F型隱藏式門把手控制與潛在失效模式

沈頌陽

摘要：針對電動汽車隱藏式車門把手在執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)工作的條件下，提出可行BCM控制方案。研究表明在開啟控制采用串聯(lián)，關(guān)閉時采用并聯(lián)控制思路以及加設(shè)堵轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，能夠很好控制隱藏式把手工作循環(huán)狀態(tài)。并介紹了再具體實車匹配中發(fā)現(xiàn)的諸多問題并給出解決方案。

Abstract： According to the flush handle of electric automobile， the condition of the rotatory actuator， the feasible control scheme of BCM is raised. This study shows that opening system of handle uses cascade control ， closing system of handle uses parallel circuits， and adding the structure of Lock rotor， which keep the control system of rotatory flush Handle well. Meanwhile， during real vehicle matching， we found some problem and provide lots of solution.

關(guān)鍵詞：控制方案;工作原理;隱藏式把手潛在失效模式

Key words： control scheme;operating principle;D-FEMA of flush handle

0? 引言

當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，市場競爭日益激烈，呈現(xiàn)出高科技和高規(guī)模特征。隱藏式把手研發(fā)應(yīng)用，成為在汽車外飾新技術(shù)中佼佼者，如奔馳、特斯拉、路虎、蔚來等先后推出不同類型汽車隱藏式把手。

本文以隱藏式把手為載體進(jìn)行介紹。在設(shè)計功能模塊，會詳細(xì)介紹控制思路;機械開啟結(jié)構(gòu)原理及鈑金安裝方案，潛在失效風(fēng)險并給出相應(yīng)分析對策等。

1? F型隱藏式把手控制方案

1.1 F型隱藏式把手控制策略

目前隱藏式把手都有一個相似功能，當(dāng)用戶攜帶遙控鑰匙靠近車門時，把手自動旋轉(zhuǎn)至預(yù)開啟位置出，用戶拉開把手，帶動拉索拉開門鎖。實現(xiàn)這功能就需把手電氣線路與BCM控制端口相連。

考慮到BCM端控制點只有2個，為保證四門把手開啟一致性，把手觸發(fā)開關(guān)設(shè)計成8個，每門2個，如圖1所示。

在把手從預(yù)開啟位置開啟時，四門把手信號接PIN5開關(guān)串聯(lián)，即當(dāng)四門把手開啟信號都產(chǎn)生時，才會觸發(fā)BCM S1開關(guān)，以保持四門開啟時間從理論上一致。在把手從開啟位置關(guān)閉時，假定從開啟相同位置關(guān)閉，因此四門把手分別接PIN6開關(guān)并聯(lián)連接，觸發(fā)BCM S2開關(guān)后，執(zhí)行器得電并同時進(jìn)行關(guān)閉動作。

在把手運行過程中，采用執(zhí)行器通過花鍵軸帶動組合式凸輪旋轉(zhuǎn)，組合式凸輪與兩個微動開關(guān)電控配合控制方式。

閉合過程：當(dāng)8個開關(guān)都處于接通狀態(tài)。電機收到關(guān)閉信號后開始反轉(zhuǎn)，把手本體通過開始回位，如圖2所示。

如圖3所示，電機反轉(zhuǎn)后，PIN5開關(guān)陸續(xù)斷開，只要1個PIN5斷開，S1就斷開，此時PIN6和S2都還在接通狀態(tài)，電機繼續(xù)反轉(zhuǎn)。

把手處于關(guān)閉位置如圖4，此時開關(guān)PIN6依次斷開，但是只要有1個PIN6接通，S2依然接通，直到所有PIN6都斷開，此時S2才斷開。BCM收到S1、S2開關(guān)全部斷開信號，電機反轉(zhuǎn)停止。

開啟過程：如圖4所示，把手處于關(guān)閉位置，8個開關(guān)都處于斷開狀態(tài)。電機收到開啟信號后開始轉(zhuǎn)動并驅(qū)動把手打開。

如圖3所示，電機啟動后，PIN6開關(guān)依次接通，只需任意1個PIN6開關(guān)接通，BCM S2開關(guān)即刻接通，此時PIN5開關(guān)，S1開關(guān)依然斷開，電機依然轉(zhuǎn)動。

把手處于打開位置，PIN5開始陸續(xù)接通，此時，只要1個PIN5沒接通，S1就沒有接通，電機依然轉(zhuǎn)動，直到所有PIN5都接通，S1才接通，BCM收到S1、S2開關(guān)全部接通信號，電機停轉(zhuǎn)。因而開啟/關(guān)閉過程其BCM控制開關(guān)電位曲線，如圖5和圖6所示。

1.2 控制策略應(yīng)用性補償

執(zhí)行器選用三級減速機構(gòu)及馬步奇扁平型電機。適用范圍-20℃至70℃，且扭矩會隨著電流、溫度和轉(zhuǎn)速變化而不同，如圖7所示。在實際轉(zhuǎn)動過程中，會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。即再次啟動時，從動件初始角度不一致，導(dǎo)致把手開啟及關(guān)閉時間不一致。我們采用堵轉(zhuǎn)限位塊，可采用TPEE材料，限制每一次堵轉(zhuǎn)角度，從機械結(jié)構(gòu)彌補初始角度問題。也可添加控制盒以調(diào)整BWM波形中占空比和四門把手運行。

2? F型隱藏式把手機械開啟原理

2.1 機械開啟結(jié)構(gòu)

