汽車(chē)后背門(mén)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)要素分析

趙忠武， 王聰敏

（弘安新能源汽車(chē)研究院， 江蘇 徐州 221000）

目前汽車(chē)智能化、人性化、功能多樣化發(fā)展的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，后背門(mén)的開(kāi)啟技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)從最初的車(chē)外鑰匙開(kāi)啟配合車(chē)內(nèi)拉桿開(kāi)啟，到車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)配合遙控輔助開(kāi)啟，到車(chē)外開(kāi)關(guān)配合遙控輔助開(kāi)啟，到車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)配合車(chē)外紅外感應(yīng)的方式，后背門(mén)開(kāi)啟方式的技術(shù)演變無(wú)不體現(xiàn)人性化的提高。以下是對(duì)4種常用開(kāi)啟方式的綜合對(duì)比，詳見(jiàn)表1。

表1 后背門(mén)開(kāi)啟方式方式對(duì)比

1 后背門(mén)的開(kāi)啟方式的現(xiàn)狀

1） 車(chē)內(nèi)拉桿和車(chē)外鑰匙

目前市場(chǎng)上兩廂車(chē)、傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)款的三廂車(chē)普遍采用車(chē)內(nèi)拉桿設(shè)計(jì)和車(chē)外鑰匙開(kāi)啟兩種方式，車(chē)內(nèi)拉桿通過(guò)拉線和后背門(mén)鎖體連接，鎖芯也和后背門(mén)鎖體連接。一般基于安全考慮，防止誤觸發(fā)，設(shè)定拉桿開(kāi)啟后背門(mén)需要采用兩步操作，拉起前段啟程，后背門(mén)鎖體屬于半解鎖狀態(tài)，繼續(xù)拉動(dòng)拉桿，后背門(mén)鎖體解鎖。例如：鈴木奧拓和14款豐田威馳、雪佛蘭賽歐。

2） 車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟&遙控開(kāi)啟（圖1）

部分A00級(jí)兩廂車(chē)及A0級(jí)三廂車(chē)僅僅設(shè)計(jì)車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)，部分也采用遙控開(kāi)啟輔助，主要考慮有兩點(diǎn)：①A00級(jí)和A0級(jí)車(chē)型長(zhǎng)度較小，車(chē)內(nèi)車(chē)外操作方便；②A00和A0車(chē)型后背門(mén)把手設(shè)置位置低于人體正常操作位置，單獨(dú)設(shè)置開(kāi)關(guān)，增加成本，操作不利。一般遙控開(kāi)啟后背門(mén)方式是采用長(zhǎng)按遙控鑰匙后背門(mén)開(kāi)關(guān)或連續(xù)點(diǎn)按兩下遙控鑰匙后背門(mén)開(kāi)關(guān)按鈕。例如：雪鐵龍愛(ài)麗舍、別克英朗。車(chē)內(nèi)后背門(mén)開(kāi)關(guān)如圖2所示。

圖1 車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)&遙控開(kāi)啟

圖2 車(chē)內(nèi)后背門(mén)開(kāi)關(guān)

3） 車(chē)外開(kāi)關(guān)開(kāi)啟&遙控開(kāi)啟

目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)車(chē)型后背門(mén)都是這種開(kāi)啟模式，車(chē)輛在解鎖的情況下可以直接操作車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)啟或分級(jí)開(kāi)啟，但部分SUV考慮安全性，會(huì)單獨(dú)設(shè)置一道程序，車(chē)輛在解鎖的情況下，還需要單獨(dú)點(diǎn)按遙控鑰匙后背門(mén)開(kāi)啟按鈕，這時(shí)車(chē)輛會(huì)發(fā)出燈光和聲音提示后背門(mén)已解鎖，點(diǎn)按車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)后解鎖。其中一部分高檔的SUV由于后背門(mén)開(kāi)啟角度較大而且關(guān)閉沉重，考慮部分客戶(hù)使用性，一般在在后備廂內(nèi)門(mén)板會(huì)單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)后背門(mén)關(guān)閉按鈕。同時(shí)考慮安全性，這種后背門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)具備防夾控制模塊，以防夾傷。例如：朗逸PLUS、紅旗H9。

