浅谈车门外把手开启力的设计与计算

金云光，丁光学，朱伟

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅谈车门外把手开启力的设计与计算

金云光，丁光学，朱伟

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章将终端主观感受——车门开启手感轻重，转化成车门系统性能指标——车门外把手开启力；深入解析通过车门开把手开锁的动作过程和力学（力矩）传递，详细阐述了车门外把手开启力的计算原理和方法；建立了车门外把手开启力的计算模型，在该计算模型中，可基于车门外把手开启力的性能指标进行参数化驱动正向设计。

车门外把手开启力；力学传递；计算模型

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-10-03

引言

车门外把手是汽车车门一个重要的部件，为车门上使用频次最多，用户感受最多的一个部件。

终端用户对车门外把手的感受包括视觉审美、操作方便性、力学手感等各个维度。

对车门外把手的设计，不仅保证车门外把手基本功能的实现，还要根据终端用户对车门外把手的主观感受需求进行车门外把手的性能设计，其中车门外把手的开启力是一项最基本的性能要求，针对车门外把手的使用特性，把手开启力须在一定合理范围内，否则影响车门把手的使用手感。

对于车门外把手的布置、设计与计算，如何设定的车门外把手的参数，保证车门外把手上开启力指标的准确高效地达成，成为车门外把手设计开发过程的一个重要的课题。

本文依据车门外把手开启力性能要求、基于开启过程的解析、建立了车门外把手开启力计算模型，确保在设计阶段、通过输入参数变量、准确高效地输出其性能指标。

1、车门外把手及锁系统

车门锁系统包括锁体总成、锁扣总成、内外把手总成、锁芯总成、门锁联动装置门锁系统的工作过程，在解锁止状态下，拉动外把手（内把手）拉手，通过拉杆（内开拉索），带动锁体外开摇臂，促使锁体内锁舌转动以脱离锁扣，完成车门的开启。

图1 车门锁系统示意图

2、性能要求

根据企业标准Q/JQ 6113外把手的操作力为35N～75N；当外把手总成安装在车门或者工装夹具上时，其边缘处的操作力在10N-30N之间（未加载状态下，测量位置模拟实际操作位置设定：60）。

3、原理解析

车门外把手主要包括把手手柄、把手基座，外把手基座上配有联轴器，其包含配重块、扭簧等。通过车门外把手开锁过程为手动拉动车门外把手手柄、把手手柄绕其轴线A-B旋转运动、通过手柄挂钩拉动把手基座联轴器（D点为作用位置）、把手基座联轴器绕其轴线E-F旋转运动，通过联轴器上外开拉杆安装孔带动外开拉杆向下运动（H点为作用位置）、外开拉杆带动车门锁体上的外开摆臂绕其轴线作旋转运动，当车门锁体外开摆臂绕其轴线运动达到车门锁体有效开启行程，车门锁体锁扣啮合则会开启。

通过车门外把手开启门锁过程，其作用力的传递路径为把手手柄-把手基座联轴器-外开拉杆-车门锁体外开摆臂；当把手开启力与上述作用反力达到力矩平衡，车门锁体则会开启。

图2 车门外把手开启过程示意图

图3 车门外开拉杆受力 平衡示意图

（1）外开摆臂及外开拉杆受力分析

外开锁杆自身重力，由于在下压过程中，平衡块不承担支撑锁杆重量，锁杆重量全部传递到锁机构开启臂的开启点上。设定锁杆重量为m3，其重力为m3g；

当锁机构开启臂开启力达到一定值时，开启臂突破锁机构翻转点，锁被开启，以D-21锁为例，该锁翻转角为θ=15.56 °开启时的操作力约为10N。就是说，开启时对该锁施加的操作力逐渐增加到F1=10N时，锁机构将翻转开启。设计计算时将以θ和F1作为基本开启条件建立计算关系。

（2）平衡块的受力分析

a外开拉杆作用反力力矩计算

平衡块旋转时，外开锁杆对其的阻力为F2。

来自平衡块旋转产生的向下压力分析计算（平衡块旋转时，外开锁杆对其的阻止力）：

HH1是过H点的铅垂线，过H作直线EF的法平面π1交EF于H0，过H、E、F三点作平面π2，过H作平面π2法线HH2，HH2与HH1夹角α1；过H0作H0H3⊥H3H2，HH2与HH0夹角为α2。

图4 联轴器上外开拉杆作用力矩示意图

图5 联轴器上平衡块重力作用 力矩示意图

H0H3是有效转矩的力臂为：HH0*SINα2

外开拉杆对联轴器的有效作用反力为：F2/CONα1

外开拉杆对把手基座联轴器作用反力形成力矩为：

b配重块重力力矩计算

GG1是过G点的铅垂线，；过G作直线EF的法平面π3交EF于G0，GG2是GG1在该平面π3内投影;过G0点作G0G3⊥GG2的于G3，G0G3为有效重力臂。GG3与G0G3之间夹角α4.

