汽车电动后背门开闭机构的内部结构优化设计方法

摘要

本发明涉及一种汽车电动后背门开闭机构的内部结构优化设计方法，通过调整汽车电动后背门开闭机构的内筒与外筒滑动配合的摩擦间隙s，从而调整机构内部摩擦力，再通过实验验证和测试数据处理来验证和优化电动后背门开闭机构内部间隙s，从而实现电动后背门开闭机构在执行电动操作时，电机总成使用效率η≤电机安全效率η₀；电动后背门开闭机构在执行手动操作时，手动操作力F_h≤100N，使得电机总成使用效率最优，电机的使用寿命长，且手动操作力合理。

主权项

一种汽车电动后背门开闭机构的内部结构优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将汽车电动后背门开闭机构安装在试验用汽车后背门上，使其汽车后背门能够通过电动后背门开闭机构实现车门的全开和全闭功能，电动操作后背门开闭，在电动后背门开闭机构执行电动操作的过程中，试验采集电机运行参数，计算出试验测试过程中电机总成使用效率；2)判断电机总成使用效率是否小于或等于电机安全效率，若电机总成使用效率小于或等于电机安全效率，则继续步骤3)；若电机总成使用效率大于电机安全效率，则调整汽车电动后背门开闭机构的内筒与外筒滑动配合的摩擦间隙s，返回继续步骤1)；3)通过公式1得到后背门开闭机构内部摩擦力f_θ与车门张开角度θ的特征方程，将该特征方程代入公式2中，得到当执行手动操作时的手动操作力Fh与车门张开角度θ的关系式，得到当执行手动操作时需要的最大手动操作力；公式1为：$(F_M+F_S+f_{\theta }){\mathrm{cos\delta L}}_{PLG}+{\mathrm{mgL}}_{OG}cos(\theta +{\theta }_{GO})=J_G\frac{d^2\theta }{{\mathrm{dt}}^2}$其中：T_N测试范围：(0→θ_max)F_S＝k|l‑l₀|$l=\sqrt{L_B^2+L_d^2+L_{Bdy}^2-2L_B{L}_{d}cos(\theta +{\beta }_0)}-L_0$$\delta =arcsin\frac{L_{Bdy}}{\sqrt{L_B^2+L_d^2+L_{Bdy}^2-2L_B{L}_{d}cos(\theta +{\beta }_0)}}$$L_{PLG}=\frac{L_B{L}_{d}sin(\theta +{\beta }_0)}{\sqrt{L_B^2+L_d^2-2L_B{L}_{d}cos(\theta +{\beta }_0)}}$其中，F_M为电机总成作用螺杆轴向力，F_S为弹簧作用力，f_θ为内部摩擦力，δ为开闭机构与XZ平面位相，L_PLG为开闭机构的力臂，m为车门质量，g为重力加速度，L_OG为车门重心到转动副距离，θ为车门张开角度，θ_GO为车门重心初始位相，J_G为车门转动惯量，η为电机总成使用效率，C为开闭机构传动系数，i为电机总成传动比，u为电机总成端子电压，U₀为电机总成电压，n为电机总成转动速度，n₀为电机总成电压下的空转速度，T_N为电机总成电压下的堵转扭矩，k为弹簧系数，l₀为弹簧自由长度，l为开闭机构弹簧压缩后尺寸，L_B为车身球型高副到转动副距离，L_d为车门球型高副到转动副距离，β₀为开闭机构在空间平面初始位相，L₀为开闭机构自由长度，L_Bdy为车身球型高副与车门球型高副y坐标差；公式2为：(F_S+f_θ)cosδL_PLG+mg L_OG cos(θ+θ_GO)+F_hL_oh＝0其中：F_S＝k|l‑l₀|$l=\sqrt{L_B^2+L_d^2+L_{Bdy}^2-2L_B{L}_{d}cos(\theta +{\beta }_0)}-L_0$$\delta =arcsin\frac{L_{Bdy}}{\sqrt{L_B^2+L_d^2+L_{Bdy}^2-2L_B{L}_{d}cos(\theta +{\beta }_0)}}$$L_{PLG}=\frac{L_B{L}_{d}sin(\theta +{\beta }_0)}{\sqrt{L_B^2+L_d^2-2L_B{L}_{d}cos(\theta +{\beta }_0)}}$其中，F_S为弹簧作用力，f_θ为内部摩擦力，δ为开闭机构与XZ平面位相，L_PLG为开闭机构的力臂，m为车门质量，g为重力加速度，L_OG为车门重心到转动副距离，θ为车门张开角度，θ_GO为车门重心初始位相，F_h为手动操作力，L_Oh为手动操作力力臂，k为弹簧系数，l₀为弹簧自由长度，l为开闭机构弹簧压缩后尺寸，L_B为车身球型高副到转动副距离，L_d为车门球型高副到转动副距离，β₀为开闭机构在空间平面初始位相，L₀为开闭机构自由长度，L_Bdy为车身球型高副与车门球型高副y坐标差；4)判断最大手动操作力是否小于或等于手动操作力设定的最大值；若最大手动操作力大于手动操作力设定的最大值，则调整汽车电动后背门开闭机构的内筒与外筒滑动配合的摩擦间隙s，返回继续步骤1)；若最大手动操作力小于或等于手动操作力设定的最大值，则汽车电动后背门开闭机构的内筒与外筒滑动配合的摩擦间隙s调整完成。