CN113931549B - 一种汽车尾门电动撑杆的支点布置及作用力的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车尾门电动撑杆的支点布置及作用力的计算方法，包括尾门、电动撑杆和后备箱；尾门铰接安装在后备箱的铰链O点上，电动撑杆的一端安装在后备箱的流水槽的A点球钉上，另一端安装在尾门的B点的球钉上，B点绕A点旋转同时绕O点旋转，尾门的重心为W，相对O点的距离为S。本发明根据尾门结构和电动撑杆的长度及总行程选择AB两点，根据电动撑杆在几种不同的工作位置的几何尺寸及特定条件下的技术要求，列出多项关系式，从而方便的计算所需的各项参数并作相应的调整，进而确定选用电动撑杆的型号以及确定安装位置。

Description

一种汽车尾门电动撑杆的支点布置及作用力的计算方法

技术领域

本发明涉及汽车尾门电动撑杆技术领域，尤其涉及一种汽车尾门电动撑杆的支点布置及作用力的计算方法。

背景技术

电动撑杆的工作原理是通过运动力学计算，实现对电动撑杆最优设计，可通过调整电机的转距，齿轮箱速比，丝杆导程，弹簧力值等多种变量实现最优解。通过ECU控制器控制双电动撑杆实现平顺运动，双杆同步。可主动学习，背门软停，智能防夹。开门噪音小，带温度保护，电压保护，并可应对恶意操作。自带声音提醒功能。可外扩上吸合锁、下吸合锁扣、脚踢、声控模块、远程控制模块。具有故障区分提示功能，通过内部自诊断，可指导维修人员按报警提示检修产品。

汽车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、电机功率等多种因数影响，是一个复杂的系统工程。由于车型和安装结构及多种参数的影响，使得计算相当复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车尾门电动撑杆的支点布置及作用力的计算方法，以解决电动撑杆各参数难以计算的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种汽车尾门电动撑杆的支点布置，包括尾门、电动撑杆和后备箱；所述尾门铰接安装在所述后备箱的铰链O点上，所述电动撑杆的一端安装在所述后备箱的流水槽的A点球钉上，另一端安装在所述尾门的B点的球钉上，所述B点绕A点旋转同时绕O点旋转，所述尾门的重心为W，相对所述O点的距离为S。

优选的，所述A点的位置在所述O点和B点连线的下方，相对O点有一个开启尾门的力矩F。

一种汽车尾门电动撑杆作用力的计算方法，所述电动撑杆内部主要由电机、丝杆、同心弹簧、内外护套组成，所述电动撑杆受到所述弹簧和丝杆两个力的作用，所述电动撑杆装好后所述弹簧有一个预压缩力，压缩长度为X1,所述电动撑杆最大行程为X,具体计算方法包括如下步骤：

步骤一：计算所述电动撑杆收缩到最小长度时，丝杆轴向拉力F_丝杆的值，F_丝杆＝k×K1(X1+X)；其中k为安全系数；K1为弹簧系数，为未知数；

步骤二：计算所述尾门刚开启时，丝杆推力F_丝杆的值：

F_丝杆＝W×L2×K/(2×L1)-K1(X1+X)；其中L2为所述O点至所述尾门重心W的垂直距离；K为安全系数；L1为所述O点至所述电动撑杆中心线的垂直距离；K1为弹簧系数，为未知数；X1为弹簧预压缩长度；

步骤三：计算所述尾门开启到最大力矩时，丝杆推力F_丝杆的值：

F_丝杆＝W×S×K/(2×L3)-K1(X1+X2)；其中X2为所述电动撑杆开启到最大力矩的行程；K为安全系数；S为O点到重心W的垂直距离；L3为O点至电动撑杆中心线的垂直距离；

步骤四：所述尾门开启到最大角时，所述丝杆的力F_丝杆＝0；

弹簧力F3_弹簧＝W×L5/(2×L4)；

此时弹簧为最小行程，F3_弹簧＝K1×X1，则有：

K1×X1＝W×L5×K/(2×L4)；

其中K1为弹簧系数，X1为弹簧预压缩长度；L5为O点至所述尾门重心W的垂直距离；K为安全系数；L4为O点至电动撑杆2的中心线的垂直距离；

步骤五：整合步骤一至步骤四的公式：

F_丝杆＝k×K1(X1+X) (1)

F_丝杆＝W×L2×K/(2×L1)-K1(X1+X) (2)

F_丝杆＝W×S×K/(2×L3)-K1(X1+X2) (3)

