電動鷗翼門系統(tǒng)設計開發(fā)及控制

摘 要：電動鷗翼門是一套由多個運動副組成的復雜運動機構，同時涉及車門的結(jié)構、運動軌跡、車門的密封、環(huán)境智能探測、ECU控制、零件的裝配定位以及公差尺寸控制等多系統(tǒng)多領域的協(xié)調(diào)合作，最終確保電動鷗翼門開閉功能的安全可靠。本電動鷗翼門系統(tǒng)為國內(nèi)首次開發(fā)，經(jīng)過了多輪軟件標定、臺架耐久，實車開閉耐久、24通道振動耐久、綜合耐久路試、冬夏季路試、揚塵試驗以及整車加嚴淋雨試驗等多道嚴苛試驗檢驗確認，最終實現(xiàn)了其國內(nèi)量產(chǎn)首發(fā)的目標。本文主要闡述了電動鷗翼門在設計開發(fā)過程中，如何設定性能目標，如何根據(jù)造型空間約束以及車門結(jié)構特點完成車門子零件系統(tǒng)布置，運動軌跡設定、性能分析、裝配定位，以及軟件控制邏輯的設定。然后基于上述設計，結(jié)合車身雷達、攝像頭等探測器對外界環(huán)境的探測，實現(xiàn)鷗翼門智能避障，安全開閉的設計目標。

關鍵詞：電動鷗翼門 輕量化設計 車門舉升系統(tǒng)

0 概述

電動鷗翼門是一種特殊的車門系統(tǒng)，機構主體由頂翼門和側(cè)門通過兩組鉸鏈和兩組驅(qū)動桿組成，運動組合多，運動軌跡靈活多變，需要通過DMU分析尋優(yōu)，找出符合本車造型布置要求且開閉空間最優(yōu)的運動軌跡。電動鷗翼門的開閉還需結(jié)合整車的安全預警系統(tǒng)以及車門雷達來實現(xiàn)對車輛周圍靜止和移動的物體進行探測，保證開閉過程中不會撞到障礙物或者行駛在車輛周圍的自行車、電動車、汽車等移動障礙物。電動鷗翼門系統(tǒng)屬于一套超復雜的系統(tǒng)，要求工程師需具備系統(tǒng)思維以及跨領域的知識基礎，才能牽頭協(xié)調(diào)各專業(yè)領域共同實現(xiàn)鷗翼門系統(tǒng)的設計開發(fā)以及試驗驗證工作。電動鷗翼門車型的量產(chǎn)上市展示中國車企在汽車設計、智能科技、安全可靠性等領域自主研發(fā)能力，也映射了中國汽車工業(yè)的發(fā)展進步和實力。

1 電動鷗翼門系統(tǒng)開發(fā)目標設定

電動鷗翼門為國內(nèi)首次開發(fā)，無相關性能目標參考，所以前期需要根據(jù)以往車門系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗以及對標車的性能摸底情況來設定相關性能目標。設定性能目標的主要原則：1、優(yōu)于競品特斯拉Model X性能 2、滿足常規(guī)車門的性能要求。

2 電動鷗翼門系統(tǒng)設計開發(fā)

電動鷗翼門系統(tǒng)設計開發(fā)主要涉及以下要點。

2.1 鷗翼門的空間布置

基于開發(fā)車型的造型特征優(yōu)先進行鷗翼門主副鉸鏈以及主副驅(qū)動桿的空間布置，因為人機的頭部空間以及車輛Y向?qū)挾葧绊懼鞲彬?qū)動桿的長度、力值及行程設定。驅(qū)動桿需要根據(jù)前期車門預估的重量重心、車門開度以及鉸鏈布置位置，進行驅(qū)動桿彈簧力值分析、電機扭矩選型，阻尼器大小及行程的設定，最終確定現(xiàn)有布置是否滿足造型、人機的空間以及鷗翼門舉升性能要求。若不滿足需反饋造型和總布置進行造型調(diào)整，此項前期分析工作非常重要。

2.2 鷗翼門的輕量化設計及驅(qū)動桿力值

由于鷗翼門的結(jié)構特點，驅(qū)動桿布置空間通常較為局促，從而限制了驅(qū)動桿的長度和力值大小，外加鷗翼門由于是由頂翼門和側(cè)門組成，重量較大，大大考驗撐桿的彈簧力和彈簧應力設計。所以設計初期必須對車門進行輕量化考慮，車門建議使用鋁材進行減重，部分核心結(jié)構強度件采用鋁壓鑄成型工藝即實現(xiàn)了車門輕量化也保證了車門強度。車門布置盡量選用門模塊減重，內(nèi)飾采用輕量化材料以及將部分車門上安裝的零件轉(zhuǎn)移至車身安裝等方式最終實現(xiàn)車門輕量化的目標。然后根據(jù)驅(qū)動桿及鉸鏈軸的布置位置以及車門輕量化后的重量、重心分析各種坡道工況下車門的重力矩與撐桿的彈簧力矩是否匹配，并據(jù)此進行后續(xù)撐桿樣件的制做和臺架驗證。

