基于新能源平台的隐藏式车门把手应用研究

凌黄宝 张剑平 覃海泉

关键词：新能源；隐藏式；门把手；失效模式

1引言

随着新能源汽车研发技术的不断提升，汽车市场竞争越来越激烈，低成本低能耗将是未来新能源市场竞争的主旋律。汽车车门把手是作为用户上车最先接触的部分，是车门锁系统最重要的组成部分。研究表明，隐藏式车门把手结构相比传统门把手降低了3%的迎风面积，能够有效降低新能源汽车高速工况的能耗。同时隐藏式门把手能够提升外观感受，给用户更加高级、智能的操作体验[1]。因此本文以某车型门把手开发为载体，对隐藏式车门把手设计要素和潜在缺陷进行研究。

2常见的结构形式

隐藏式门把手是一种隐藏在车门钣金内部，从外面看上去门把手与车门是一个平面的门把手结构形式，早期多应用于超跑的高级配置。随着技术日趋成熟，配置车型定位在不断下沉普及，目前国内自主电动车不断应用隐藏把手。当用户携带遥控钥匙靠近车门时，把手自动旋转至预开启位置出，用户拉开把手，带动拉索拉开门锁[2]。市场上主流隐藏把手形式为旋转式、平出式和微动开关式三种。因技术成熟度相当，使用比例相当。

2.1旋转式

也称为“杠杆式”，用户在开门的时候，需要用手按住门把手的一端，然后将把手绕着旋转轴旋转，使另一端翘起来。通过拉动翘起一端的把手，用户可以解锁车门上的拉锁。这种开门方式适用于多种车型，包括兰博基尼Huracan、特斯拉Model3和长安UNI-T等（图1）。

这种把手的设计相对简单，操作起来非常平顺。然而，它也存在一些缺点。首先，弹出部分只有一侧，这意味着在开门时只能使用把手的一侧进行操作。这可能会对使用者造成一些不便。其次，由于把手是通过旋转轴连接的，其刚性感稍弱。这意味着在使用过程中，把手可能会有一些松动的感觉。最后，由于把手的设计相对较小，人机操作空间相对较小，使用者可能需要适应一段时间才能熟练地使用。

2.2平推式

用户在开门时，可以通过遥控钥匙或者感应解锁的方式，当车辆处于通电解锁状态时，车门把手会通过内部的电机驱动顶出。而在锁车时，电机会将把手收回。这种开门方式适用于特斯拉ModelS、路虎星脉和比亚迪海豹等车型（图2）。

相比之前提到的简单把手设计，这种把手具有更好的外观匹配性。它可以更好地搭配车辆的造型，营造出高级感和仪式感。当用户使用遥控钥匙或者感应解锁时，这种把手的自动顶出动作给人一种便捷而独特的体验。然而，这种把手的设计对周边系统的要求较高。它需要车辆具备通电解锁功能，并且需要內部电机来驱动把手的顶出和收回动作。因此，在设计车辆时需要考虑电子系统和电动驱动的安装和集成。这可能增加了车辆的制造成本和复杂性。

2.3微动式

此类把手设计在外观上保留了把手窝，用户在开门时只需将手伸入把手窝内，按下微动开关即可打开车门（图3）。相比之前提到的设计，这种把手的成本较低，并且受极端气候的影响较小。

但是这种把手的外观一致性稍差，从外观上面没有真正实现“隐藏”的效果，无法实现与车辆造型的完美融合，可能会对整体外观产生一定的影响。此外，由于把手机构设计相对简单，没有其他功能组件的加入，这种把手也无法实现更多人机交互的功能和场景。因此，在用户体验上可能有一些限制。

3设计分析

本案例是设计一款纯电轿车的隐藏式车门把手，从用户需求角度分析，用户期望主流的隐藏把手结构，能够给产品带来科技感和未来感提升，给用户打造上车的仪式感体验，因此本案例选用平推式隐藏门把手作为开发要求。

3.1布置分析

平推式隐藏把手具体结构和工作原理如图4所示。整套系统由手柄、底座、驱动电机、电容触摸开关、位置信号开关和线束等组成。相比传统门把手结构，隐藏式车门外开把手增加手柄开启驱动电机及2个位置信号开关等零件[3]。

