CN111206844A - 滑轮型汽车尾门抬升装置 - Google Patents

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Abstract

一种尾门抬升装置，配置成驱动汽车尾门绕枢轴相对于汽车车身枢转，所述尾门抬升装置包括：第一滑轮，其安装于车身，并且绕相对于车身固定的第一轴线可旋转；第二滑轮，其安装于尾门，并且绕相对于尾门固定的第二轴线可旋转；驱动缆索，其绕过所述第一滑轮和第二滑轮，所述驱动缆索的第一端固定于车身；电机，其中，所述驱动缆索第二端连接于电机的输出轴，使得电机启动时通过牵引所述驱动缆索而在尾门上产生的绕所述枢轴的第一扭矩与尾门重力产生的绕所述枢轴的第二扭矩相反；以及控制器，其用于控制电机的操作。

Description

滑轮型汽车尾门抬升装置
技术领域
本申请涉及一种汽车尾门抬升装置，其利用滑轮机构抬升汽车的尾门。
背景技术
汽车尾门通常配备有气动撑杆、液压撑杆或电动撑杆。在驾驶员或乘坐者将尾门解锁后，手动开启尾门，可通过撑杆实现尾门的抬升。撑杆布置在车身后端两侧的排水槽中，并且一端连接着车身，另一端连接着尾门。
由于需要布置撑杆，因此车身后端排水槽需要有足够大的宽度，这使得车厢后侧开口的尺寸和车内人员的向后视野受到影响。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种基于滑轮机构构建的汽车尾门抬升装置，以取代使用撑杆的方案。
为此，本申请在其一个方面提供了一种尾门抬升装置，配置成驱动汽车尾门绕枢轴相对于汽车车身在关闭位置与打开位置之间枢转，所述尾门抬升装置包括：第一滑轮，其安装于车身，并且绕相对于车身固定的第一轴线可旋转；第二滑轮，其安装于尾门，并且绕相对于尾门固定的第二轴线可旋转；驱动缆索，其绕过所述第一滑轮和第二滑轮，所述驱动缆索的第一端固定于车身；电机，其中，所述驱动缆索的第二端连接于电机的输出轴，使得电机启动时通过牵引所述驱动缆索而在尾门上产生的绕所述枢轴的第一扭矩与尾门重力产生的绕所述枢轴的第二扭矩相反；以及控制器，其用于控制电机的操作。
根据一种可行实施方式，电机安装于车身或尾门。第一滑轮可以在高于所述枢轴的位置安装于车身。第二滑轮可以安装于尾门下部。
根据一种可行实施方式，汽车尾门抬升装置还包括安装于尾门的至少一个导向滑轮，所述导向滑轮也被所述驱动缆索绕过，使得所述驱动缆索的路径随从于尾门的轮廓。
根据一种可行实施方式，驱动缆索绕过所述导向滑轮的上后侧。
根据一种可行实施方式，在驱动缆索的路径中，所述导向滑轮位于第一滑轮和第二滑轮之间。
根据一种可行实施方式，第一轴线与第二轴线之间的连线向后向上偏离所述枢轴。
根据一种可行实施方式，所述驱动缆索为钢丝绳、传动带或传动链。
根据一种可行实施方式，所述电机的输出扭矩被控制器控制，以便经下述方式实现尾门的打开：首先，在尾门处于关闭位置的状态下，使电机产生的第一扭矩大于第二扭矩，以使尾门从关闭位置开始升高；之后，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以使尾门平稳升高；之后，使第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门减速到达打开位置。
根据一种可行实施方式，在尾门到达打开位置后，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以使尾门保持在打开位置。
根据一种可行实施方式，汽车尾门抬升装置还包括限位装置，用于在尾门到达打开位置后将尾门保持在打开位置。
