一種車門自動開閉機構設計方法
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種開閉機構設計方法，特別是涉及一種車門自動開閉機構設計方 法。
【背景技術】：
[0002] 隨著國內汽車產業的發展，用戶對駕駛舒適性的要求進一步提高，汽車車門自動 開閉功能越來越成為用戶關注的焦點。但車門開閉機構如何設計計算，仍然是一個難點。
【發明內容】
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[0003] 本發明的目的是提供一種車門自動開閉機構設計方法，在原來尾門雙側氣撐桿的 基礎上，再增加一套機構使其能夠使用電動機構來代替人手操作，以實現自動開關車門的 目的。這是一種參數化的車門開閉機構設計計算方法，并且把這個方法集成到Excel表格 里，使之具有直觀性強、易操作、可靠性好的優點。通過簡單的計算，可以明確產品設計優化 方向，一方面可以節省大量的樣件試制及試驗費用，另一方面可以大幅度縮短新產品的研 發時間。
[0004] 為了解決【背景技術】所存在的問題，本發明是采用以下技術方案：在車身側圍上增 加安裝撐桿系統，該系統由電機、減速箱、曲柄、撐桿及相應的球頭鉸鏈、安裝支架組成。車 門開啟時，電機及減速箱輸出扭矩使得曲柄順時針方向旋轉，推動撐桿向上，繼而在球頭鉸 鏈位置推動車門圍繞車門鉸鏈軸線順時針旋轉，一直到車門止點停止，車門開啟完成；車門 關閉時，電機及減速箱輸出扭矩使得曲柄逆時針方向旋轉，拉動撐桿向下，繼而在球頭鉸鏈 位置拉動車門圍繞車門鉸鏈軸線逆時針旋轉，一直到車門完全閉合，車門關閉完成。
[0005] 通過自動支撐桿系統的計算，設計計算過程會變得相對簡單，因為每個參數都是 受到空間環境的限制，這樣通過簡單嘗試調整各個參數是能夠很快得到系統設計的最優值 的。計算出最優解以后，整套機構的設計很快得以完成。盡管實際受力情況非常復雜，但是 通過公式計算是能夠將其轉化為人手操作力，從而帶入Excel計算表格的。
[0006] 本發明與已有技術相比較的優點是：它在原來尾門雙側氣撐桿的基礎上，再增加 一套機構使其能夠使用電動機構來代替人手操作，以實現自動開關車門的目的。這是一種 參數化的車門開閉機構設計計算方法，并且把這個方法集成到Excel表格里，使之具有直 觀性強、易操作、可靠性好的優點。通過簡單的計算，可以明確產品設計優化方向，一方面可 以節省大量的樣件試制及試驗費用，另一方面可以大幅度縮短新產品的研發時間。
【附圖說明】：
[0007] 圖1為本發明的人手操作力值曲線圖；
[0008] 圖2為本發明的幾何分析中簡化后的幾何分析圖；
[0009] 圖3為本發明的力學分析中簡化后的幾何分析圖；
[0010] 圖4為本發明的車門的受力情況復雜圖；
[0011] 圖5為本發明的氣彈簧的力值曲線。
【具體實施方式】：
[0012] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施 方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅用以解釋本 發明，并不用于限定本發明。
[0013] 本【具體實施方式】如下，在車身側圍上增加安裝撐桿系統，該系統由電機、減速箱、 曲柄、撐桿及相應的球頭鉸鏈、安裝支架組成。車門開啟時，電機及減速箱輸出扭矩使得曲 柄順時針方向旋轉，推動撐桿向上，繼而在球頭鉸鏈位置推動車門圍繞車門鉸鏈軸線順時 針旋轉，一直到車門止點停止，車門開啟完成；車門關閉時，電機及減速箱輸出扭矩使得曲 柄逆時針方向旋轉，拉動撐桿向下，繼而在球頭鉸鏈位置拉動車門圍繞車門鉸鏈軸線逆時 針旋轉，一直到車門完全閉合，車門關閉完成，實現自動開關車門。
[0014] 人手操作力值曲線圖如圖1所示，在原來尾門雙側氣撐桿的基礎上，增加一套機 構使其能夠使用電動機構來代替人手操作，以實現自動開關車門的目的。
[0015] 設計分析中，可獲取的已知輸入條件有車身環境數據、車門重心坐標/重量、車門 鉸鏈軸線、車門開閉角度/姿態、人手操作力值曲線、氣撐桿特性曲線；需要設計輸出的內 容有電機及減速箱輸出扭矩、曲柄軸線坐標、曲柄長度、撐桿長度、撐桿球頭鉸鏈球心坐標、 各桿件承受的最大力值；設計計算模型的簡化有曲柄及撐桿自身重量及中心位置不帶入運 動力值計算、過程中的摩擦及傳動效率損失統一給一個系數、運動過程中的計算，簡化為車 身軸系X-Z平面內進行、幾何分析中的簡化。
[0016] 幾何分析中簡化后的幾何分析圖如圖2所示，A為車門鉸鏈軸線投影點、B為撐桿 球鉸點、C為曲柄與撐桿球鉸點、D為曲柄軸線投影點、E為人手操作點、L1為鉸接點B到背 門固定點A的長度、L2為曲柄CD的長度、L3為撐桿BC的長度、L4為固定桿AD的長度、LBD 為線段BD的長度、Ls為人手操作力臂的長度、9為AE和y軸的夾角、巾為AD和y軸的夾 角、0 1為BE和BC的夾角、0 2為DC的法線和BC的夾角、0 11為BD和BC的夾角、0 12 為AB和BD的夾角。
[0017] 根據幾何關系可得
[0018]
[0019] i'e'/FTp' <2；
[0020] 在AABD中，利用余弦定律
[0021]
[0022] 則要求9 切: 才能構成符合要求的三角形
[0023] 即〃 ，且以后的公式都應滿足此條件
[0024] 在A B⑶中，利用余弦定律
[0025] 惑.齡. （私 .2.
