汽車橫拉式車門外手柄設(shè)計(jì)

楊如明

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，客戶對(duì)整車的開關(guān)性能要求也越來越高。一旦車門在客戶使用過程中無法正常打開與關(guān)閉，不僅會(huì)影響客戶的駕駛體驗(yàn)，而且會(huì)給產(chǎn)品以及品牌形象帶來不可預(yù)期的負(fù)面影響，所以用于開啟車門的外手柄就顯得尤為重要。目前外手柄設(shè)計(jì)一般都是由主機(jī)廠提出要求，供應(yīng)商進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，但這種形式對(duì)主機(jī)廠的技術(shù)積累及前期設(shè)計(jì)問題的規(guī)避無法提供有效的支持，而且每個(gè)供應(yīng)商的設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)過程都不一樣，無法保證產(chǎn)品的一致性。因此，文章在總結(jié)了多個(gè)車型車門外手柄設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)標(biāo)及實(shí)例分析對(duì)車門外手柄的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了較為系統(tǒng)的闡述，以得出影響橫拉式外手柄功能的關(guān)鍵因素，使主機(jī)廠能夠最大限度地保證外手柄設(shè)計(jì)過程中的一致性。

1 橫拉式外手柄結(jié)構(gòu)

車門外手柄按開啟方式可分為兩大類[1]：

1）橫拉式：橫拉式外手柄具有結(jié)構(gòu)可靠、開啟力直接作用于鎖機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。其強(qiáng)度很好，靜拉力可達(dá)到1 000 N，已成為大多數(shù)車型的首選，如圖1 所示。以某款車型為例，橫拉式外手柄的總成結(jié)構(gòu)，如圖2 所示[2]；外手柄拉手總成又可進(jìn)一步分解，用以裝配無鑰匙進(jìn)入天線，如圖3 所示。

圖1 汽車橫拉式車門外手柄

圖2 某車型外手柄總成爆炸圖

圖3 某車型外手柄拉手總成爆炸圖

2）上掀式：這種類型的把手與車身曲面匹配良好，風(fēng)阻小，但由于受力件一般為塑料材質(zhì)的薄壁結(jié)構(gòu)，所以強(qiáng)度較差，靜拉力強(qiáng)度為600 N。

2 前期分析

進(jìn)行外手柄設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)外手柄CAS（Concept A Surface，汽車初步造型面）進(jìn)行前期分析。此階段需要根據(jù)外手柄CAS 分析其在車身上的位置是否合理，分析CAS 的出模情況，校核手柄的操作空間是否足夠，目的是在造型階段就確保手柄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的邊界條件達(dá)到比較理想的狀態(tài)，這樣能大大降低造型鎖定后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。

2.1 外手柄位置校核

外手柄位置可分為在車門上的位置及在整車上的高度2 個(gè)方面。

外手柄在整車上的高度影響人機(jī)方便性，太高或太低都不方便乘員打開車門。該高度一般由整車進(jìn)行把控，文章也對(duì)標(biāo)了一些車型作為參考（實(shí)車測(cè)量，與真實(shí)值存在一定偏差），如表1 所示。從表1 可以看出，大部分車型外手柄高度在810～990 mm。

表1 汽車外手柄高度實(shí)車對(duì)標(biāo) mm

外手柄在車門上的位置如果確定得不合理，乘員在開關(guān)車門時(shí)就有可能被車門刮傷臉部。經(jīng)相關(guān)計(jì)算，對(duì)于大多數(shù)車型，從外手柄中心到車門窗框的距離（D）小于等于244 mm 可視為滿足要求，如圖4 所示。

圖4 外手柄中心到車門窗框距離示意圖

2.2 操作空間分析

除了手柄在車身上的位置，對(duì)手柄與車門裝配后自身的操作空間也是有要求的。圖5 示出過外手柄中心的截面圖。通過對(duì)標(biāo)，圖5 a 中X 值一般在100 mm，最小不能小于80 mm；Y 值最小為26 mm；圖5b 中Z 值需大于80 mm。

圖5 過外手柄中心的截面圖

2.3 造型面出模情況分析

確定了手柄的位置和操作空間后，還要根據(jù)最新的造型面分析出模的情況。一般外手柄無皮紋要求，拔模斜度在3°以上即可滿足出模要求。圖6 示出汽車外手柄拔模分析顯示界面，粉色為拔模斜度大于3°的區(qū)域，此區(qū)域的邊界如能很好地隱藏分模線，則證明CAS滿足出模要求，否則需要反饋造型師調(diào)整CAS。