根据一种可行实施方式，所述电机的输出扭矩被控制器控制，以便经下述方式实现尾门的关闭：首先，在尾门处于打开位置的状态下，使电机产生的第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门从打开位置开始下降；之后，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以使尾门平稳下降；之后，使第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门加速到达关闭位置。
根据一种可行实施方式，在尾门加速到达关闭位置的过程中，电机的输出扭矩为零。
根据一种可行实施方式，还包括用于检测尾门动作的传感器，所述控制器基于传感器信号判断电机驱动尾门的动作中是否受阻，并且在确定尾门的动作受阻时停止或解除电机的操作。
根据一种可行实施方式，所述传感器包括尾门位置传感器和/或电机工作状态传感器。
根据一种可行实施方式，所述电机工作状态传感器包括下述中的一或多种：电机扭矩传感器，电机电流传感器，电机转角传感器。
根据本申请，汽车尾门抬升装置采用了滑轮机构，避免了在车身后端排水槽中布置撑杆，因而可以减小排水槽宽度，增大车厢后侧开口的尺寸和车内人员的向后视野。
附图说明
图1是配备有根据本申请的一种实施方式的尾门抬升装置的汽车的一部分的示意图。
图2是本申请的尾门抬升装置的在汽车尾门中的示意性布局图。
图3是本申请的尾门抬升装置将尾门抬升后的示意图。
图4、5是解释采用了本申请的尾门抬升装置后车身结构获得的益处的示意图。
具体实施方式
下面附图描述本申请的一些可行实施方式。
本申请总体上涉及一种汽车尾门(后背门)抬升装置，其采用滑轮机构，以取代传统的撑杆。
图1中展示了采用本申请的尾门抬升装置的汽车的一部分，其中，汽车包括尾门1，其安装在车身2后部。尾门1可绕枢轴O相对于车身2在关闭位置和打开位置之间转动。在关闭位置，尾门1封闭通向汽车内部的后部开口，在从关闭位置枢转并升高到打开位置后，尾门1敞开了所述后部开口，使得人员可通过该后部开口向车内放置或从车内取出物品，或是使得人员可进出车内。在图1中，尾门1处在关闭位置。
一般来讲，可在尾门1的横向两侧分别配备有一个滑轮型抬升装置。这样，可以在尾门1的横向两侧同时利用抬升装置平稳地抬升尾门1。然而，本申请同样涵盖在仅尾门1的横向一侧配备有滑轮型抬升装置的情形。
图1所示本申请的抬升装置主要包括由车身2承载的电机3和第一滑轮4，由尾门1承载的第二滑轮5、第三滑轮6、第四滑轮7，以及绕过各滑轮的驱动缆索8。抬升装置的由尾门1承载的部分在图2中示出。
第一滑轮4布置在高于枢轴O的位置，并且绕固定于车身2上部的第一轴线O1可旋转。第二滑轮5安装于尾门1，并且绕固定于尾门1的第二轴线O2可旋转。考虑到尾门1的下部通常具有较高的强度，因而可将第二滑轮5布置在尾门1的下部，如图1、2中所示。然而，也可考虑将第二滑轮5布置在尾门1的其它位置。
在如图1、2中所示将第二滑轮5布置在尾门1的下部的情况下，利用第三滑轮6、第四滑轮7使得驱动缆索8的路径大致随从于尾门1的轮廓，从而使驱动缆索8尽可能不从尾门1偏离太多。因此，第三滑轮6、第四滑轮7在此作为导向滑轮。第三滑轮6、第四滑轮7在第一滑轮4和第二滑轮5之间安装在尾门1上，并且分别可绕固定于尾门1的第三轴线O3和第四轴线O4可旋转。
可以理解，为了使得驱动缆索8的路径尽可能随从于尾门1的轮廓，可以配备不同数量、不同位置的导向滑轮，甚至有可能不配备导向滑轮(例如，在第二滑轮5的位置较高的情况下)。
驱动缆索8的第一端固定于车身2，例如，固定于第一滑轮4的转轴。从第一端开始，驱动缆索8分别绕过第三滑轮6的朝向尾门的一侧(上后侧)、第二滑轮5、第四滑轮7的朝向尾门的一侧(上后侧)、第一滑轮4，驱动缆索8的第二端连接到电机3的输出轴(直接连接，或经减速机构连接)。在驱动缆索8的路径中，第三滑轮6、第四滑轮7位于第一滑轮4和第二滑轮5之间。
