汽车后背门开关设计要素分析

赵忠武， 王聪敏

（弘安新能源汽车研究院， 江苏 徐州 221000）

目前汽车智能化、人性化、功能多样化发展的趋势越来越明显，后背门的开启技术发展趋势从最初的车外钥匙开启配合车内拉杆开启，到车内开关配合遥控辅助开启，到车外开关配合遥控辅助开启，到车内开关配合车外红外感应的方式，后背门开启方式的技术演变无不体现人性化的提高。以下是对4种常用开启方式的综合对比，详见表1。

表1 后背门开启方式方式对比

1 后背门的开启方式的现状

1） 车内拉杆和车外钥匙

目前市场上两厢车、传统经济款的三厢车普遍采用车内拉杆设计和车外钥匙开启两种方式，车内拉杆通过拉线和后背门锁体连接，锁芯也和后背门锁体连接。一般基于安全考虑，防止误触发，设定拉杆开启后背门需要采用两步操作，拉起前段启程，后背门锁体属于半解锁状态，继续拉动拉杆，后背门锁体解锁。例如：铃木奥拓和14款丰田威驰、雪佛兰赛欧。

2） 车内开关开启&遥控开启（图1）

部分A00级两厢车及A0级三厢车仅仅设计车内开关，部分也采用遥控开启辅助，主要考虑有两点：①A00级和A0级车型长度较小，车内车外操作方便；②A00和A0车型后背门把手设置位置低于人体正常操作位置，单独设置开关，增加成本，操作不利。一般遥控开启后背门方式是采用长按遥控钥匙后背门开关或连续点按两下遥控钥匙后背门开关按钮。例如：雪铁龙爱丽舍、别克英朗。车内后背门开关如图2所示。

图1 车内开关&遥控开启

图2 车内后背门开关

3） 车外开关开启&遥控开启

目前市场上绝大多数车型后背门都是这种开启模式，车辆在解锁的情况下可以直接操作车外后背门开关进行开启或分级开启，但部分SUV考虑安全性，会单独设置一道程序，车辆在解锁的情况下，还需要单独点按遥控钥匙后背门开启按钮，这时车辆会发出灯光和声音提示后背门已解锁，点按车外后背门开关后解锁。其中一部分高档的SUV由于后背门开启角度较大而且关闭沉重，考虑部分客户使用性，一般在在后备厢内门板会单独设计一个后背门关闭按钮。同时考虑安全性，这种后背门驱动电机具备防夹控制模块，以防夹伤。例如：朗逸PLUS、红旗H9。

4） 车内开关&感应开启

市场上一些高档车型为了体现科技亮点，采用脚踢自动感应系统，原理和倒车雷达相似，当车主靠近尾门时，控制器接收到钥匙距离信号后，车主只要处于脚踢传感器的检测区域，通过脚踢动作改变系统电容电压，然后反馈给控制器，来判断脚踢的有效性，进而执行后背门的开闭动作，如图3所示。感应开启后背门同样也是具备智能防夹功能。例如：沃尔沃V90、蔚来ES6。

图3 感应后背门

2 主流后背门开启方式—后背门开关+遥控开启

后背门开关的设计是一个系统设计工程，涉及造型部、车身部、内外部、总布置部、电器部等多个部门的联合作战。首先造型部会根据设计车型进行BenchMark分析，不同的车型对于尾门的设计尺寸和设计造型也往往不同，同时考虑研发设计费用，电器部会把现有后背门开关样品提供给造型参考，造型部预选2～3款开关，进行效果图设计，总布置把后背门开关根据整车人机及对标车后背门开关位置数据对数据布置，车身和内外饰部门根据电器部提供的对手件结构对其进行工程结构分析匹配，电器部根据预选开关进行相关分析验证，最终评审通过，进入样品制作。后背门开关开发流程图如图4所示。

图4 后背门开关开发流程图

3 后背门开关的种类和设计要素

3.1 后背门开关的种类

3.1.1 按照安装方式分类

按照安装方式可分为螺接式和卡接式，车内后背门开关主要采用卡接式，车外后背门开关一般有螺接式也有卡接式。螺接式后背门开关位置限定主要是X、Y向，取决于螺纹孔距和螺纹孔位尺寸，螺接式开关安装工艺复杂，存在标准件外露问题，一般应用较少。卡接式后背门开关安装简单，但是卡接结构匹配容易出现问题，卡接结构需要对X、Y、Z向进行综合限位，一般X、Y向通常设置限位筋，限位筋的大小设置不合理会造成X、Y向的松动或开关内部受力开关不能有效回弹，一般限位筋的定位配合尺寸为0.1mm左右。Z向限位一般借助卡扣的塑性特性实现过盈配合，一般Z向间隙太小造成Z向晃动，Z向过大开关拆装费力，一般Z向的过盈量设置在0.2mm。螺接式后背门开关如图5所示，卡接式后背门开关如图6所示。

