汽車后背門開關設計要素分析

趙忠武， 王聰敏

（弘安新能源汽車研究院， 江蘇 徐州 221000）

目前汽車智能化、人性化、功能多樣化發展的趨勢越來越明顯，后背門的開啟技術發展趨勢從最初的車外鑰匙開啟配合車內拉桿開啟，到車內開關配合遙控輔助開啟，到車外開關配合遙控輔助開啟，到車內開關配合車外紅外感應的方式，后背門開啟方式的技術演變無不體現人性化的提高。以下是對4種常用開啟方式的綜合對比，詳見表1。

表1 后背門開啟方式方式對比

1 后背門的開啟方式的現狀

1） 車內拉桿和車外鑰匙

目前市場上兩廂車、傳統經濟款的三廂車普遍采用車內拉桿設計和車外鑰匙開啟兩種方式，車內拉桿通過拉線和后背門鎖體連接，鎖芯也和后背門鎖體連接。一般基于安全考慮，防止誤觸發，設定拉桿開啟后背門需要采用兩步操作，拉起前段啟程，后背門鎖體屬于半解鎖狀態，繼續拉動拉桿，后背門鎖體解鎖。例如：鈴木奧拓和14款豐田威馳、雪佛蘭賽歐。

2） 車內開關開啟&遙控開啟（圖1）

部分A00級兩廂車及A0級三廂車僅僅設計車內開關，部分也采用遙控開啟輔助，主要考慮有兩點：①A00級和A0級車型長度較小，車內車外操作方便；②A00和A0車型后背門把手設置位置低于人體正常操作位置，單獨設置開關，增加成本，操作不利。一般遙控開啟后背門方式是采用長按遙控鑰匙后背門開關或連續點按兩下遙控鑰匙后背門開關按鈕。例如：雪鐵龍愛麗舍、別克英朗。車內后背門開關如圖2所示。

圖1 車內開關&遙控開啟

圖2 車內后背門開關

3） 車外開關開啟&遙控開啟

目前市場上絕大多數車型后背門都是這種開啟模式，車輛在解鎖的情況下可以直接操作車外后背門開關進行開啟或分級開啟，但部分SUV考慮安全性，會單獨設置一道程序，車輛在解鎖的情況下，還需要單獨點按遙控鑰匙后背門開啟按鈕，這時車輛會發出燈光和聲音提示后背門已解鎖，點按車外后背門開關后解鎖。其中一部分高檔的SUV由于后背門開啟角度較大而且關閉沉重，考慮部分客戶使用性，一般在在后備廂內門板會單獨設計一個后背門關閉按鈕。同時考慮安全性，這種后背門驅動電機具備防夾控制模塊，以防夾傷。例如：朗逸PLUS、紅旗H9。

4） 車內開關&感應開啟

市場上一些高檔車型為了體現科技亮點，采用腳踢自動感應系統，原理和倒車雷達相似，當車主靠近尾門時，控制器接收到鑰匙距離信號后，車主只要處于腳踢傳感器的檢測區域，通過腳踢動作改變系統電容電壓，然后反饋給控制器，來判斷腳踢的有效性，進而執行后背門的開閉動作，如圖3所示。感應開啟后背門同樣也是具備智能防夾功能。例如：沃爾沃V90、蔚來ES6。

圖3 感應后背門

2 主流后背門開啟方式—后背門開關+遙控開啟

后背門開關的設計是一個系統設計工程，涉及造型部、車身部、內外部、總布置部、電器部等多個部門的聯合作戰。首先造型部會根據設計車型進行BenchMark分析，不同的車型對于尾門的設計尺寸和設計造型也往往不同，同時考慮研發設計費用，電器部會把現有后背門開關樣品提供給造型參考，造型部預選2～3款開關，進行效果圖設計，總布置把后背門開關根據整車人機及對標車后背門開關位置數據對數據布置，車身和內外飾部門根據電器部提供的對手件結構對其進行工程結構分析匹配，電器部根據預選開關進行相關分析驗證，最終評審通過，進入樣品制作。后背門開關開發流程圖如圖4所示。

圖4 后背門開關開發流程圖

3 后背門開關的種類和設計要素

3.1 后背門開關的種類

3.1.1 按照安裝方式分類

按照安裝方式可分為螺接式和卡接式，車內后背門開關主要采用卡接式，車外后背門開關一般有螺接式也有卡接式。螺接式后背門開關位置限定主要是X、Y向，取決于螺紋孔距和螺紋孔位尺寸，螺接式開關安裝工藝復雜，存在標準件外露問題，一般應用較少?？ń邮胶蟊抽T開關安裝簡單，但是卡接結構匹配容易出現問題，卡接結構需要對X、Y、Z向進行綜合限位，一般X、Y向通常設置限位筋，限位筋的大小設置不合理會造成X、Y向的松動或開關內部受力開關不能有效回彈，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現過盈配合，一般Z向間隙太小造成Z向晃動，Z向過大開關拆裝費力，一般Z向的過盈量設置在0.2mm。螺接式后背門開關如圖5所示，卡接式后背門開關如圖6所示。