F型隱藏式把手機械開啟結(jié)構(gòu)主要包含3個構(gòu)件：①扭力彈簧;②平衡塊;③把手本體。其開啟順序為，先按下把手A面尾端，通過轉(zhuǎn)軸，使把手握柄打開，繼而拉開把手。把手復(fù)位是通過平衡塊彈簧形變恢復(fù)，從而帶動把手復(fù)位。

2.2 外鈑金安裝方案

目前隱藏式把手與車門鈑金間常采用裝配方式有螺栓連接、卡扣以及螺栓與卡扣相結(jié)合方式。為了保持車門外板美觀一致性，這些螺栓或者卡扣等都與車門加強板進(jìn)行連接，而車門加強板與車門外鈑金連接常采用膨脹膠或結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行連接，以達(dá)到支撐和固定作用，且不在外板留下印痕。

本次車門鈑金厚度為0.65mm，在較大外力下易變形。因此在安裝時，我們建議將其安裝在車門加強板上。在車門內(nèi)鈑金開孔以便于把手安裝。需遵循原則是：①盡可能把安裝點設(shè)在無需開孔位置。②開孔時，兩個相鄰的孔，孔邊到另一孔邊最短距離，不得小于料厚的1.5倍。③優(yōu)先選擇面開孔，以減少加工難度。

如圖8所示，內(nèi)板開孔方式，選擇120°三角形布局，及三個螺栓緊固方式進(jìn)行安裝。其中兩個孔選擇小平面開設(shè)，其余一個位置可不開孔。

選用Z型公差調(diào)節(jié)器。主要由調(diào)節(jié)器支架、支架螺母、公差吸收器和M6螺栓組成。

在實際裝配時，先把公差吸收器預(yù)裝在把手上，通過隱藏式把手預(yù)定位將M6螺栓導(dǎo)向部對準(zhǔn)車門加強鈑金內(nèi)，順時針旋轉(zhuǎn)時，帶動與之間隙配合公差吸收器旋轉(zhuǎn)，待公差吸收器頂住加強鈑金后停轉(zhuǎn)，此時M6螺栓繼續(xù)旋進(jìn)，直至旋緊。如圖9所示。

3? 潛在失效模式及解決方案

3.1 耐久實驗問題

耐久試驗是評價把手整體功能重要指標(biāo)。主要實驗內(nèi)容進(jìn)行55000次機械耐久和55000次電開啟耐久試驗。

在機械耐久中，發(fā)現(xiàn)在45000次時，把手開啟有尖銳異響，會對用戶帶來不良使用體驗。在排查異響點時，開啟過程中把手本體側(cè)表面與基座之間產(chǎn)生微量摩擦，又因為把手本體采用PA6-GF50材料，基座采用PBT-GF30材料，兩者材料都較為硬，長時間反復(fù)工作，易產(chǎn)生噪音。

通過手工樣件制作分析，增加材料為POM護(hù)套結(jié)構(gòu)，因POM有自潤滑性可有效避免異響。

在電開啟耐久中，發(fā)現(xiàn)在38000次至50000次之間凸輪與微動開關(guān)觸點有過度磨損現(xiàn)象。分析微動開關(guān)觸點采用PA66材料，而凸輪接觸面是鋅合金材料，因此磨損較大。而采用POM包塑形式凸輪降低磨損。

3.2 隱藏式把手與鈑金間隙面差匹配問題

在車門安裝時我們發(fā)現(xiàn)完成三個螺栓安裝，取下預(yù)裝護(hù)套后，把手與車門板邊成一定角度且間隙不均。經(jīng)分析后，發(fā)現(xiàn)把手與基座緊靠一個轉(zhuǎn)軸和對應(yīng)轉(zhuǎn)軸面相連接，實際裝配時，由于有把手預(yù)裝護(hù)套，因而目視平整，待取下預(yù)裝護(hù)套后，把手與基座間易產(chǎn)生彈性變形消失，即發(fā)生把手與板筋間間隙不均現(xiàn)象。

主要問題點在于消除把手與基座間所產(chǎn)生彈性變形。我們采用一個固定器結(jié)構(gòu)，將離轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)把手與基座相對固定，將總成視為剛體，以便于裝配。

3.3 把手功能端失效問題

把手實際運行是以電開啟為主，在緊急開啟時機械開啟才被使用。因此執(zhí)行器穩(wěn)定輸出成為關(guān)鍵。但執(zhí)行器做高溫試驗時，發(fā)現(xiàn)在溫度為60-80攝氏度時，會出現(xiàn)異響。

進(jìn)一步試驗后，發(fā)現(xiàn)電機是以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子，通電工作時產(chǎn)生磁場，與定子間進(jìn)行有規(guī)律徑向運動，同時也包含輕微軸向竄動。在60-80℃高溫下，通電后釹鐵硼產(chǎn)生磁場因高溫而減弱，輕微軸向竄動會加大。執(zhí)行器電機軸，在軸向定位是以金屬擋片構(gòu)成，故異響來源是電機輸出金屬軸與定位擋片發(fā)生碰撞音?？蓪⒍ㄎ粨跗鼡Q為高分子材料，以減少因撞擊而產(chǎn)生噪音。

4? 結(jié)論

隱藏式把手作為一種汽車外飾件新興技術(shù)已經(jīng)逐漸運用起來，隨著汽車設(shè)計水平與生產(chǎn)工藝的不斷提升，也逐漸成為汽車把手主流，給用戶使用帶來更多體驗。目前本文中所討論F型隱藏式把手已經(jīng)通過廠家實際檢驗，得到廣泛應(yīng)用。

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