汽車背門支撐桿布置優化方法

張淑坤,王立新（.鄭州大學機械工程學院,鄭州　453000；2.新鄉職業技術學院,河南　新鄉　453006）

汽車背門支撐桿布置優化方法

張淑坤1,2,王立新1
（1.鄭州大學機械工程學院,鄭州453000；2.新鄉職業技術學院,河南新鄉453006）

隨著人們生活水平的提高，對車輛的性能和質量提出了更高的要求。汽車背門支撐桿布置的改善，有利于優化車輛結構，增強車輛的人性化，為用戶提供更大的便利性和安全性。本文從汽車背門支撐桿的基本構造和特性，以及其布置的基本原則出發，探討支撐桿布置優化的具體方法。

汽車；支撐桿；布置

0　引言

背門支撐桿的布置是汽車后門設計中的關鍵點，它能否得到科學布置關系到背門可否正常開合，對用戶使用體驗產生直接性影響。汽車背門是在具備支撐桿支撐下，和其自重一同作用以鉸鏈旋轉為中心達到開合的[1]。但在實踐中，支撐桿的布置優化有待進一步提升。本文應用力學結合Excel法對汽車背門支撐桿的布置進行優化探討。

1　支撐桿的基本情況

所謂支撐桿，就是由氣體、液體等為運行介質的彈性器件，主要是由活塞桿、缸筒及活塞等元器件相連構成?；钊邆渫饪?，其兩側氣壓基本一致，其產生的支撐力是因為兩側受力面的不同，彈力大小可在氣壓設置基礎上進行確定的[2]。從理論角度來看，應用公式進行相關推算，其不呈現線性變化，但是氣道在運行中，因阻尼和摩擦的共同影響，活塞兩側氣壓同等具有滯后性，因而氣彈簧的作用力呈近于線性變化。

支撐力的大小是伴隨支持桿運行距離發生變化的，由它的支撐力和運行距離的關系，得其公式為：

其中，F為運行時支撐力；Fmax為最大支撐力；Fmin最小支撐力；L為運行總距離；△L為瞬時運行距離。

2　支撐桿布置的基本原則

汽車背門支撐桿的科學布置需要遵循這幾個基本原則：（1）因受汽車自身形狀局限，支撐桿和鉸鏈間會有一個角度，在布置時，該角度不得于球接頭和相連器件間發生相對運行時出現干擾，否則易出現磨損；（2）汽車背門閉合時，支撐桿軸線上方延長線如位于鉸鏈前側，其布置應進行上端固定；如其延長線在鉸鏈后側，則應進行下端固定布置。（3）汽車背門閉合時，支撐力和車門重力形成的合力應產生關閉車門的作用，確保安全；（4）汽車背門如在提升狀態，支撐力應確保車門升至最高點，并確保穩定的升速。（5）背門在閉合過程中，支撐力和背門的重力應保持一個平衡點，確保安全，該平衡點應控制在人體腰部位置。（6）開合力的大小盡量控制在40到80牛頓。（7）為確保安全性，車門提升時速度不宜太快，以免發生意外；當張開到最大角度時，需要減緩速度，使其平穩，避免出現抖動。

3　支撐桿布置優化方法應用

3.1支撐力的計算

在進行正式計算前，應將支撐桿布置的操作模型進行簡化[3]。因支撐桿實際位置和XZ水平面有一個小角度，所以可對其水平布置采取幾何學分析，如圖所示。

通過把支撐桿實際位置的力值經過XZ水平面簡化后計算出的力值轉化在坐標角度基礎上進行轉換，可簡化計算過程，有助于提高計算結果的準確性。在XZ水平面內應用相對坐標，

通過一系列換算后，最終得到背門開關時的力值，其計算公式為：

其中，θ為汽車背門最大的張開角度。

3.2應用Excel計算模型來優化布置

汽車背門支撐桿優化布置的相關參數，應作為設計進行輸入。要強調的是如輸入數據未能滿足布置要求時，應重新輸入，并新增一邏輯判斷來告訴設計人員輸入值有無達到要求。

在進行初次計算時，應該按照以往布置經驗把相關參數準確輸入，進而獲取MF和MG存在的關系，以及F開、F關的計算結果。當背門張開時平衡點保持在8°上下，其張開過程的速度相對較快，同時F開僅僅26N，F關則達到75N，如此是無法滿足開合汽車背門的要求。因為這個力值對衡量布置具有重要作用，其直接關系到用戶的直觀體驗，因此每次進行支撐桿布置和優化時，應該以這兩個力作為主導；另外，還應充分注意到力矩的變化情況，支撐桿的力值盡量往小控制，如此可有利于車身和背門的性能，不會增加成本。通過不斷調整和優化后，把支撐桿兩端支點的平面坐標進行改進后，F開、F關及MF具有大幅改善。如果背門張開到約15°時，MF和MG會處在平衡范圍內，符合設計和布置要求。但當F開的值為48N，F關的值為44N時，該組數據對于用戶操作極為科學合理，不會出現施力過大或過小情況。同時，當張開角度通過平衡范圍時，MF的值是比MG要大的，而兩者的變化是趨于一致的，如此可有效避免打開速度過快，與此同時，應有效配合阻尼產生的作用，背門開合過程均能控制在設計范圍之內。

4　結論

總而言之，汽車背門支撐桿布置要到最佳效果應充分掌握優化方法。在實際布置中，應能創建準確、客觀、合理的計算模型，由于汽車背門在有一定的摩擦力，支撐桿又存在阻尼，所以大大增加了計算分析的難度。另外，背門在開啟過程中的速度計算只能給予一個理論參考數值。本文主要研究了汽車背門支撐桿布置的優化方法，通過應用Execl計算模型，有效簡化了計算程序，使參數盡量統一達標，通過對平面位置坐標的變化對支撐桿的相關力值的準確性和可靠性進行全面剖析，并進行優化?？茖W有效的將汽車背門支撐桿布置的一些難點問題予以解決，該方法不但改進了優化方式，還提升了設計效率，具有重要的實踐參考價值。

[1]譚能堃．SUV掀背門氣撐桿布置與優化[J].科技傳播,2013,23(04):94-95.

[2]張文,王征.汽車背門支撐桿布置優化方法[J].汽車工程師,2013(01):37-40.

[3]李路.典型汽車覆蓋件沖壓工藝及模具設計技術研究[D].山東大學,2014(05):14-17.

張淑坤（1984—），女，河南新鄉人，鄭州大學機械工程學院在讀碩士，新鄉職業技術學院講師，研究方向：機械制造。