汽車后背門開關(guān)設(shè)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(fā)展的趨勢越來越明顯，后背門的開啟技術(shù)發(fā)展趨勢從最初的車外鑰匙開啟配合車內(nèi)拉桿開啟，到車內(nèi)開關(guān)配合遙控輔助開啟，到車外開關(guān)配合遙控輔助開啟，到車內(nèi)開關(guān)配合車外紅外感應(yīng)的方式，后背門開啟方式的技術(shù)演變無不體現(xiàn)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(xiàn)狀

1） 車內(nèi)拉桿和車外鑰匙

目前市場上兩廂車、傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)款的三廂車普遍采用車內(nèi)拉桿設(shè)計和車外鑰匙開啟兩種方式，車內(nèi)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(fā)，設(shè)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(tài)，繼續(xù)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(nèi)開關(guān)開啟&遙控開啟（圖1）

部分A00級兩廂車及A0級三廂車僅僅設(shè)計車內(nèi)開關(guān)，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(nèi)車外操作方便；②A00和A0車型后背門把手設(shè)置位置低于人體正常操作位置，單獨設(shè)置開關(guān)，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(guān)或連續(xù)點按兩下遙控鑰匙后背門開關(guān)按鈕。例如：雪鐵龍愛麗舍、別克英朗。車內(nèi)后背門開關(guān)如圖2所示。

圖1 車內(nèi)開關(guān)&遙控開啟

圖2 車內(nèi)后背門開關(guān)

3） 車外開關(guān)開啟&遙控開啟

目前市場上絕大多數(shù)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(guān)進(jìn)行開啟或分級開啟，但部分SUV考慮安全性，會單獨設(shè)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(fā)出燈光和聲音提示后背門已解鎖，點按車外后背門開關(guān)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(guān)閉沉重，考慮部分客戶使用性，一般在在后備廂內(nèi)門板會單獨設(shè)計一個后背門關(guān)閉按鈕。同時考慮安全性，這種后背門驅(qū)動電機(jī)具備防夾控制模塊，以防夾傷。例如：朗逸PLUS、紅旗H9。

4） 車內(nèi)開關(guān)&感應(yīng)開啟

市場上一些高檔車型為了體現(xiàn)科技亮點，采用腳踢自動感應(yīng)系統(tǒng)，原理和倒車?yán)走_(dá)相似，當(dāng)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(qū)域，通過腳踢動作改變系統(tǒng)電容電壓，然后反饋給控制器，來判斷腳踢的有效性，進(jìn)而執(zhí)行后背門的開閉動作，如圖3所示。感應(yīng)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(yīng)后背門

2 主流后背門開啟方式—后背門開關(guān)+遙控開啟

后背門開關(guān)的設(shè)計是一個系統(tǒng)設(shè)計工程，涉及造型部、車身部、內(nèi)外部、總布置部、電器部等多個部門的聯(lián)合作戰(zhàn)。首先造型部會根據(jù)設(shè)計車型進(jìn)行BenchMark分析，不同的車型對于尾門的設(shè)計尺寸和設(shè)計造型也往往不同，同時考慮研發(fā)設(shè)計費用，電器部會把現(xiàn)有后背門開關(guān)樣品提供給造型參考，造型部預(yù)選2～3款開關(guān)，進(jìn)行效果圖設(shè)計，總布置把后背門開關(guān)根據(jù)整車人機(jī)及對標(biāo)車后背門開關(guān)位置數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)布置，車身和內(nèi)外飾部門根據(jù)電器部提供的對手件結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)分析匹配，電器部根據(jù)預(yù)選開關(guān)進(jìn)行相關(guān)分析驗證，最終評審?fù)ㄟ^，進(jìn)入樣品制作。后背門開關(guān)開發(fā)流程圖如圖4所示。

圖4 后背門開關(guān)開發(fā)流程圖

3 后背門開關(guān)的種類和設(shè)計要素

3.1 后背門開關(guān)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(nèi)后背門開關(guān)主要采用卡接式，車外后背門開關(guān)一般有螺接式也有卡接式。螺接式后背門開關(guān)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(guān)安裝工藝復(fù)雜，存在標(biāo)準(zhǔn)件外露問題，一般應(yīng)用較少?？ń邮胶蟊抽T開關(guān)安裝簡單，但是卡接結(jié)構(gòu)匹配容易出現(xiàn)問題，卡接結(jié)構(gòu)需要對X、Y、Z向進(jìn)行綜合限位，一般X、Y向通常設(shè)置限位筋，限位筋的大小設(shè)置不合理會造成X、Y向的松動或開關(guān)內(nèi)部受力開關(guān)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(xiàn)過盈配合，一般Z向間隙太小造成Z向晃動，Z向過大開關(guān)拆裝費力，一般Z向的過盈量設(shè)置在0.2mm。螺接式后背門開關(guān)如圖5所示，卡接式后背門開關(guān)如圖6所示。