有效重力=m2*g*CONα3

有效重力臂G0G3=G0G*CONα4；

平衡块自身重力产生的有效重力矩：

c联轴器摩擦力矩

平衡块旋转时阻力矩在输入时定义为A3，是一个具体值。

d联轴器扭簧阻力力矩

扭簧的阻力矩定义为A4，它在工作过程中按一定规律变化，是一个规律变化值。

e把手手柄对联轴器的有效作用力矩

D是平衡块球头球心；D在直线EF的投影D3，过D、E、F三点做平面π4，过D作π4的法线DD1，DD1则是把手柄推动平衡块旋转的有效力臂方向，过D、A、B三点做平面π5，过D作平面π5的法线DD2，DD2是把手柄推动平衡块旋转的有效力臂方向，DD0是把手柄旋转的有效力臂，∠D1DD2=α9。

当把手柄的旋转作用力为F3时，则平衡块获得把手柄传来的有效力矩：

（3）把手柄的受力分析

a车门外把手重力矩

CC1是过C点的铅垂线；过C作直线AB的法平面π7交AB于C0，该平面方程由AB两点向量及C点坐标计算获得，过C作A、B、C三点的法平面π8，过C作C2C垂直于π8，则C2C为把手柄重力产生转矩有效力方向，∠CC1C2=α5。

CC1是把手柄重力方向，CC2是作用在以AB为旋转轴上的有效旋转力方向，C0C是有效旋转力的力臂。C0C通过点C到直线AB距离求得。

图6 外把手手柄上联轴器作用力矩示意图

图7 车门外把手手柄开启 力作用力矩示意图

把手柄作用在以AB为旋转轴上的有效重力矩：

内倾是负值，外倾是正值。

b把手柄旋转时的摩擦阻力

把手柄旋转时阻力矩在输入时定义为A7，是一个具体值。

c作用在把手柄开启力

过K作直线AB的法平面π9交AB于K0，该平面方程由直线AB的向量和D点坐标求得，过A、B、K三点作平面π10，该平面方程由A、B、D点坐标求得，过K点作直线KK1垂直于π10。

KK1是把手柄操作力方向。

KK0是把手柄操作力力臂。

当把手柄开启操作力为F0时，把手柄开启力有效转矩：

（1）综合计算

车门把手手柄上的开启力与传递路径上的作用反力达成力矩平衡后，车门锁体开启。

4、计算模型建立

依据上述原理解析，输入相应的几何尺寸参数、门锁体的解锁力、扭簧的扭矩、影响零部件重量、摩擦力矩，可精确地计算车门外把手的开启力。

事实上，把手基座联轴器和把手手柄的摩擦力矩很难准确的获取；原理解析中力臂的角度和作用力的角度对车门外把手开启力影响比例较小；把手基座联轴器、外开拉杆、把手手柄的重力对车门外把手开启力的影响比例也较小。

图8 车门外把手开启力计算模型示意图

一般情况，可根据实际测试结果或相应的经验数据，采用作用力传递效率替上述上述三个方面的因素（摩擦力矩、作用力及力臂角度和零部件重量），建立简化的外把手开启力计算模型。

在该计算模型中，输入相关的参数，例如车门锁体的解锁力、扭簧的扭矩、结构几何尺寸，便可输出车门外把手的开启力。在设计阶段，可基于车门外把手开启力的性能指标对模型上几何参数变量（结构尺寸）和物理参数变量（解锁力、弹簧扭矩等）进行布置设计和设定，做到外把手开启力性能的参数化驱动的正向设计。

5、结束语

顾客购车欲望一定程度上来源于对车门系统的主观感受，车门系统设计开发的一项主要工作为，量化成车门系统的设计指标，以车门系统性能指标驱动车门系统的结构设计，包括设计布置与零部件的设计，保证车门系统性能满足市场顾客需求。

车门开启手感轻重，是用户使用感受中重要的一部分。本文将终端主观感受——车门开启手感轻重，转化成车门系统性能指标——车门外把手开启力；深入解析通过车门开把手开锁的动作过程和力学（力矩）传递，详细阐述了车门外把手开启力的计算原理和方法；建立了车门外把手开启力的计算模型，在该计算模型中，可基于车门外把手开启力的性能指标进行参数化驱动正向设计。

车门外把手开启力驱动的参数化正向设计模型，将性能指标（外把手开启力）的开发工作真正提前到设计阶段，具有广泛的推广意义。

[1] 黄金陵.汽车车身设计.机械工业出版设计.2007.

[2] 周旭坤.汽车门锁系统的设计基础.兵器工业出版设计.2015.

[3] 林忠钦;汽车车身制造质量控制技术 [D]：出版社：机械工业出版社.

[4] GB5847-2004-T尺寸链计算方法.

The Design and calculation of release force for automobile outside Handel

Jin Yunguang, Ding Guangxue, Zhu Wei
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, the feeling to unlock the door is translated the index-the release force of outside handle; the transfer of force and torque and procedure of outside handle is pointed, the calculation of release force is specified; the formula to calculate the release force of outside handle is established.

release force of outside handle; transfer of force and torque; formula to calculate

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-10-03

金云光，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.004