度，Ｆ撑为撑杆轴力），由该公式迭代计算出汽车背门开关过程中任意角度撑杆轴力；
步骤S4：根据撑杆行程空间合理优化弹簧参数；
步骤S5：判断优化后的弹簧力值是否满足汽车背门悬停的撑杆轴力要求，即开门参考力＜撑杆轴力＜关门参考力；若满足，直接确定优化参数；若不满足，转至步骤S6；
步骤S6：调整撑杆与车身连接点以及撑杆与背门连接点的坐标，重复步骤S2至S5，计算得出撑杆轴力和设计弹簧参数以之匹配。
2.根据权利要求1所述的汽车背门电动撑杆力矩优化方法，其特征在于：步骤S2中的车型参数为背门铰链旋转中心坐标、背门重心坐标、背门重量、撑杆车身安装点坐标、撑杆背门安装点坐标和背门最大开启角度。
3.根据权利要求1所述的汽车背门电动撑杆力矩优化方法，其特征在于：步骤S5中，判断设计出的弹簧力值是否满足汽车背门悬停的撑杆轴力要求。
4.根据权利要求1所述的汽车背门电动撑杆力矩优化方法，其特征在于：步骤S5中的开门参考力=弹簧力值-D, 关门参考力=弹簧力值+D，其中，Ｄ值为电机扭矩所产生推力与零部件之间摩擦阻力之和，电机扭矩所产生推力＝2π.电机扭矩.有效率/丝杆导程，零部件之间摩擦阻力以零部件实测取值。
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