4） 車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)&感應(yīng)開(kāi)啟

市場(chǎng)上一些高檔車(chē)型為了體現(xiàn)科技亮點(diǎn)，采用腳踢自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)，原理和倒車(chē)?yán)走_(dá)相似，當(dāng)車(chē)主靠近尾門(mén)時(shí)，控制器接收到鑰匙距離信號(hào)后，車(chē)主只要處于腳踢傳感器的檢測(cè)區(qū)域，通過(guò)腳踢動(dòng)作改變系統(tǒng)電容電壓，然后反饋給控制器，來(lái)判斷腳踢的有效性，進(jìn)而執(zhí)行后背門(mén)的開(kāi)閉動(dòng)作，如圖3所示。感應(yīng)開(kāi)啟后背門(mén)同樣也是具備智能防夾功能。例如：沃爾沃V90、蔚來(lái)ES6。

圖3 感應(yīng)后背門(mén)

2 主流后背門(mén)開(kāi)啟方式—后背門(mén)開(kāi)關(guān)+遙控開(kāi)啟

后背門(mén)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程，涉及造型部、車(chē)身部、內(nèi)外部、總布置部、電器部等多個(gè)部門(mén)的聯(lián)合作戰(zhàn)。首先造型部會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)車(chē)型進(jìn)行BenchMark分析，不同的車(chē)型對(duì)于尾門(mén)的設(shè)計(jì)尺寸和設(shè)計(jì)造型也往往不同，同時(shí)考慮研發(fā)設(shè)計(jì)費(fèi)用，電器部會(huì)把現(xiàn)有后背門(mén)開(kāi)關(guān)樣品提供給造型參考，造型部預(yù)選2～3款開(kāi)關(guān)，進(jìn)行效果圖設(shè)計(jì)，總布置把后背門(mén)開(kāi)關(guān)根據(jù)整車(chē)人機(jī)及對(duì)標(biāo)車(chē)后背門(mén)開(kāi)關(guān)位置數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)布置，車(chē)身和內(nèi)外飾部門(mén)根據(jù)電器部提供的對(duì)手件結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)分析匹配，電器部根據(jù)預(yù)選開(kāi)關(guān)進(jìn)行相關(guān)分析驗(yàn)證，最終評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，進(jìn)入樣品制作。后背門(mén)開(kāi)關(guān)開(kāi)發(fā)流程圖如圖4所示。

圖4 后背門(mén)開(kāi)關(guān)開(kāi)發(fā)流程圖

3 后背門(mén)開(kāi)關(guān)的種類(lèi)和設(shè)計(jì)要素

3.1 后背門(mén)開(kāi)關(guān)的種類(lèi)

3.1.1 按照安裝方式分類(lèi)

按照安裝方式可分為螺接式和卡接式，車(chē)內(nèi)后背門(mén)開(kāi)關(guān)主要采用卡接式，車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)一般有螺接式也有卡接式。螺接式后背門(mén)開(kāi)關(guān)位置限定主要是X、Y向，取決于螺紋孔距和螺紋孔位尺寸，螺接式開(kāi)關(guān)安裝工藝復(fù)雜，存在標(biāo)準(zhǔn)件外露問(wèn)題，一般應(yīng)用較少。卡接式后背門(mén)開(kāi)關(guān)安裝簡(jiǎn)單，但是卡接結(jié)構(gòu)匹配容易出現(xiàn)問(wèn)題，卡接結(jié)構(gòu)需要對(duì)X、Y、Z向進(jìn)行綜合限位，一般X、Y向通常設(shè)置限位筋，限位筋的大小設(shè)置不合理會(huì)造成X、Y向的松動(dòng)或開(kāi)關(guān)內(nèi)部受力開(kāi)關(guān)不能有效回彈，一般限位筋的定位配合尺寸為0.1mm左右。Z向限位一般借助卡扣的塑性特性實(shí)現(xiàn)過(guò)盈配合，一般Z向間隙太小造成Z向晃動(dòng)，Z向過(guò)大開(kāi)關(guān)拆裝費(fèi)力，一般Z向的過(guò)盈量設(shè)置在0.2mm。螺接式后背門(mén)開(kāi)關(guān)如圖5所示，卡接式后背門(mén)開(kāi)關(guān)如圖6所示。