在电机3启动后，其牵拉驱动缆索8而向驱动缆索8施加牵引力F1，该牵引力F1在驱动缆索8中产生张力。驱动缆索8中的张力作用于尾门1上的滑轮，从而在尾门上产生一个合力，即作用力F2。作用力F2沿着从第二轴线O2指向第一轴线O1的方向。作用力F2的量值大致为牵引力F1的两倍(未计入传动效率)。
作用力F2在尾门1上产生一个绕枢轴O向上枢转的第一扭矩，该第一扭矩与尾门1的重力G(如图1、2所示，穿过尾门1的重心向下)产生的绕枢轴O的第二扭矩相反。为了确保电机3产生第一扭矩与尾门1的重力G产生的第二扭矩相反，需要使得第一轴线O1与第二轴线O2之间的连线向后向上偏离枢轴O，相对于枢轴O位于尾门1那一侧。这一点可通过设置第一滑轮4和第二滑轮5的位置实现。
在尾门1被解锁(例如通过驾驶员释放尾门锁)并且电机3启动后，电机3向驱动缆索8施加的牵引力F1所产生的第一扭矩大于尾门1的重力G产生的第二扭矩时，尾门1即被从图1所示的关闭位置绕枢轴O枢转(如图3中的箭头R所示)而向上抬升，从而到达图3所示的打开(完全打开)位置，由此打开汽车后部开口。
需要指出，在尾门1被抬升时，由于第二滑轮5从低于第一滑轮4的位置升高，而第一滑轮4位置不变，因此枢轴O到第一轴线O1与第二轴线O2之间连线的距离逐渐增大。同时，枢轴O到重力G的作用线(由尾门1的重心向下)的距离逐渐减小。因此，一旦尾门1离开关闭位置，即可以利用较小的电机3输出扭矩实现尾门1枢转抬升。在第二滑轮5达到第一滑轮4的高度后进一步升高时，枢轴O到第一轴线O1与第二轴线O2之间连线的距离逐渐减小，而枢轴O到重力G的作用线的距离继续逐渐减小，两个因素综合的结果是，电机3输出扭矩需要维持不变或是稍稍逐渐增大。最后，电机3需要保持一定的输出扭矩，以将尾门1保持在图3所示的打开位置。
在需要关闭尾门1时，电机3的输出扭矩减小，使得尾门1的重力G产生的第二扭矩克服电机3产生的作用于尾门1的第一扭矩，从而尾门1下降。在尾门1下降到一定高度时(例如快达到关闭位置时)，可完全解除电机3的输出扭矩(零输出扭矩)，使得尾门1加速下降，从而尾门1在到达关闭位置时能够克服尾门锁的启动力，以使尾门1被尾门锁锁定在关闭位置。
不论是在尾门1的抬升过程还是下降过程中，都需要精确地控制电机3的输出扭矩，使得尾门1的开闭动作符合预期的要求，例如避免开启过猛。
电机3的操作由未示出的控制器控制。
一种由控制器执行的示例性的电机3输出扭矩控制方案如下所述。
在欲从关闭位置打开尾门1时(例如驾驶员通过汽车上的按钮或是车钥匙上的按钮触发)，首先，在尾门1的关闭状态下，尾门锁被释放，控制器启动电机3，使得由电机3的输出扭矩产生的作用于尾门1的第一扭矩大于尾门1的重力G产生的第二扭矩，由此打开尾门1。接下来，减小电机3的输出扭矩，使得第一扭矩基本上等于第二扭矩，使得尾门1大致匀速枢转升高。在第二滑轮5达到第一滑轮4的高度后，稍稍增大电机3的输出扭矩，以维持尾门1大致匀速枢转升高。在即将达到打开位置时，减小电机3的输出扭矩，使第一扭矩小于第二扭矩，以将尾门1减速，最终使尾门1以极慢的速度到达打开位置。在尾门1到达打开位置后，增大电机3的输出扭矩，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以将尾门1维持在打开位置。或者，可以配备限位装置(未示出)，用于将尾门1保持在打开位置。该限位装置由控制器控制。当电机3驱动尾门1到达打开位置后，限位装置启动而将尾门1保持在打开位置，之后电机3可以断电而结束操作。
也可以利用电机3将尾门1从打开位置枢转降低而带到关闭位置。具体地讲，如果是利用电机3将尾门1保持在打开位置的，则在欲从打开位置关闭尾门1时，首先，控制器减小电机3的输出扭矩，使第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门1开始从打开位置下降。如果是利用限位装置将尾门1保持在打开位置的，则控制器启动电机3，使得第一扭矩小于第二扭矩，然后解除限位装置对尾门1的限位，从而尾门1开始从打开位置下降。
