汽车尾门关闭力优化

2021-06-04史可朝黄充

汽车实用技术 2021年10期

史可朝，黄充

（1.江西昌河汽车有限责任公司，江西景德镇 333002；2.景德镇学院，江西景德镇 333002）

引言

气撑杆常称为气弹簧，是一种将高压气体（一般用氮气）储存于缸筒内，利用缸筒内活塞两侧的气体作用力差产生支撑力，在外界压力作用下实现伸展和压缩。目前，气撑杆已经广泛应用在汽车、家具、医疗设备等行业。气撑杆具有可靠性高、布置简单、成本低等优势，是一种常用的汽车背门、前舱盖开启支撑机构。

1 气撑杆结构及工作原理

1.1 气撑杆结构

气撑杆主要由球头、活塞杆、导向件、活塞、缸筒等组成，其结构如图1 所示。在密封的缸筒内充入高压气体，活塞两侧的气体压强相等，利用活塞两侧缸筒有杆腔与无杆腔的截面积差，使得高压气体对活塞产生一个输出推力，其工作原理如图2所示[1]。

1.2 阻尼结构

为防止背门开启速度过快导致用户与汽车背门磕碰，同时避免背门开启最终阶段产生惯性冲击导致车辆晃动，气撑杆需要增加阻尼结构，以控制背门的开启速度，保证背门打开至最大开启位置时速度缓慢降低，减少冲击。目前气撑杆的阻尼结构主要有定阻尼和变阻尼两种结构，如图3所示。

图1 气撑杆结构

图2 气撑杆工作原理示意图

图3 气撑杆阻尼结构

阻尼结构只在气撑杆伸展阶段对气撑杆活塞产生阻尼作用，而在压缩阶段，活塞的密封垫由于缸筒内壁的摩擦作用向有杆腔方向移动，导致活塞两侧有杆腔和无杆腔之间的气流通道变宽，此时气体通过量较大，阻尼结构产生的阻尼力很小。因此，背门在关闭过程中气撑杆产生的气流噪声较小，而背门在开启过程中气体通过活塞的量较小，气体阻尼大，产生较大的气流噪声。

定阻尼气撑杆在伸展初始阶段为气体阻尼阶段，高压气体通过活塞上的阻尼孔只能产生固定的阻尼力；在伸展末段为液体阻尼阶段，液压油通过阻尼孔产生突然变大的阻尼力，来减轻背门对车身的冲击。变阻尼气撑杆的缸筒内壁有变截面的拉槽，一般在撑杆伸展方向拉槽截面积逐渐减小，当撑杆伸展时，高压气体通过截面积减小的拉槽，会产生逐渐变大的阻尼力，使得背门逐渐打开至最大开启位置。

1.3 力—位移特性

变阻尼气撑杆能够在背门开启时起到更好的缓冲效果，定阻尼气撑杆和变阻尼气撑杆的力—位移特性曲线如图4所示[2]。

图4 力特性曲线

目前变阻尼气撑杆技术已经非常成熟，其在背门开启速度优化、缓冲等方面有显著优势，且成本与定阻尼气撑杆基本相当。因此，变阻尼气撑杆已在汽车背门、前舱盖、行李箱盖等举升系统中得到广泛应用。

2 背门受力分析

目前市场上，乘用车的背门气撑杆的布置以翻转式布置方式为主，本文主要对翻转式气撑杆的力矩进行分析。在整车坐标系中，气撑杆的布置在Y轴方向的投影如图5所示，假设背门在关闭状态下与竖直方向的夹角为α0，背门重心G坐标为（XG，YG，ZG），背门铰链中心 O（X0，Y0，Z0），气撑杆车身安装点O1（X1，Y1，Z1），气撑杆背门安装点O2（X2，Y2，Z2），开门位置（XOPEN，YOPEN，ZOPEN），关门位

置（XCLOSE，YCLOSE，ZCLOSE）。