一種提升電動背門關閉運行時間精度方法

魯偉 戴樂宏 劉海祿 文婷 明小兵

摘 ?要：本文分析了車內空氣壓力對電動背門關閉過程的影響，提出一種智能適應車內靜壓變化關閉電動背門控制方法，將背門在不同工況下的關閉時間都控制在較窄的目標區間內。試驗證明，在不增加系統零部件情況下，改善了背門關閉品質。

關鍵詞：電動背門；靜壓

中圖分類號：U463.83 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1005-2550（2023）04-0023-06

Method for Improve Accuracy of Closing Operation Time of Electric Tailgate

LU Wei， DAI Le-hong， LIU Hai-lu， WEN Ting， MING Xiao-bing

（ Lantu Automobile Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China）

Abstract： In this paper， the influence of air pressure in the vehicle on the closing process of the electric back door is analyzed， and a control method for closing the electric back door that intelligently adapts to the change of static pressure in the car is proposed， which controls the closing time of the back door in a narrow target range under different working conditions. Tests have shown that the quality of the back door closure is improved without adding system components.

Key Words： Electric Tailgate; Static Pressure

汽車電動背門，由電驅動方式開啟或關閉，提升了用戶體驗。但在不同工況下車內空氣靜壓力不同，對背門關閉形成的阻力不同，導致背門關閉速度有明顯差異，同時對關門音品質產生影響。極端情況下，會導致背門關閉功能失效。

電動背門關閉邏輯（如圖1），背門ECU接到關門信號發出指令，電撐桿以預先標定的力矩驅動背門關閉。工程設計為保證最惡劣工況實現背門關閉功能，一般在車內靜壓工況最惡劣（最大）情況下，不誤防夾而無法關閉背門，即按最大阻力匹配設計的關閉背門速度。但當整車處于全通風狀態時，車內靜壓最小，背門關閉阻力大幅降低，背門將會以較快的速度砸進全鎖，砸鎖聲品質差，引起客戶抱怨。如圖2、3，對各種車內靜壓下關閉背門時間測量，車內靜壓越小，背門關閉阻力越小，關閉時間越短。各種工況下背門關閉運行時間在 5.1～6.5s，波動較大。

背門開啟過程，車內靜壓變化影響對功能和品質感知較不明顯。本文將研究重在關閉過程。

本文提出一種智能適應車內靜壓變化關閉電動背門控制方法，在不增加系統零部件情況下，優化關閉背門控制邏輯，提升關門品質感。背門控制器（ECU）通過BCM和AC識別車輛密封狀態（車門、車窗、天窗開度狀態）及空調鼓風機速度等級，并作出判斷，選擇預先設計標定預存的三種速度模式驅動背門關閉，通過經驗及相關實驗，使所有工況下背門關閉時間都在較窄的目標區間內（例如標準5.3-6.3s），以使客戶感知電動背門關門品質始終處于一個最優的狀態上。

1 ? ?電動背門關閉過程力學模型解釋

1.1 ? 電動背門關閉過程任意瞬間系統力矩平衡

電動背門關閉過程任意瞬間力矩平衡：

動力矩-阻力矩=有效驅動力矩。

其中動力矩=背門重力矩；阻力矩=電撐桿提供的力矩+密封條反力矩+鎖扣反力矩+鉸鏈的扭矩+限位器反力矩+背門靜壓反力矩。即：

動力矩：

阻力矩：

有效驅動力：

（1）

式中：

傳統電動背門關閉過程，背門重力矩、電撐桿提供的力矩、密封條反力矩、鎖扣反力矩、鉸鏈的扭矩、限位器反力矩隨背門運動角度變化，在任意瞬時角度力矩及力臂均為常量。根據公式（1）可知：有效驅動力隨車內靜壓增大而減小，隨車內靜壓減小而增加。

1.2 ? 電動背門關閉過程任意瞬間驅動力與關門瞬時速度關系

有效驅動力對背門作用，根據動量定理：

Δt = mV ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：

背門質量：m ? ? ? ?背門關閉瞬時速度：V

根據公式（2）可知：背門關閉瞬時速度隨有效驅動力增大而增大，隨有效驅動力減小而減小。

1.3 ? 電動背門平均關閉速度與關閉時間關系

由于同一車型背門最大開啟角度相同，背門關閉行程為常量，根據公式：

S = V × t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

背門關閉行程：S

背門平均關閉速度：V ? ?背門平均關閉時間： t

根據公式（3）可知：背門關閉平均速度越大，關閉時間越短。

根據公式（1），車內靜壓變化，有效驅動力隨之反相關變化；根據公式（2），背門關閉速度隨有效驅動力正相關變化。如圖2所示，當車身密封狀態（車門、車窗、天窗開度狀態）或空調鼓風機風速變化時，不同工況下車內靜壓16-85Pa變化，波動較大。車內靜壓不同工況背門關閉速度隨之劇烈變化；根據公式（3），背門關閉行程不變，不同工況下關閉平均速度劇烈變化，造成電動背門關閉運行時間波動較大。

2 ? ?現狀分析

2.1 ? 各工況下背門關閉運行時間過程能力分析

生產線每批次抽取5臺車，共6個批次30臺車，按圖2所示10種工況，讀取電動背門控制器（ECU）記錄的背門關閉運行時間（設計各工況標準關閉時間5.3-6.3s），計算過程能力如圖4，天窗打開、車門打開、車窗打開、風速7檔、8檔PPK＜1.33，過程能力不足；無風、風速3、4、5、6檔PPK＞1.33，過程能力充足。

