淺談車門外把手開啟力的設計與計算

金云光，丁光學，朱偉

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺談車門外把手開啟力的設計與計算

金云光，丁光學，朱偉

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章將終端主觀感受——車門開啟手感輕重，轉化成車門系統性能指標——車門外把手開啟力；深入解析通過車門開把手開鎖的動作過程和力學（力矩）傳遞，詳細闡述了車門外把手開啟力的計算原理和方法；建立了車門外把手開啟力的計算模型，在該計算模型中，可基于車門外把手開啟力的性能指標進行參數化驅動正向設計。

車門外把手開啟力；力學傳遞；計算模型

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-10-03

引言

車門外把手是汽車車門一個重要的部件，為車門上使用頻次最多，用戶感受最多的一個部件。

終端用戶對車門外把手的感受包括視覺審美、操作方便性、力學手感等各個維度。

對車門外把手的設計，不僅保證車門外把手基本功能的實現，還要根據終端用戶對車門外把手的主觀感受需求進行車門外把手的性能設計，其中車門外把手的開啟力是一項最基本的性能要求，針對車門外把手的使用特性，把手開啟力須在一定合理范圍內，否則影響車門把手的使用手感。

對于車門外把手的布置、設計與計算，如何設定的車門外把手的參數，保證車門外把手上開啟力指標的準確高效地達成，成為車門外把手設計開發過程的一個重要的課題。

本文依據車門外把手開啟力性能要求、基于開啟過程的解析、建立了車門外把手開啟力計算模型，確保在設計階段、通過輸入參數變量、準確高效地輸出其性能指標。

1、車門外把手及鎖系統

車門鎖系統包括鎖體總成、鎖扣總成、內外把手總成、鎖芯總成、門鎖聯動裝置門鎖系統的工作過程，在解鎖止狀態下，拉動外把手（內把手）拉手，通過拉桿（內開拉索），帶動鎖體外開搖臂，促使鎖體內鎖舌轉動以脫離鎖扣，完成車門的開啟。

圖1 車門鎖系統示意圖

2、性能要求

根據企業標準Q/JQ 6113外把手的操作力為35N～75N；當外把手總成安裝在車門或者工裝夾具上時，其邊緣處的操作力在10N-30N之間（未加載狀態下，測量位置模擬實際操作位置設定：60）。

3、原理解析

車門外把手主要包括把手手柄、把手基座，外把手基座上配有聯軸器，其包含配重塊、扭簧等。通過車門外把手開鎖過程為手動拉動車門外把手手柄、把手手柄繞其軸線A-B旋轉運動、通過手柄掛鉤拉動把手基座聯軸器（D點為作用位置）、把手基座聯軸器繞其軸線E-F旋轉運動，通過聯軸器上外開拉桿安裝孔帶動外開拉桿向下運動（H點為作用位置）、外開拉桿帶動車門鎖體上的外開擺臂繞其軸線作旋轉運動，當車門鎖體外開擺臂繞其軸線運動達到車門鎖體有效開啟行程，車門鎖體鎖扣嚙合則會開啟。

通過車門外把手開啟門鎖過程，其作用力的傳遞路徑為把手手柄-把手基座聯軸器-外開拉桿-車門鎖體外開擺臂；當把手開啟力與上述作用反力達到力矩平衡，車門鎖體則會開啟。

圖2 車門外把手開啟過程示意圖

圖3 車門外開拉桿受力 平衡示意圖

（1）外開擺臂及外開拉桿受力分析

外開鎖桿自身重力，由于在下壓過程中，平衡塊不承擔支撐鎖桿重量，鎖桿重量全部傳遞到鎖機構開啟臂的開啟點上。設定鎖桿重量為m3，其重力為m3g；

當鎖機構開啟臂開啟力達到一定值時，開啟臂突破鎖機構翻轉點，鎖被開啟，以D-21鎖為例，該鎖翻轉角為θ=15.56 °開啟時的操作力約為10N。就是說，開啟時對該鎖施加的操作力逐漸增加到F1=10N時，鎖機構將翻轉開啟。設計計算時將以θ和F1作為基本開啟條件建立計算關系。

（2）平衡塊的受力分析

a外開拉桿作用反力力矩計算

平衡塊旋轉時，外開鎖桿對其的阻力為F2。

來自平衡塊旋轉產生的向下壓力分析計算（平衡塊旋轉時，外開鎖桿對其的阻止力）：

HH1是過H點的鉛垂線，過H作直線EF的法平面π1交EF于H0，過H、E、F三點作平面π2，過H作平面π2法線HH2，HH2與HH1夾角α1；過H0作H0H3⊥H3H2，HH2與HH0夾角為α2。

圖4 聯軸器上外開拉桿作用力矩示意圖

圖5 聯軸器上平衡塊重力作用 力矩示意圖

H0H3是有效轉矩的力臂為：HH0*SINα2

外開拉桿對聯軸器的有效作用反力為：F2/CONα1

外開拉桿對把手基座聯軸器作用反力形成力矩為：

b配重塊重力力矩計算

GG1是過G點的鉛垂線，；過G作直線EF的法平面π3交EF于G0，GG2是GG1在該平面π3內投影;過G0點作G0G3⊥GG2的于G3，G0G3為有效重力臂。GG3與G0G3之間夾角α4.