圖6 汽車外手柄拔模分析顯示界面

2.4 外凸分析

為滿足外凸法規(guī)，還需要進(jìn)行外手柄的外凸分析?！禛B 11566—2009 汽車外部凸出物》要求車門外手柄的凸出高度不應(yīng)超過40 mm，分析方法為：直徑100 mm的圓沿外板滾過外手柄表面，通過首末圓心做一條直線，從距該直線最遠(yuǎn)的圓心點(diǎn)向該直線引垂線，垂線段的長度即為外手柄的凸出高度[3]。如圖7 所示，該車型按此種方法得出的高度值為33.7 mm，滿足要求。

圖7 橫拉式車門外手柄外凸校核

前期分析滿足后，即可進(jìn)行外手柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 外開連接形式

外手柄的功能是實(shí)現(xiàn)車門的外部開啟，外手柄與鎖體之間可通過拉桿或拉絲連接，采用何種形式的連接與鎖體和手柄的相對(duì)布置位置有關(guān)，一般以拉桿連接居多。布置時(shí)需考慮空間和碰撞因素，拉絲連接對(duì)碰撞有利，拉桿連接則需要進(jìn)行更深入的確認(rèn)，包括CAE分析和碰撞試驗(yàn)。

左前外手柄還需要進(jìn)行鎖芯拉桿的布置。鎖芯與鎖體的連接分為拉桿和直插式，也與鎖體和手柄的相對(duì)布置位置有關(guān)，同樣需考慮碰撞因素。圖8 示出鎖芯直插式和外開拉絲連接，圖9 示出拉桿連接。

圖8 車門左前外手柄鎖芯直插式及外開拉絲連接

圖9 車門左前外手柄鎖芯拉桿式及外開拉桿式

3.2 行程和力值匹配

確定了拉桿或拉絲連接方式后，即開始進(jìn)行行程和力值的分析。外手柄的行程需根據(jù)鎖體的行程確定，其行程應(yīng)大于鎖體的有效開啟行程，小于鎖體的最大行程。一般情況下，外手柄行程在16～22 mm，開啟角度在6～10°。外手柄扭簧力值則是根據(jù)整個(gè)車門系統(tǒng)的開啟力值（鎖體外開啟力、膠條反力等）確定，一般初始設(shè)定應(yīng)在35 N 左右，最終需保證整個(gè)車門系統(tǒng)的開啟力在65 N 左右（不同級(jí)別車型的要求可能不同）。圖10示出某款鎖體行程值，表2 示出各車型外開力值實(shí)測(cè)對(duì)標(biāo)，其中，中控處于開鎖狀態(tài)，力值測(cè)量位置為距轉(zhuǎn)軸140 mm。

圖10 某款車門鎖開啟行程尺寸示意圖

表2 各車型外手柄外開力值對(duì)標(biāo)

3.3 轉(zhuǎn)軸位置驗(yàn)證

手柄行程和力值確定后，就要初步確定外手柄轉(zhuǎn)軸，對(duì)轉(zhuǎn)軸位置進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，保證行程和力值都處在合理的區(qū)間。這個(gè)過程一般需要重復(fù)多次。橫拉式外手柄有拉手柄本體旋轉(zhuǎn)軸及配重塊旋轉(zhuǎn)軸2 個(gè)轉(zhuǎn)軸。外手柄工作時(shí)，先拉動(dòng)外手柄本體使其繞軸旋轉(zhuǎn)，再由拉手柄本體帶動(dòng)配重塊旋轉(zhuǎn)，二者需相互協(xié)調(diào)，如圖11 所示。

圖11 車門外手柄旋轉(zhuǎn)示意圖

3.4 詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以上3 項(xiàng)工作完成后，主機(jī)廠的設(shè)計(jì)工作就告一段落，一般這個(gè)階段供應(yīng)商已經(jīng)定標(biāo)完成，接下來會(huì)將分析結(jié)果與外手柄供應(yīng)商共享，由供應(yīng)商進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

文章通過梳理車門外手柄的設(shè)計(jì)流程，主要研究了橫拉式外手柄設(shè)計(jì)中需考慮的關(guān)鍵要素，尤其提出了行程匹配與開啟力值對(duì)外手柄操作舒適性的影響，從而更加完善了橫拉式外手柄的設(shè)計(jì)理論，希望能為外手柄的設(shè)計(jì)提供參考。