之后，增大电机3的输出扭矩，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以使尾门1大致匀速下降。在即将达到关闭位置时，减小电机3的输出扭矩(甚至电机3断电而达到零输出扭矩)，使第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门1加速下降并撞开尾门锁，使得尾门1被尾门锁锁定在关闭位置。此时，电机3可结束操作(如果尚未结束操作的话)。
当然，在采用限位装置将尾门1保持在打开位置的情况下，也可以手动将尾门1从打开位置枢转降低而带到关闭位置，而不借助电机3。
根据具体的汽车、尤其是尾门1的构造，可以设计出其它的电机3控制方案。
根据一种未示出的实施方式，电机3被安装在尾门1上。此实施方式的其它方面与前面描述的实施方式相同或相似，不再详细描述。此实施方式同样能够利用电机3实现尾门1的抬升(以及可能有的利用电机3实现尾门1的降低)。
根据进一步的实施方式(未示出)，可以设置尾门1动作受阻时暂停或取消电机3的操作的安全装置。为此，可以配备检测尾门1动作的传感器。
该传感器可以是尾门位置传感器，其检测信号可以被控制器用于判断尾门1的动作是否受阻。
或者，该传感器可以是检测电机3的工作状态的传感器，例如扭矩传感器、电流传感器(根据电机3的输入电流可判断电机3的输出扭矩)、转角传感器等等，其检测信号也可被控制器用于判断尾门1的动作是否受阻。检测电机3的工作状态的传感器可以是内置的传感器，即内置于电机3，或是外置的传感器，即外置于电机3。
根据传感器的检测信号，控制器判断由电机3驱动尾门1的抬升或下降的过程中，尾门1的动作是否按预期的模式进行。如果检测信号明显偏离预设的走势，例如反映电机3的输出扭矩突增、输出转动停顿，或是反映尾门1的动作停顿，则控制器确定尾门1的动作受阻，则控制器停止或取消电机3的操作。这样，可以防止尾门1在动作受阻时仍强制动作而碰坏或夹伤车后的物体或人员。在尾门1的阻碍状态解除后，驾驶员可再次启动由电机3驱动尾门1抬升或下降的操作。控制器确定尾门1的当前位置(例如借助尾门位置传感器)，根据尾门1的当前位置确定电机3的输出扭矩，使得尾门1继续抬升或下降。
需要指出，本申请的尾门抬升装置中采用的驱动缆索8可以是各种形式的，例如钢丝绳、传动带(包括齿形带)、传动链等等。相对应地，各个滑轮采用与驱动缆索8相适应的形式。
本领域技术人员在本申请的原理下，可以根据具体需要构造尾门抬升装置的各种组成部分。
图4、5中示意性揭示了本申请的滑轮型尾门抬升装置相对于传统的撑杆型尾门抬升装置的益处。
如图4所示，在采用撑杆型尾门抬升装置的传统车身中，车身后部两侧排水槽(未绘示)中分别布置着撑杆10，汽车后部开口具有大致以W1表示的横向宽度，以及以阴影部分表示的车上人员向后视野区域S1。如图5所示，在采用本申请的滑轮型尾门抬升装置的车身中，不需要在车身后部两侧排水槽中布置撑杆，汽车后部开口具有大致以W2表示的横向宽度，以及以阴影部分表示的车上人员向后视野区域S2。比较图4、5可知，采用本申请的滑轮型尾门抬升装置后，汽车后部开口的横向宽度和车上人员向后视野区域都相对于图4所示的现有技术增大了。
综上所述，根据本申请，汽车尾门抬升装置采用了滑轮机构，以取代传统的撑杆。车身后端排水槽不必提供布置撑杆所需的额外宽的，因而可以减小排水槽宽度。这样，增大车厢后侧开口的横向尺寸可以增大，从而汽车后侧通向车内空间的便利性增大了，同时，车内人员向后的视野可以加大。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (15)