3.1.2 按照安装位置分类

后背门开关按照安装位置分可分为车内后背门 开关和车外后背门开关。车外后背门开关表面处理主要采用注塑，无背景光；车内后背门开关主要采用喷漆镭雕，车内喷漆件需要满足QC/T198-2014油漆涂层技术要求，背景光的颜色往往和整车背景光定义一致，具体背光LED的固化参数参照表2［1］。

图5 螺接式后背门开关

后背门开关的操作力也是影响整车主观评价的重要因数，以下是对后背门开关操作力和行程曲线的解读［2］。按压式开关操作力-行程曲线如图7所示，力特性曲线关键物理量见表3。

图6 卡接式后背门开关

图7 按压式开关操作力-行程曲线

力特性曲线定义：①预压力Fo=（10%-15%）F1；②落差力与峰值力的比值：（F1-F2）/F1×100%，要求40%～60%，才能得到清晰的档位感；③峰值点力与最大回弹力的差值同峰值点力的比值称为回弹力感，（F1-Fm）/F1×100%，该值偏小，则手感偏软；该值偏大，则手感松或晃动。回弹力的舒适范围一般在0.55～0.75之间。

表2 背光LED的固化参数

表3 力特性曲线关键物理量

3.2 后背门开关的内部结构设计要点

后背门开关的内部结构如下标注，设计中需要注意以下几点：①车外后背门开关属于湿区，线束部件和电路板设计要注意防水。②车内后背门开关表面标识设计要符合GB 4094-2016的规定。③由于后背门属于活动件，考虑整车NVH，部分甩线接插件选择需要带有固定卡扣。④车外后背门开关橡胶圈的低温硬化特性和微动开关的行程力的关系，低温条件下，后背门按压不回位的风险。⑤对于后背门开关的外壳，需要考虑高温耐久性，一定高温耐久次数后，外壳容易变形。⑥对于后背门开关内部结构材料的选择要避免含有禁用物质。后背门开关内部结构如图8所示。

4 后背门开关设计案例分析

4.1 问题1：车外后背门开关易脱落分析

图8 后背门开关内部结构

图9 中通过对后背门开关的X、Y、Z向限位分析可知，XY向没有限位，而是采用后背门内板开孔和后背门电动开关的外围进行限位，根据车身外CAS定义，开关和后背门的间隙要求≤0.5mm，实际测试X向间隙为0.4mm，Y 向为0.5mm，远大于设计要求≤0.2mm，不满足设计要求。Z的向限位主要采用卡爪和后背门安装支架的Z向配合，实际测试间隙为0mm，技术要求为0.2mm过盈量，不满足技术要求，技术分析可知后背门开关XYZ向限位尺寸较大，开关容易晃动，影响实际感受。对于易脱落的问题通过进一步分析可知，对于后背门内板孔位和孔距公差、后背门安装支架的孔位公差、夹具定位误差计算分析尺寸链公差为1.12mm［3］，实际单边有效卡爪尺寸1.22mm，后背门安装支架和后背门内板的同心度不能保障，很容易造成开关脱落。以上问题需要整体修改后背门开关的匹配机构，更改模具开发费用较多，按照以上后背门开启方式设计方法，建议选用车内开关&遥控开启方式。

图9 后背门开关匹配结构

4.2 问题2：后背门开关Z向轻微晃动

图10 中开关和钣金件的配合存在配合间隙，不满足Z向过盈0.2mm的技术要求，因此造成开关Z向轻微晃动，解决措施有两种：一种是把后背门内板钣金开孔周边进行翻边处理；另一种是将后背门开关和钣金贴合面的厚度增加。以上两种设计改动模具费用较高，改动周期较长。对于以上后背门开关配合钣金Z向轻微晃动问题，提出来一种新型方案，在后背门开关和钣金贴合面粘贴一种致密的EVA泡棉单面胶，EVA泡棉单面胶成本较低，具备不同的材料厚度和压缩系数，能够根据贴合面尺寸快速成型加工，直接粘贴开关贴合面上，经济快捷。

5 总结

结合本人汽车开关的实际设计经验和对同行专业知识的学习，本文主要围绕后背门开启方式、后背门开关设计要素进行简要总结，重点讲述后背门开关的开发设计流程，后背门开关的结构匹配及设计案例分析，后背门开关的背光设计和操作力，以上4点同样适用于其他汽车开关设计，对于开关的电路原理和开关人机设计同样也很重要，本文不做赘述。不同的车型，开关的设计也有明显区分，遇到设计问题要以最优策略转换开关设计思路，才能更好地满足项目需求。

图10 后背门开关Z向匹配