汽车背门支撑杆布置优化方法的建设

　　摘 要：随着人们生活水平的提高，对车辆的性能和质量提出了更高的要求。汽车背门支撑杆布置的改善，有利于优化车辆结构，增强车辆的人性化，为用户提供更大的便利性和安全性。本文从汽车背门支撑杆的基本构造和特性，以及其布置的基本原则出发，探讨支撑杆布置优化的具体方法。
　　关键词：汽车；支撑杆；布置
　　0 引言
　　背门支撑杆的布置是汽车后门设计中的关键点，它能否得到科学布置关系到背门可否正常开合，对用户使用体验产生直接性影响。汽车背门是在具备支撑杆支撑下，和其自重一同作用以铰链旋转为中心达到开合的。但在实践中，支撑杆的布置优化有待进一步提升。本文应用力学结合Excel法对汽车背门支撑杆的布置进行优化探讨。
　　1 支撑杆的基本情况
　　所谓支撑杆，就是由气体、液体等为运行介质的弹性器件，主要是由活塞杆、缸筒及活塞等元器件相连构成。活塞具备通气孔，其两侧气压基本一致，其产生的支撑力是因为两侧受力面的不同，弹力大小可在气压设置基础上进行确定的。从理论角度来看，应用公式进行相关推算，其不呈现线性变化，但是气道在运行中，因阻尼和摩擦的共同影响，活塞两侧气压同等具有滞后性，因而气弹簧的作用力呈近于线性变化。
　　支撑力的大小是伴随支持杆运行距离发生变化的，由它的支撑力和运行距离的关系，得其公式为： （1）
　　其中，F为运行时支撑力；Fmax为最大支撑力；Fmin最小支撑力；L为运行总距离；△L为瞬时运行距离。
　　2 支撑杆布置的基本原则
　　汽车背门支撑杆的科学布置需要遵循这几个基本原则：（1）因受汽车自身形状局限，支撑杆和铰链间会有一个角度，在布置时，该角度不得于球接头和相连器件间发生相对运行时出现干扰，否则易出现磨损；（2）汽车背门闭合时，支撑杆轴线上方延长线如位于铰链前侧，其布置应进行上端固定；如其延长线在铰链后侧，则应进行下端固定布置。（3）汽车背门闭合时，支撑力和车门重力形成的合力应产生关闭车门的作用，确保安全；（4）汽车背门如在提升状态，支撑力应确保车门升至最高点，并确保稳定的升速。（5）背门在闭合过程中，支撑力和背门的重力应保持一个平衡点，确保安全，该平衡点应控制在人体腰部位置。（6）开合力的大小尽量控制在40到80牛顿。（7）为确保安全性，车门提升时速度不宜太快，以免发生意外；当张开到最大角度时，需要减缓速度，使其平稳，避免出现抖动。
　　3 支撑杆布置优化方法应用
　　3.1 支撑力的计算
　　在进行正式计算前，应将支撑杆布置的操作模型进行简化。因支撑杆实际位置和XZ水平面有一个小角度，所以可对其水平布置采取几何学分析，如图所示。
　　通过把支撑杆实际位置的力值经过XZ水平面简化后计算出的力值转化在坐标角度基础上进行转换，可简化计算过程，有助于提高计算结果的准确性。在XZ水平面内应用相对坐标，
　　通过一系列换算后，最终得到背门开关时的力值，其计算公式为：
　　（2）
　　（3）
　　其中，θ为汽车背门最大的张开角度。
　　3.2 应用Excel计算模型来优化布置
　　汽车背门支撑杆优化布置的相关参数，应作为设计进行输入。要强调的是如输入数据未能满足布置要求时，应重新输入，并新增一逻辑判断来告诉设计人员输入值有无达到要求。
　　在进行初次计算时，应该按照以往布置经验把相关参数准确输入，进而获取MF和MG存在的关系，以及F开、F关的计算结果。当背门张开时平衡点保持在8°上下，其张开过程的速度相对较快，同时F开仅仅26N，F关则达到75N，如此是无法满足开合汽车背门的要求。因为这个力值对衡量布置具有重要作用，其直接关系到用户的直观体验，因此每次进行支撑杆布置和优化时，应该以这两个力作为主导；另外，还应充分注意到力矩的变化情况，支撑杆的力值尽量往小控制，如此可有利于车身和背门的性能，不会增加成本。通过不断调整和优化后，把支撑杆两端支点的平面坐标进行改进后，F开、F关及MF具有大幅改善。如果背门张开到约15°时，MF和MG会处在平衡范围内，符合设计和布置要求。但当F开的值为48N，F关的值为44N时，该组数据对于用户操作极为科学合理，不会出现施力过大或过小情况。同时，当张开角度通过平衡范围时，MF的值是比MG要大的，而两者的变化是趋于一致的，如此可有效避免打开速度过快，与此同时，应有效配合阻尼产生的作用，背门开合过程均能控制在设计范围之内。
　　4 结论
　　总而言之，汽车背门支撑杆布置要到最佳效果应充分掌握优化方法。在实际布置中，应能创建准确、客观、合理的计算模型，由于汽车背门在有一定的摩擦力，支撑杆又存在阻尼，所以大大增加了计算分析的难度。另外，背门在开启过程中的速度计算只能给予一个理论参考数值。本文主要研究了汽车背门支撑杆布置的优化方法，通过应用Execl计算模型，有效简化了计算程序，使参数尽量统一达标，通过对平面位置坐标的变化对支撑杆的相关力值的准确性和可靠性进行全面剖析，并进行优化。科学有效的将汽车背门支撑杆布置的一些难点问题予以解决，该方法不但改进了优化方式，还提升了设计效率，具有重要的实践参考价值。
　　参考文献：
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　　张文，王征.汽车背门支撑杆布置优化方法.汽车工程师，2013（01）：37-40.
　　李路.典型汽车覆盖件冲压工艺及模具设计技术研究.山东大学，2014（05）：14-17.
　　作者简介：张淑坤（1984—），女，河南新乡人，郑州大学机械工程学院在读硕士，新乡职业技术学院讲师，研究方向：机械制造。