有效重力=m2*g*CONα3

有效重力臂G0G3=G0G*CONα4；

平衡塊自身重力產生的有效重力矩：

c聯軸器摩擦力矩

平衡塊旋轉時阻力矩在輸入時定義為A3，是一個具體值。

d聯軸器扭簧阻力力矩

扭簧的阻力矩定義為A4，它在工作過程中按一定規律變化，是一個規律變化值。

e把手手柄對聯軸器的有效作用力矩

D是平衡塊球頭球心；D在直線EF的投影D3，過D、E、F三點做平面π4，過D作π4的法線DD1，DD1則是把手柄推動平衡塊旋轉的有效力臂方向，過D、A、B三點做平面π5，過D作平面π5的法線DD2，DD2是把手柄推動平衡塊旋轉的有效力臂方向，DD0是把手柄旋轉的有效力臂，∠D1DD2=α9。

當把手柄的旋轉作用力為F3時，則平衡塊獲得把手柄傳來的有效力矩：

（3）把手柄的受力分析

a車門外把手重力矩

CC1是過C點的鉛垂線；過C作直線AB的法平面π7交AB于C0，該平面方程由AB兩點向量及C點坐標計算獲得，過C作A、B、C三點的法平面π8，過C作C2C垂直于π8，則C2C為把手柄重力產生轉矩有效力方向，∠CC1C2=α5。

CC1是把手柄重力方向，CC2是作用在以AB為旋轉軸上的有效旋轉力方向，C0C是有效旋轉力的力臂。C0C通過點C到直線AB距離求得。

圖6 外把手手柄上聯軸器作用力矩示意圖

圖7 車門外把手手柄開啟 力作用力矩示意圖

把手柄作用在以AB為旋轉軸上的有效重力矩：

內傾是負值，外傾是正值。

b把手柄旋轉時的摩擦阻力

把手柄旋轉時阻力矩在輸入時定義為A7，是一個具體值。

c作用在把手柄開啟力

過K作直線AB的法平面π9交AB于K0，該平面方程由直線AB的向量和D點坐標求得，過A、B、K三點作平面π10，該平面方程由A、B、D點坐標求得，過K點作直線KK1垂直于π10。

KK1是把手柄操作力方向。

KK0是把手柄操作力力臂。

當把手柄開啟操作力為F0時，把手柄開啟力有效轉矩：

（1）綜合計算

車門把手手柄上的開啟力與傳遞路徑上的作用反力達成力矩平衡后，車門鎖體開啟。

4、計算模型建立

依據上述原理解析，輸入相應的幾何尺寸參數、門鎖體的解鎖力、扭簧的扭矩、影響零部件重量、摩擦力矩，可精確地計算車門外把手的開啟力。

事實上，把手基座聯軸器和把手手柄的摩擦力矩很難準確的獲取；原理解析中力臂的角度和作用力的角度對車門外把手開啟力影響比例較小；把手基座聯軸器、外開拉桿、把手手柄的重力對車門外把手開啟力的影響比例也較小。

圖8 車門外把手開啟力計算模型示意圖

一般情況，可根據實際測試結果或相應的經驗數據，采用作用力傳遞效率替上述上述三個方面的因素（摩擦力矩、作用力及力臂角度和零部件重量），建立簡化的外把手開啟力計算模型。

在該計算模型中，輸入相關的參數，例如車門鎖體的解鎖力、扭簧的扭矩、結構幾何尺寸，便可輸出車門外把手的開啟力。在設計階段，可基于車門外把手開啟力的性能指標對模型上幾何參數變量（結構尺寸）和物理參數變量（解鎖力、彈簧扭矩等）進行布置設計和設定，做到外把手開啟力性能的參數化驅動的正向設計。

5、結束語

顧客購車欲望一定程度上來源于對車門系統的主觀感受，車門系統設計開發的一項主要工作為，量化成車門系統的設計指標，以車門系統性能指標驅動車門系統的結構設計，包括設計布置與零部件的設計，保證車門系統性能滿足市場顧客需求。

車門開啟手感輕重，是用戶使用感受中重要的一部分。本文將終端主觀感受——車門開啟手感輕重，轉化成車門系統性能指標——車門外把手開啟力；深入解析通過車門開把手開鎖的動作過程和力學（力矩）傳遞，詳細闡述了車門外把手開啟力的計算原理和方法；建立了車門外把手開啟力的計算模型，在該計算模型中，可基于車門外把手開啟力的性能指標進行參數化驅動正向設計。

車門外把手開啟力驅動的參數化正向設計模型，將性能指標（外把手開啟力）的開發工作真正提前到設計階段，具有廣泛的推廣意義。

[1] 黃金陵.汽車車身設計.機械工業出版設計.2007.

[2] 周旭坤.汽車門鎖系統的設計基礎.兵器工業出版設計.2015.

[3] 林忠欽;汽車車身制造質量控制技術 [D]：出版社：機械工業出版社.

[4] GB5847-2004-T尺寸鏈計算方法.

The Design and calculation of release force for automobile outside Handel

Jin Yunguang, Ding Guangxue, Zhu Wei
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, the feeling to unlock the door is translated the index-the release force of outside handle; the transfer of force and torque and procedure of outside handle is pointed, the calculation of release force is specified; the formula to calculate the release force of outside handle is established.

release force of outside handle; transfer of force and torque; formula to calculate

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-10-03

金云光，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.004