3.1.2 按照安裝位置分類(lèi)

后背門(mén)開(kāi)關(guān)按照安裝位置分可分為車(chē)內(nèi)后背門(mén) 開(kāi)關(guān)和車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)。車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)表面處理主要采用注塑，無(wú)背景光；車(chē)內(nèi)后背門(mén)開(kāi)關(guān)主要采用噴漆鐳雕，車(chē)內(nèi)噴漆件需要滿足QC/T198-2014油漆涂層技術(shù)要求，背景光的顏色往往和整車(chē)背景光定義一致，具體背光LED的固化參數(shù)參照表2［1］。

圖5 螺接式后背門(mén)開(kāi)關(guān)

后背門(mén)開(kāi)關(guān)的操作力也是影響整車(chē)主觀評(píng)價(jià)的重要因數(shù)，以下是對(duì)后背門(mén)開(kāi)關(guān)操作力和行程曲線的解讀［2］。按壓式開(kāi)關(guān)操作力-行程曲線如圖7所示，力特性曲線關(guān)鍵物理量見(jiàn)表3。

圖6 卡接式后背門(mén)開(kāi)關(guān)

圖7 按壓式開(kāi)關(guān)操作力-行程曲線

力特性曲線定義：①預(yù)壓力Fo=（10%-15%）F1；②落差力與峰值力的比值：（F1-F2）/F1×100%，要求40%～60%，才能得到清晰的檔位感；③峰值點(diǎn)力與最大回彈力的差值同峰值點(diǎn)力的比值稱(chēng)為回彈力感，（F1-Fm）/F1×100%，該值偏小，則手感偏軟；該值偏大，則手感松或晃動(dòng)。回彈力的舒適范圍一般在0.55～0.75之間。

表2 背光LED的固化參數(shù)

表3 力特性曲線關(guān)鍵物理量

3.2 后背門(mén)開(kāi)關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

后背門(mén)開(kāi)關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下標(biāo)注，設(shè)計(jì)中需要注意以下幾點(diǎn)：①車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)屬于濕區(qū)，線束部件和電路板設(shè)計(jì)要注意防水。②車(chē)內(nèi)后背門(mén)開(kāi)關(guān)表面標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)要符合GB 4094-2016的規(guī)定。③由于后背門(mén)屬于活動(dòng)件，考慮整車(chē)NVH，部分甩線接插件選擇需要帶有固定卡扣。④車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)橡膠圈的低溫硬化特性和微動(dòng)開(kāi)關(guān)的行程力的關(guān)系，低溫條件下，后背門(mén)按壓不回位的風(fēng)險(xiǎn)。⑤對(duì)于后背門(mén)開(kāi)關(guān)的外殼，需要考慮高溫耐久性，一定高溫耐久次數(shù)后，外殼容易變形。⑥對(duì)于后背門(mén)開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料的選擇要避免含有禁用物質(zhì)。后背門(mén)開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。

