張淑坤,王立新（.鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院,鄭州　453000；2.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南　新鄉(xiāng)　453006）

汽車背門支撐桿布置優(yōu)化方法

張淑坤1,2,王立新1
（1.鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院,鄭州453000；2.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453006）

隨著人們生活水平的提高，對車輛的性能和質(zhì)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(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)，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(gòu)造和特性，以及其布置的基本原則出發(fā)，探討支撐桿布置優(yōu)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(shè)計中的關(guān)鍵點，它能否得到科學(xué)布置關(guān)系到背門可否正常開合，對用戶使用體驗產(chǎn)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(zhuǎn)為中心達到開合的[1]。但在實踐中，支撐桿的布置優(yōu)化有待進一步提升。本文應(yīng)用力學(xué)結(jié)合Excel法對汽車背門支撐桿的布置進行優(yōu)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(zhì)的彈性器件，主要是由活塞桿、缸筒及活塞等元器件相連構(gòu)成?；钊邆渫饪?，其兩側(cè)氣壓基本一致，其產(chǎn)生的支撐力是因為兩側(cè)受力面的不同，彈力大小可在氣壓設(shè)置基礎(chǔ)上進行確定的[2]。從理論角度來看，應(yīng)用公式進行相關(guān)推算，其不呈現(xiàn)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(cè)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(fā)生變化的，由它的支撐力和運行距離的關(guān)系，得其公式為：

其中，F(xiàn)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(xué)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(fā)生相對運行時出現(xiàn)干擾，否則易出現(xiàn)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(cè)，其布置應(yīng)進行上端固定；如其延長線在鉸鏈后側(cè)，則應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生關(guān)閉車門的作用，確保安全；（4）汽車背門如在提升狀態(tài)，支撐力應(yīng)確保車門升至最高點，并確保穩(wěn)定的升速。（5）背門在閉合過程中，支撐力和背門的重力應(yīng)保持一個平衡點，確保安全，該平衡點應(yīng)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(fā)生意外；當(dāng)張開到最大角度時，需要減緩速度，使其平穩(wěn)，避免出現(xiàn)抖動。

3　支撐桿布置優(yōu)化方法應(yīng)用

3.1支撐力的計算

在進行正式計算前，應(yīng)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(xué)分析，如圖所示。

通過把支撐桿實際位置的力值經(jīng)過XZ水平面簡化后計算出的力值轉(zhuǎn)化在坐標(biāo)角度基礎(chǔ)上進行轉(zhuǎn)換，可簡化計算過程，有助于提高計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在XZ水平面內(nèi)應(yīng)用相對坐標(biāo)，

通過一系列換算后，最終得到背門開關(guān)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(yīng)用Excel計算模型來優(yōu)化布置

汽車背門支撐桿優(yōu)化布置的相關(guān)參數(shù)，應(yīng)作為設(shè)計進行輸入。要強調(diào)的是如輸入數(shù)據(jù)未能滿足布置要求時，應(yīng)重新輸入，并新增一邏輯判斷來告訴設(shè)計人員輸入值有無達到要求。

在進行初次計算時，應(yīng)該按照以往布置經(jīng)驗把相關(guān)參數(shù)準(zhǔn)確輸入，進而獲取MF和MG存在的關(guān)系，以及F開、F關(guān)的計算結(jié)果。當(dāng)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(xiàn)關(guān)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(guān)系到用戶的直觀體驗，因此每次進行支撐桿布置和優(yōu)化時，應(yīng)該以這兩個力作為主導(dǎo)；另外，還應(yīng)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(diào)整和優(yōu)化后，把支撐桿兩端支點的平面坐標(biāo)進行改進后，F(xiàn)開、F關(guān)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(nèi)，符合設(shè)計和布置要求。但當(dāng)F開的值為48N，F(xiàn)關(guān)的值為44N時，該組數(shù)據(jù)對于用戶操作極為科學(xué)合理，不會出現(xiàn)施力過大或過小情況。同時，當(dāng)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(yīng)有效配合阻尼產(chǎn)生的作用，背門開合過程均能控制在設(shè)計范圍之內(nèi)。

4　結(jié)論

總而言之，汽車背門支撐桿布置要到最佳效果應(yīng)充分掌握優(yōu)化方法。在實際布置中，應(yīng)能創(chuàng)建準(zhǔn)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(shù)值。本文主要研究了汽車背門支撐桿布置的優(yōu)化方法，通過應(yīng)用Execl計算模型，有效簡化了計算程序，使參數(shù)盡量統(tǒng)一達標(biāo)，通過對平面位置坐標(biāo)的變化對支撐桿的相關(guān)力值的準(zhǔn)確性和可靠性進行全面剖析，并進行優(yōu)化?？茖W(xué)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(yōu)化方式，還提升了設(shè)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(yōu)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(yōu)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(shè)計技術(shù)研究[D].山東大學(xué),2014(05):14-17.

張淑坤（1984—），女，河南新鄉(xiāng)人，鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院在讀碩士，新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：機械制造。