[0026] 利用⑴，⑵，⑶，⑷得到
[0027]
m
[0044] 力學分析中簡化后的幾何分析圖如圖3所不，Tm為電機輸出扭矩、Tz為曲柄輸出 力矩、F3為曲柄回轉方向受力、F2為撐桿的推力、F1為撐桿B點旋轉切向力、F11為尾門旋 轉方向受撐桿的力（FI = -Fll)、P4為人手操作力、P5為背門開啟等效阻力（P5 = -P4)、 入為齒輪傳動效率、K為齒輪減速比。
[0045]
[0046]
[0047] F3= F 2cos 0 2 (15)平行四邊行法則
[0048] F!= F 2sin 0 j (16)平行四邊行法則
[0049] 對尾門固定點取矩，得
[0050] FuL^ P5Ls
[0051] gp P4Ls (17)
[0052] 綜上可
[0053] 等式右側參數均是變量，利用（6) (12)和輸入值帶入（18)就可求出Tm。
[0054] 自動支撐桿系統計算如下：
[0055]
I^
[0056] 因為已做好表格工具，設計計算過程相對簡單。因車身側圍環境具備、電機及減速 箱體積可憑經驗估算，可以預先將其布置在合適位置，取曲柄軸線（減速箱輸出端）相對于 車門鉸鏈軸線的相對坐標X/Y，輸入表格，在尾門窗框中上端選擇合適位置預先布置推桿球 頭鉸鏈，取其距離車門軸線距離L1，輸入表格，L2/L3曲柄和推桿長度在一定范圍內取值、 9根據實際車門開啟角度區間，間隔5度取值，這樣可以模擬車門整個過程，查詢人手操作 力值曲線，根據不斷變化的9輸入對應的P4人手操作力，觀察整個運動過程中，各桿件的 力值變化情況，并評估潛在的電機及減速箱是否滿足需求。
[0057] 綜上所述，因為每個參數都是受到空間環境的限制，這樣通過簡單嘗試調整各個 參數是能夠很快得到系統設計的最優值的。計算出最優解以后，整套機構的設計很快得以 完成。
[0058] 在以上的研究中，對車門的受力情況做了適當的簡化。如果還原較為復雜的情況， 可以參考圖4, D為氣彈簧固定點、F為氣彈簧與尾門鉸接點、E為尾門重心、G為尾門重力、 P4為背門開啟操作力，力臂為Ls、Ls=AC、Fg為氣彈簧作用力、Lg為Fg力臂，Lg=AI，設 AH = p，FH = q，AB = d，BE = e〇
[0059] 對A點取矩，得
[0060] P4LS_G (e cos 9+d sin 9 )+FgLg= 0 (19)
[0061] 在三角形AFD中，由余弦定律得
[0062]
[0063] 在三角形AFD中，由面積關系得
[0064]
[0065] 艮P :
[0069] 其中氣彈簧的力值曲線Fg是可以通過測量或廠家技術資料得到的，如圖5所示。
[0070] 由以上可以得出，盡管實際受力情況非常復雜，但是通過公式計算是能夠將其轉 化為P4人手操作力，從而帶入以上Excel計算表格的。同樣的，本設計方法并不局限于尾門 結構的設計，車輛門蓋等需要使用四連桿機構進行啟閉的結構設計均可以采用上述方法。
[0071] 以上所述僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明 的技術方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均 應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種車門自動開閉機構設計方法，其特征在于它是通過自動支撐桿系統的計算，使 設計計算過程會變得相對簡單，因為每個參數都是受到空間環境的限制，這樣通過簡單嘗 試調整各個參數是能夠很快得到系統設計的最優值的。計算出最優解以后，整套機構的設 計很快得以完成。盡管實際受力情況非常復雜，但是通過公式計算能夠將其轉化為人手操 作力，從而帶入Excel計算表格。2. 根據權利要求1所述的一種車門自動開閉機構設計方法，其特征在于它是在車身側 圍上增加安裝撐桿系統，該系統由電機、減速箱、曲柄、撐桿及相應的球頭鉸鏈、安裝支架組 成。
【專利摘要】一種車門自動開閉機構設計方法，它涉及一種開閉機構設計方法，特別是涉及一種自動開閉機構設計方法。它通過自動支撐桿系統的計算，設計計算過程會變得相對簡單，因為每個參數都是受到空間環境的限制，這樣通過簡單嘗試調整各個參數是能夠很快得到系統設計的最優值的。計算出最優解以后，整套機構的設計很快得以完成。盡管實際受力情況非常復雜，但是通過公式計算是能夠將其轉化為人手操作力，從而帶入Excel計算表格的。本發明與已有技術相比較的優點是：它能實現自動開關車門的目的，通過簡單的計算，可以明確產品設計優化方向，一方面可以節省大量的樣件試制及試驗費用，另一方面可以大幅度縮短新產品的研發時間。
【IPC分類】E05F15/616
【公開號】CN105089414
【申請號】CN201510323416
【發明人】田青, 黃世儉, 孫海濤, 戴譯寧
【申請人】上海翼銳汽車科技有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月12日