1.一种尾门抬升装置，配置成驱动汽车尾门绕枢轴相对于汽车车身在关闭位置与打开位置之间枢转，所述尾门抬升装置包括：
第一滑轮，其安装于车身，并且绕相对于车身固定的第一轴线可旋转；
第二滑轮，其安装于尾门，并且绕相对于尾门固定的第二轴线可旋转；
驱动缆索，其绕过所述第一滑轮和第二滑轮,所述驱动缆索的第一端固定于车身；
电机，其中，所述驱动缆索第二端连接于电机的输出轴，使得电机启动时通过牵引所述驱动缆索而在尾门上产生的绕所述枢轴的第一扭矩与尾门重力产生的绕所述枢轴的第二扭矩相反；以及
控制器，其用于控制电机的操作。
2.如权利要求1所述的汽车尾门抬升装置，其中，电机安装于车身或尾门；
可选地，第一滑轮在高于所述枢轴的位置安装于车身；
可选地，第二滑轮安装于尾门下部。
3.如权利要求1或2所述的汽车尾门抬升装置，其中，还包括安装于尾门的至少一个导向滑轮，所述导向滑轮也被所述驱动缆索绕过，使得所述驱动缆索的路径随从于尾门的轮廓。
4.如权利要求3所述的汽车尾门抬升装置，其中，驱动缆索绕过所述导向滑轮的上后侧。
5.如权利要求3或4所述的汽车尾门抬升装置，其中，在驱动缆索的路径中，所述导向滑轮位于第一滑轮和第二滑轮之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的汽车尾门抬升装置，其中，第一轴线与第二轴线之间的连线向后向上偏离所述枢轴。
7.如权利要求1至6中任一项所述的汽车尾门抬升装置，其中，所述驱动缆索为钢丝绳、传动带或传动链。
8.如权利要求1至7中任一项所述的汽车尾门抬升装置，其中，所述电机的输出扭矩被控制器控制，以便经下述方式实现尾门的打开：
首先，在尾门处于关闭位置的状态下，使电机产生的第一扭矩大于尾门重力产生的第二扭矩，以使尾门从关闭位置开始升高；
之后，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以使尾门平稳升高；
之后，使第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门减速到达打开位置。
9.如权利要求8所述的汽车尾门抬升装置，其中，在尾门到达打开位置后，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以使尾门保持在打开位置。
10.如权利要求8所述的汽车尾门抬升装置，其中，还包括限位装置，用于在尾门到达打开位置后将尾门保持在打开位置。
11.如权利要求1至10中任一项所述的汽车尾门抬升装置，其中，所述电机的输出扭矩被控制器控制，以便经下述方式实现尾门的关闭：
首先，在尾门处于打开位置的状态下，使电机产生的第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门从打开位置开始下降；
之后，使第一扭矩基本上等于第二扭矩，以使尾门平稳下降；
之后，使第一扭矩小于第二扭矩，以使尾门加速到达关闭位置。
12.如权利要求11所述的汽车尾门抬升装置，其中，在尾门加速到达关闭位置的过程中，电机的输出扭矩为零。
13.如权利要求1至12中任一项所述的汽车尾门抬升装置，其中，还包括用于检测尾门动作的传感器，所述控制器基于传感器信号判断电机驱动尾门的动作中是否受阻，并且在确定尾门的动作受阻时停止或解除电机的操作。
14.如权利要求13所述的汽车尾门抬升装置，其中，所述传感器包括尾门位置传感器和/或电机工作状态传感器。
15.如权利要求14所述的汽车尾门抬升装置，其中，所述电机工作状态传感器包括下述中的一或多种：电机扭矩传感器，电机电流传感器，电机转角传感器。
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