K1×X1＝W×L5×K/(2×L4) (4)

式中K1、X1为未知数

将(1)、(2)式合并代入(4)式，则弹簧系数

将K1代人(4)式可求X1，由(1)式可求F_丝杆，由(3)式可求X2；由K1和X1及X可推算所述弹簧总长度及所述电动撑杆的AB的长度，由F_丝杆拉力可计算所述电机的最大输出功率。

本发明根据尾门结构和电动撑杆的长度及总行程选择AB两点，根据电动撑杆在几种不同的工作位置的几何尺寸及特定条件下的技术要求，列出多项关系式，从而方便的计算所需的各项参数并作相应的调整，进而确定选用电动撑杆的型号以及确定安装位置。

附图说明

图1是尾门刚开启状态下撑杆位置示意图。

图2是尾门开启至最大力矩状态下撑杆位置示意图。

图3是尾门完全开启至最大角度状态下撑杆位置示意图。

图中，1尾门、2电动撑杆、3后备箱。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1～3是本发明的优选方案，包括尾门1、电动撑杆2、后备箱3。尾门1铰接安装在后备箱3的铰链O点上，电动撑杆2的一端安装在后备箱3的流水槽的A点球钉上，另一端安装在尾门1的B点的球钉上，B点绕A点旋转同时绕O点旋转，尾门1的重心为W，相对O点的距离为S，由于后备箱3的流水槽位置较低，通常A点的位置在OB连线的下方，则F相对O点就有一个开启尾门1的力矩。

电动撑杆2内部主要由电机、丝杆、同心弹簧、内外护套组成，图中未示出。电动撑杆2受到弹簧和丝杆两个力的作用，当尾门1开启时，弹簧力和丝杆推力共同把尾门1打开，当尾门1关闭时，电机反转，丝杆拉力克服弹簧力将尾门1关闭，考虑电机不工作时尾门1也可以手动开关，故丝杆为多头丝杆且不自锁。当尾门1开启到最大角时，电机停止工作。

电动撑杆2装好后弹簧有一个预压缩力，压缩长度为X1,电动撑杆2常态为最大伸展状态，其最大行程为X,如图1、图2、图3所示，当尾门1刚开启时，O点至电动撑杆2的中心线的垂直距离为L1，O点至尾门1的重心W的垂直距离为L2；当尾门1开启至水平位置时，O点至电动撑杆2的中心线的垂直距离为L3，O点至尾门1的重心W的垂直距离为S；当尾门1完全开启至最大角度时，O点至电动撑杆2的中心线的垂直距离为L4，O点至尾门1的重心W的垂直距离为L5。L1、L2、L3、L4、L5、S、W、X为初步设定的已知数。