3.1.2 按照安裝位置分類

后背門開關按照安裝位置分可分為車內后背門 開關和車外后背門開關。車外后背門開關表面處理主要采用注塑，無背景光；車內后背門開關主要采用噴漆鐳雕，車內噴漆件需要滿足QC/T198-2014油漆涂層技術要求，背景光的顏色往往和整車背景光定義一致，具體背光LED的固化參數參照表2［1］。

圖5 螺接式后背門開關

后背門開關的操作力也是影響整車主觀評價的重要因數，以下是對后背門開關操作力和行程曲線的解讀［2］。按壓式開關操作力-行程曲線如圖7所示，力特性曲線關鍵物理量見表3。

圖6 卡接式后背門開關

圖7 按壓式開關操作力-行程曲線

力特性曲線定義：①預壓力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峰值點力與最大回彈力的差值同峰值點力的比值稱為回彈力感，（F1-Fm）/F1×100%，該值偏小，則手感偏軟；該值偏大，則手感松或晃動?；貜椓Φ氖孢m范圍一般在0.55～0.75之間。

表2 背光LED的固化參數

表3 力特性曲線關鍵物理量

3.2 后背門開關的內部結構設計要點

后背門開關的內部結構如下標注，設計中需要注意以下幾點：①車外后背門開關屬于濕區，線束部件和電路板設計要注意防水。②車內后背門開關表面標識設計要符合GB 4094-2016的規定。③由于后背門屬于活動件，考慮整車NVH，部分甩線接插件選擇需要帶有固定卡扣。④車外后背門開關橡膠圈的低溫硬化特性和微動開關的行程力的關系，低溫條件下，后背門按壓不回位的風險。⑤對于后背門開關的外殼，需要考慮高溫耐久性，一定高溫耐久次數后，外殼容易變形。⑥對于后背門開關內部結構材料的選擇要避免含有禁用物質。后背門開關內部結構如圖8所示。

4 后背門開關設計案例分析

4.1 問題1：車外后背門開關易脫落分析

圖8 后背門開關內部結構

圖9 中通過對后背門開關的X、Y、Z向限位分析可知，XY向沒有限位，而是采用后背門內板開孔和后背門電動開關的外圍進行限位，根據車身外CAS定義，開關和后背門的間隙要求≤0.5mm，實際測試X向間隙為0.4mm，Y 向為0.5mm，遠大于設計要求≤0.2mm，不滿足設計要求。Z的向限位主要采用卡爪和后背門安裝支架的Z向配合，實際測試間隙為0mm，技術要求為0.2mm過盈量，不滿足技術要求，技術分析可知后背門開關XYZ向限位尺寸較大，開關容易晃動，影響實際感受。對于易脫落的問題通過進一步分析可知，對于后背門內板孔位和孔距公差、后背門安裝支架的孔位公差、夾具定位誤差計算分析尺寸鏈公差為1.12mm［3］，實際單邊有效卡爪尺寸1.22mm，后背門安裝支架和后背門內板的同心度不能保障，很容易造成開關脫落。以上問題需要整體修改后背門開關的匹配機構，更改模具開發費用較多，按照以上后背門開啟方式設計方法，建議選用車內開關&遙控開啟方式。

圖9 后背門開關匹配結構

4.2 問題2：后背門開關Z向輕微晃動

圖10 中開關和鈑金件的配合存在配合間隙，不滿足Z向過盈0.2mm的技術要求，因此造成開關Z向輕微晃動，解決措施有兩種：一種是把后背門內板鈑金開孔周邊進行翻邊處理；另一種是將后背門開關和鈑金貼合面的厚度增加。以上兩種設計改動模具費用較高，改動周期較長。對于以上后背門開關配合鈑金Z向輕微晃動問題，提出來一種新型方案，在后背門開關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，能夠根據貼合面尺寸快速成型加工，直接粘貼開關貼合面上，經濟快捷。

5 總結

結合本人汽車開關的實際設計經驗和對同行專業知識的學習，本文主要圍繞后背門開啟方式、后背門開關設計要素進行簡要總結，重點講述后背門開關的開發設計流程，后背門開關的結構匹配及設計案例分析，后背門開關的背光設計和操作力，以上4點同樣適用于其他汽車開關設計，對于開關的電路原理和開關人機設計同樣也很重要，本文不做贅述。不同的車型，開關的設計也有明顯區分，遇到設計問題要以最優策略轉換開關設計思路，才能更好地滿足項目需求。

圖10 后背門開關Z向匹配