2.3 鷗翼門運動軌跡的設定

鷗翼門為雙軸四桿驅(qū)動結(jié)構，所以鷗翼門的頂翼門和側(cè)門運動組合多，運動軌跡也靈活多變，需要通過DMU分析尋優(yōu)，找出符合本車造型布置要求且開閉空間最優(yōu)的運動軌跡。最優(yōu)的運動軌跡需遵循以下3點原則：1、解鎖開門后車門運動軌跡需盡量控制Y向位移量；2、車門運動軌在保持Y向位移量不變的前提條件下，盡量讓Z向開啟到最高；3、通過DMU模擬與轎車、SUV、MPV等不同車型并排放置時的開門包絡，運動軌跡不與其干涉。通過以上DMU不斷方案尋優(yōu)，找出符合本車型最優(yōu)的運動軌跡。

2.4 鷗翼門密封設計及NVH性能

鷗翼門密封系統(tǒng)主要由主密封區(qū)和兩翼（頂翼門與側(cè)門）密封區(qū)組成，包括主密封條，兩翼密封條，玻璃導槽，輔助密封條等，其中主密封和兩翼密封條是創(chuàng)新結(jié)構，開發(fā)難度大，也是行業(yè)難題。主密封條通過采用雙道熱敏膠與車身和飾板粘接，節(jié)省空間和保證密封性，在頂翼區(qū)域增加密封唇邊，在頂翼周圍增加輔助密封條， 提升NVH性能。兩翼密封條由于兩翼有雙向相對運動，密封難度大，通過采用擠出泡管與頂翼門包塑面擠壓密封，通過增加密封條泡管涂層厚度增加其耐磨性以滿足開閉耐久性能要求。在NVH方面我們通過設備檢測確認高速風噪：自主鷗翼門風噪整體水平優(yōu)于Model X，1000Hz以下中低頻段與特斯拉相當，1000Hz以上高頻段明顯優(yōu)于特斯拉；在開關門聲品質(zhì)方面：自主鷗翼門開關門聲品質(zhì)優(yōu)于Model X，開關瞬間無松散感，行駛過程摩擦噪聲較小。

2.5 鷗翼門系統(tǒng)的控制及安全

鷗翼門系統(tǒng)控制策略：當車輛被喚醒，整車在接到鑰匙、車門開關、大屏開關等開門指令后，CCU控制喚醒角雷達和車門雷達對車輛及車門周邊障礙物進行檢測，確認符合安全開門條件后會將開門指令下發(fā)給ZCUT控制器，ZCUT會將開門指令發(fā)給PDM控制器進行驅(qū)動解鎖，然后PDM根據(jù)門鎖信號反饋，確認是否驅(qū)動撐桿開門。在正常開關門過程中，PDM控制器通過采集撐桿的霍爾、電流信號以及防夾條的防夾信號，確認車門是否存在關門夾手以及開門撞到障礙物的情況，并對車門運動方向進行控制調(diào)整。若不符合安全開門條件，則不執(zhí)行電動開門指令。

通過對障礙的場景進行細分，標定優(yōu)化雷達識別能力，最終實現(xiàn)了避障性能遠優(yōu)于Model X。

2.6 鷗翼門系統(tǒng)的裝配定位

鷗翼門相較傳統(tǒng)車門表現(xiàn)為零件多，尺寸鏈長，裝配精度管控難度大，為保證鷗翼門裝配精度，前期需要對尺寸公差進行計算并通過3DCS仿真模型分析來保證滿足整車DTS要求。后期在實際生產(chǎn)制造過程中通過專用輔助工裝以及合理的裝備工序來保證鷗翼門的制造精度。

2.7 鷗翼門系統(tǒng)的試驗驗證

鷗翼門由于是國內(nèi)首次開發(fā)，開發(fā)風險大，所以必須經(jīng)過多輪軟件標定、臺架耐久，實車開閉耐久、24通道振動耐久、綜合耐久路試、冬夏季路試、揚塵試驗以及整車加嚴淋雨測試等多道嚴苛檢驗合格，確保鷗翼門的性能和品質(zhì)滿足量產(chǎn)上市的要求。

3 總結(jié)

由于鷗翼門系統(tǒng)復雜度高，涉及相關領域廣，國內(nèi)屬于首次開發(fā)，缺乏成熟的開發(fā)經(jīng)驗參考，本文通過上述開發(fā)內(nèi)容的介紹，使我們詳細的了解到鷗翼門系統(tǒng)設計的開發(fā)過程以及設計中需要注意的要點，方便大家在此方面進行積累和優(yōu)化，為以后開發(fā)鷗翼門系統(tǒng)或者其他復雜車門系統(tǒng)提供借鑒參考，使設計出來的產(chǎn)品性能均衡可靠，獲得用戶的喜愛和認可。

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