具体计算方法如下：

步骤一：计算当电动撑杆2空载通电后收缩到最小长度时(即尾门1关闭时)，丝杆轴向拉力F_丝杆的值，此时丝杆轴向拉力F_丝杆应大于弹簧力F1_弹簧，则有：

F_丝杆≥F1_弹簧；

考虑安全系数k，则有：F_丝杆＝k×F1_弹簧，k＝1.1；

又F1_弹簧＝K1(X1+X)；

则有：F_丝杆＝k×K1(X1+X)。

步骤二：计算尾门刚开启时，丝杆推力F_丝杆的值：

如图1所示，当尾门1刚开启时，丝杆推力F_丝杆和弹簧力F1_弹簧共同把尾门1开启，电动撑杆2作伸展运动，则有：

F_开启＝F_丝杆+F1_弹簧；

考虑双杆电动撑杆安装形式，根据开启力矩关系有：

W×L2≤2F×L1；

考虑安全系数K，取K＝1.1，则W×L2×K＝2F×L1；

F＝W×L2×K/(2×L1)＝F_开启＝F_丝杆+F1_弹簧；

F_丝杆＝W×L2×K/(2×L1)-K1(X1+X)。

步骤三：计算尾门开启到最大力矩时，丝杆推力F_丝杆的值：

如图2所示，当尾门1开启到最大力矩(即水平状态)时，即：

F_最大力矩＝F_丝杆+F2_弹簧；

根据开启力矩关系有：W×S≤2F×L3；

考虑安全系数K，取K＝1.1；

F＝W×S×K/(2×L3)＝F_最大力矩＝F_丝杆+F2_弹簧；

F2_弹簧＝K1(X1+X2)；X2为电动撑杆开启到最大力矩的行程；

F_丝杆＝W×S×K/(2×L3)-K1(X1+X2)。

步骤四：如图3所示，当尾门1开启到最大角时，根据开启力矩关系有：

W×L5≤2F×L4；

F≥W×L5/(2×L4)；

F_最大角＝F_丝杆+F3_弹簧；

当电机停止工作时，即F_丝杆＝0，由于丝杆不自锁，忽略丝杆阻力，

F＝F_最大角＝F3_弹簧；

则有：F3_弹簧＝W×L5/(2×L4)；

此时弹簧为最小行程，F3_弹簧＝K1×X1，则有：

K1×X1＝W×L5×K/(2×L4)。

步骤五：整合步骤一至步骤四的公式：

根据以上公式：

F_丝杆＝k×K1(X1+X) (1)

F_丝杆＝W×L2×K/(2×L1)-K1(X1+X) (2)

F_丝杆＝W×S×K/(2×L3)-K1(X1+X2) (3)

K1×X1＝W×L5×K/(2×L4) (4)

式中K1、X1为未知数

由(1)、(2)式合并代入(4)式，则弹簧系数

由K1代人(4)式可求X1，由(1)式可求F_丝杆，由(3)式可求X2。由K1和X1及X可推算弹簧总长度及电动撑杆2的AB的长度，由F_丝杆拉力可计算电机最大输出功率。由此可快速校核各参数的正确性并加以调整。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种汽车尾门电动撑杆的支点布置及作用力的计算方法，包括尾门、电动撑杆和后备箱；其特征在于：所述尾门铰接安装在所述后备箱的铰链O点上，所述电动撑杆的一端安装在所述后备箱的流水槽的A点球钉上，另一端安装在所述尾门的B点的球钉上，所述B点绕A点旋转同时绕O点旋转，所述尾门的重心为W，相对所述O点的距离为S；所述A点的位置在所述O点和B点连线的下方，相对O点有一个开启尾门的力矩F；所述电动撑杆内部主要由电机、丝杆、同心弹簧、内外护套组成，所述电动撑杆受到所述弹簧和丝杆两个力的作用，所述电动撑杆装好后所述弹簧有一个预压缩力，压缩长度为X1, 所述电动撑杆最大行程为X, 具体计算方法包括如下步骤：

步骤一：计算所述电动撑杆收缩到最小长度时，丝杆轴向拉力F_丝杆的值，F_丝杆=k×K1(X1+X)；其中k为安全系数；K1为弹簧系数，为未知数；

步骤二：计算所述尾门刚开启时，丝杆推力F_丝杆的值：

F_丝杆=W×L2×K/（2×L1）- K1(X1+X)；其中L2为所述O点至所述尾门重心W的垂直距离；K为安全系数；L1为所述O点至所述电动撑杆中心线的垂直距离；K1为弹簧系数，为未知数；X1为弹簧预压缩长度；

步骤三：计算所述尾门开启到最大力矩时，丝杆推力F_丝杆的值：

F_丝杆=W×S×K/（2×L3）- K1(X1+X2)；其中X2为所述电动撑杆开启到最大力矩的行程；K为安全系数；S为O点到重心W的垂直距离；L3为O点至电动撑杆中心线的垂直距离；

步骤四：所述尾门开启到最大角时，所述丝杆的力F_丝杆=0；

弹簧力F3_弹簧=W×L5/（2×L4）；

此时弹簧为最小行程，F3_弹簧=K1×X1，则有：

K1×X1=W×L5×K/（2×L4）；

其中K1为弹簧系数，X1为弹簧预压缩长度；L5为O点至所述尾门重心W的垂直距离；K为安全系数；L4为O点至电动撑杆2的中心线的垂直距离；

步骤五：整合步骤一至步骤四的公式：

F_丝杆=k×K1(X1+X) （1）

F_丝杆=W×L2×K/（2×L1）- K1(X1+X) （2）

F_丝杆=W×S×K/（2×L3）- K1(X1+X2) （3）

K1×X1=W×L5×K/（2×L4） （4）

式中K1、X1为未知数

将（1）、（2）式合并代入（4）式，则弹簧系数

K1=｛W×L2×K/［ 2×L1×(k+1)］- W×L5×K/(2×L4)｝/X

将K1代人（4）式可求X1，由（1）式可求F丝杆，由（3）式可求X2；由K1和X1及X可推算所述弹簧总长度及所述电动撑杆的AB的长度，由F丝杆拉力可计算所述电机的最大输出功率。

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