2.2 ? 矛盾產生與分析

如圖5所示：當背門關閉平均速度按最惡劣工況（全車非通風，空調風速7、8檔）設計與標定，可保證最惡劣工況背門正常關閉，但在最優工況下（全車通風狀態），關閉運行時間偏短。

如圖6所示：當背門關閉平均速度按一般工況（全車非通風，空調無風或低風速）設計與標定，可保證大部分工況背門關閉時間滿足要求，但在最優工況時，背門關閉時間偏短；但在最惡劣工況下，背門關閉運行時間偏長，且易產生誤防夾回退打開。

3 ? 運用TRIZ技術預先作用原理尋求解決方案

3.1 ? 功能模型分析

對電動背門關閉過程力學模型中公式（1）（2）（3）分析。為實現公式（3）中波動小的背門關閉時間（t）目標，需確保各工況下背門平均關閉速度（）波動小。結合公式（2），滿足背門關閉速度波動小，需要有效驅動力（）波動盡量小。結合公式（1），通過圖8三種工況等級車內靜壓劃分，為實現有效驅動力（）波動控制在較小范圍內，設計匹配三種電撐桿驅動力矩平衡車內靜壓力矩波動，即可達成目標。

根據現狀各工況下背門關閉運行時間。如圖7的坐標軸的縱坐標上設置兩條水平的上下限線，則上下限線在曲線上對應的橫坐標分為三個部分，橫坐標最左邊對應的運行時間相對偏短，則該段采用較大電撐桿力矩模式以保證其運行時間能夠處于上述的標準區間；橫坐標最右邊對應的運行時間相對偏長，因此采用較小電撐桿力矩模式以保證其運行時間也能夠處于標準區間。通過上述方式能夠將關門時間進行優鎖化，使得其在一個標準的區間內。

（1）整車通風（天窗或車門或車窗打開）可預先設計標定的較大電撐桿驅動力矩模式1減速，使其達到運行時間目標區間；

（2）整車非通風（風速7檔或8檔）可預先標定較小電撐桿驅動力矩模式3加速，使其達到運行時間目標區間。

根據現狀各工況下背門關閉運行時間，將電撐桿提供的力矩按工況劃分為三種模式（如圖8），使所有工況下背門關閉時間都在目標區間內。

3.2 ? 控制邏輯優化

在不增加系統零部件情況下，優化驅動電撐桿控制邏輯，背門ECU通過BCM和AC識別車輛密封狀態及空調鼓風機速度等級，并作出判斷，根據預先標定預存的三種電撐桿力矩模式驅動背門關閉，使所有工況下背門關閉時間都在目標區間內，如圖9：

3.3 ? 信號交互實現

3.3.1《CAN 總線通訊規范》增加車門、天窗、空調狀態信號

如圖10，天窗開度、天窗運行區間；

左/右前門狀態、左/右后門狀態；

左/右前車窗狀態、左/右后車窗狀態；

開通背門控制器（ECU）讀取車門、車窗、天窗開度及空調風速的權限，并根據預先標定的對應電撐桿力矩模式，驅動背門關閉。

3.3.2 新型電動背門關門配置功能定義

如圖11相對傳統電動背門產品功能定義新增預先標定的三種關門電撐桿力矩模式，根據圖2所示不同工況下的車內靜壓變化，劃分為如圖11所示最優工況（整車通風狀態）、一般工況（整車非通風、空調風速≤6檔）、最惡劣工況（整車非通風、空調風速7、8檔），并標定相應的電撐桿力矩模式1、電撐桿力矩模式2、電撐桿力矩模式3，便于背門控制器（ECU）根據實際情況調用。電動背門可根據整車通風狀態、空調外循環風速檔位等工況配置不同的電撐桿力矩模式，保證各工況下以恒定時間關閉背門。開門速度在整車標定完成后設定為固定值，每次運行時不隨整車狀態變化。此功能僅為優化背門關門品質，當檢測到信號條件不滿足時，需優先保證整車開關門功能。

3.3.3 各整車工況與背門關門電撐桿力矩模式劃分對應關系

如圖12本文僅完成3級速度劃分，隨著車機算力提升，也可按此方法實現4級、5級，甚至無極速度劃分。

通過更新《電動背門產品功能定義》增加電動背門配置功能，從而實現車身密封狀態和空調鼓風機速度信號釋放與接收。

4 ? ?實車測試驗證效果

本文所提背門系統關閉時間是根據理論模型初步設計，并疊加考慮滿足制造公差標定而來。不排除某批次制造超差，帶來的時間偏差，但這屬于產品制造一致性研究范疇，非本文重點，故文中選取的樣車均是滿足制造公差。在背門控制器軟件邏輯設計變更后，生產導入，在生產線每批次抽取5臺車，共6各批次30臺車，每臺車在按圖2所示10種工況條件下，分別通過讀取電動背門控制器（ECU）記錄背門關閉運行時間，整理10種工況下30臺車背門關閉時間，并計算其關閉時間PPK，如圖13，各工況下30臺車的背門關閉時間PPK均大于1.33，可判斷過程能力穩定，優化后各工況下背門關閉時間滿足目標要求，方案有效。

5 ? ?結論

本文根據電動背門關閉過程力學模型，采用TRIZ預先作用原理，將空氣阻力分為三種情形，對應設置三種驅動模式，使背門在不同工況下關閉時間趨向一致。

本文研究的車輛處于水平道路上。對于有車輛姿態監控的車輛，可以將姿態信號綜合納入背門關閉速度標定。

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