4 后背門(mén)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)案例分析

4.1 問(wèn)題1：車(chē)外后背門(mén)開(kāi)關(guān)易脫落分析

圖8 后背門(mén)開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖9 中通過(guò)對(duì)后背門(mén)開(kāi)關(guān)的X、Y、Z向限位分析可知，XY向沒(méi)有限位，而是采用后背門(mén)內(nèi)板開(kāi)孔和后背門(mén)電動(dòng)開(kāi)關(guān)的外圍進(jìn)行限位，根據(jù)車(chē)身外CAS定義，開(kāi)關(guān)和后背門(mén)的間隙要求≤0.5mm，實(shí)際測(cè)試X向間隙為0.4mm，Y 向?yàn)?.5mm，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求≤0.2mm，不滿足設(shè)計(jì)要求。Z的向限位主要采用卡爪和后背門(mén)安裝支架的Z向配合，實(shí)際測(cè)試間隙為0mm，技術(shù)要求為0.2mm過(guò)盈量，不滿足技術(shù)要求，技術(shù)分析可知后背門(mén)開(kāi)關(guān)XYZ向限位尺寸較大，開(kāi)關(guān)容易晃動(dòng)，影響實(shí)際感受。對(duì)于易脫落的問(wèn)題通過(guò)進(jìn)一步分析可知，對(duì)于后背門(mén)內(nèi)板孔位和孔距公差、后背門(mén)安裝支架的孔位公差、夾具定位誤差計(jì)算分析尺寸鏈公差為1.12mm［3］，實(shí)際單邊有效卡爪尺寸1.22mm，后背門(mén)安裝支架和后背門(mén)內(nèi)板的同心度不能保障，很容易造成開(kāi)關(guān)脫落。以上問(wèn)題需要整體修改后背門(mén)開(kāi)關(guān)的匹配機(jī)構(gòu)，更改模具開(kāi)發(fā)費(fèi)用較多，按照以上后背門(mén)開(kāi)啟方式設(shè)計(jì)方法，建議選用車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)&遙控開(kāi)啟方式。

圖9 后背門(mén)開(kāi)關(guān)匹配結(jié)構(gòu)

4.2 問(wèn)題2：后背門(mén)開(kāi)關(guān)Z向輕微晃動(dòng)

圖10 中開(kāi)關(guān)和鈑金件的配合存在配合間隙，不滿足Z向過(guò)盈0.2mm的技術(shù)要求，因此造成開(kāi)關(guān)Z向輕微晃動(dòng)，解決措施有兩種：一種是把后背門(mén)內(nèi)板鈑金開(kāi)孔周邊進(jìn)行翻邊處理；另一種是將后背門(mén)開(kāi)關(guān)和鈑金貼合面的厚度增加。以上兩種設(shè)計(jì)改動(dòng)模具費(fèi)用較高，改動(dòng)周期較長(zhǎng)。對(duì)于以上后背門(mén)開(kāi)關(guān)配合鈑金Z向輕微晃動(dòng)問(wèn)題，提出來(lái)一種新型方案，在后背門(mén)開(kāi)關(guān)和鈑金貼合面粘貼一種致密的EVA泡棉單面膠，EVA泡棉單面膠成本較低，具備不同的材料厚度和壓縮系數(shù)，能夠根據(jù)貼合面尺寸快速成型加工，直接粘貼開(kāi)關(guān)貼合面上，經(jīng)濟(jì)快捷。

5 總結(jié)

結(jié)合本人汽車(chē)開(kāi)關(guān)的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)同行專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，本文主要圍繞后背門(mén)開(kāi)啟方式、后背門(mén)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)，重點(diǎn)講述后背門(mén)開(kāi)關(guān)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程，后背門(mén)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)匹配及設(shè)計(jì)案例分析，后背門(mén)開(kāi)關(guān)的背光設(shè)計(jì)和操作力，以上4點(diǎn)同樣適用于其他汽車(chē)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，對(duì)于開(kāi)關(guān)的電路原理和開(kāi)關(guān)人機(jī)設(shè)計(jì)同樣也很重要，本文不做贅述。不同的車(chē)型，開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)也有明顯區(qū)分，遇到設(shè)計(jì)問(wèn)題要以最優(yōu)策略轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)思路，才能更好地滿足項(xiàng)目需求。

圖10 后背門(mén)開(kāi)關(guān)Z向匹配