当隐藏式把手处于关闭状态时，外露把手结构需完全内收，故A面到结构根部的Y向距离尺寸大于传统外露式把手，此为影响布置的主要因素（图5）。隐藏式把手集成了电机，故X向尺寸（电机横置方式）或Z向尺寸（电机纵置方式）大于传统外露式把手，此为影响布置的次要因素。

3.2性能分析

隐藏式把手作为功能附件承载着用户从外观评价到上车体验的关键环节，其操作体验直接影响用户的购车意愿，因此对外观感知、人机、操作便利性、可靠性、耐久性、耐候性（高低温）、光老化和冲击强度等方面性能都有较高要求。考虑到隐藏把手的关键特性是高级外观、迎宾体验、操作便利，因此外观感知、操作力、耐久性、耐候性性能是影响产品品质的关键因素，在开发过程中需要重点管控，具体标准和要求如表1所示。

3.3结构仿真分析

该隐藏式把手主要受力件是把手基座和把手本体，因此在实际选择材料时，需要考虑到受力件、材料的可实用性等诸多条件。经过对比材料库最后确定选用PA6+GF30%（尼龙6+30%玻纤）作为材料，在完成结构设计后开展材料力学的CAE仿真分析，要求最大应力值小于许用应力值[4]，CAE分析结果如图6和图7所示。

3.4电控原理

在无钥匙进入开关触发后，BCM发送门锁解锁信号的同时，也给外开把手发送手柄电动开启信号，而外开把手的手柄位置信号也反馈给BCM。解闭锁信号由BCM采集，电机控制及开关信号采集由门控模块进行。门把手控制原理如图8所示。

4潜在失效模式

通过与各隐藏把手厂商交流以及在市场客户抱怨、加上实车体验，对隐藏把手的潜在失效分析，总结了以下关键5项失效模式。其中包含了破冰要求、把手整体安装稳定性、电机热保护、把手作动失效等主要影响感官品质的失效问题。

4.1破冰力不足的问题

目前可应对的最大的摆出力反力为200N（行业普遍定义为100～200N），在我国东北低温地区还是存在无法电动开启的风险，在冰面比较厚时，需先进行人工清除处理，手动开启。在开发过程的对策是加强电机一致性管控，明确定义破冰力要求。

4.2噪声大的问题

平推式隐藏把手依靠电机驱动，在工作时由电机驱动顶出车门把手，主要噪音来源是电机噪音和结构运动摩擦噪音。部分供应商电机噪音达到80dB，容易引起客户抱怨。在开发过程的对策是选用低噪音电机，指定噪音要求低于60dB，同时要求机械活动部位涂抹润滑油。

4.3装调困难的问题

隐藏式把手比较复杂，整个周圈都需要与钣金进行匹配，间隙面差要求高，线上装配调整困难，损耗工时人力比较大。在开发过程的对策是开发把手自带螺母调节器，钣金及零部件做好精度管控，组织工人专项培训等[5]。

4.4电动失效的问题

某车型车主反馈门把手电动失效，不能弹出，主要原因是马达外部的齿轮润滑油进入到马达内部，导致电刷短路，电机烧毁。在开发过程的对策是在马达容易进油处，加装一个盖子进行密封，同时注意选用带热保护的电机。

4.5气密性不佳的问题

隐藏式把手需预留漏液孔，所以整车气密性相对常规把手相差比较大（常规把手为4scfm，隐藏式把手为10scfm）。在开发过程的对策是把手底座与钣金搭接部位进行橡胶件二次注塑，漏液孔增加密封堵盖，把手气密性可达6scfm/车。

5结束语

隐藏式车门把手作为汽车技术发展的新兴产物，能够给用户带来更多的科技感、仪式感而被越来越多的厂家选用。本文介绍了其中一种平推式隐藏把手的设计要求和验证标准，分析总结了该系统潜在失效模式和管控思路，目前该系统已经在具体车型项目上开发应用，实践证明该系统用户体验好，随着各大供应商技术配套日趋成熟，未来可以在更多车型推广应用。