3.1.2 按照安裝位置分類

后背門開關(guān)按照安裝位置分可分為車內(nèi)后背門 開關(guān)和車外后背門開關(guān)。車外后背門開關(guān)表面處理主要采用注塑，無背景光；車內(nèi)后背門開關(guān)主要采用噴漆鐳雕，車內(nèi)噴漆件需要滿足QC/T198-2014油漆涂層技術(shù)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(shù)參照表2［1］。

圖5 螺接式后背門開關(guān)

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

圖6 卡接式后背門開關(guān)

圖7 按壓式開關(guān)操作力-行程曲線

力特性曲線定義：①預(yù)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。回彈力的舒適范圍一般在0.55～0.75之間。

表2 背光LED的固化參數(shù)

表3 力特性曲線關(guān)鍵物理量

3.2 后背門開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

后背門開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下標(biāo)注，設(shè)計中需要注意以下幾點：①車外后背門開關(guān)屬于濕區(qū)，線束部件和電路板設(shè)計要注意防水。②車內(nèi)后背門開關(guān)表面標(biāo)識設(shè)計要符合GB 4094-2016的規(guī)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(guān)橡膠圈的低溫硬化特性和微動開關(guān)的行程力的關(guān)系，低溫條件下，后背門按壓不回位的風(fēng)險。⑤對于后背門開關(guān)的外殼，需要考慮高溫耐久性，一定高溫耐久次數(shù)后，外殼容易變形。⑥對于后背門開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料的選擇要避免含有禁用物質(zhì)。后背門開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。

4 后背門開關(guān)設(shè)計案例分析

4.1 問題1：車外后背門開關(guān)易脫落分析

圖8 后背門開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖9 中通過對后背門開關(guān)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(nèi)板開孔和后背門電動開關(guān)的外圍進(jìn)行限位，根據(jù)車身外CAS定義，開關(guān)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(yuǎn)大于設(shè)計要求≤0.2mm，不滿足設(shè)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(shù)要求為0.2mm過盈量，不滿足技術(shù)要求，技術(shù)分析可知后背門開關(guān)XYZ向限位尺寸較大，開關(guān)容易晃動，影響實際感受。對于易脫落的問題通過進(jìn)一步分析可知，對于后背門內(nèi)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(nèi)板的同心度不能保障，很容易造成開關(guān)脫落。以上問題需要整體修改后背門開關(guān)的匹配機(jī)構(gòu)，更改模具開發(fā)費用較多，按照以上后背門開啟方式設(shè)計方法，建議選用車內(nèi)開關(guān)&遙控開啟方式。

圖9 后背門開關(guān)匹配結(jié)構(gòu)

4.2 問題2：后背門開關(guān)Z向輕微晃動

圖10 中開關(guān)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(shù)要求，因此造成開關(guān)Z向輕微晃動，解決措施有兩種：一種是把后背門內(nèi)板鈑金開孔周邊進(jìn)行翻邊處理；另一種是將后背門開關(guān)和鈑金貼合面的厚度增加。以上兩種設(shè)計改動模具費用較高，改動周期較長。對于以上后背門開關(guān)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(guān)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(shù)，能夠根據(jù)貼合面尺寸快速成型加工，直接粘貼開關(guān)貼合面上，經(jīng)濟(jì)快捷。

5 總結(jié)

結(jié)合本人汽車開關(guān)的實際設(shè)計經(jīng)驗和對同行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，本文主要圍繞后背門開啟方式、后背門開關(guān)設(shè)計要素進(jìn)行簡要總結(jié)，重點講述后背門開關(guān)的開發(fā)設(shè)計流程，后背門開關(guān)的結(jié)構(gòu)匹配及設(shè)計案例分析，后背門開關(guān)的背光設(shè)計和操作力，以上4點同樣適用于其他汽車開關(guān)設(shè)計，對于開關(guān)的電路原理和開關(guān)人機(jī)設(shè)計同樣也很重要，本文不做贅述。不同的車型，開關(guān)的設(shè)計也有明顯區(qū)分，遇到設(shè)計問題要以最優(yōu)策略轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)計思路，才能更好地滿足項目需求。

圖10 后背門開關(guān)Z向匹配