一种提升电动背门关闭运行时间精度方法.pdf

汽车科技/AUTOSCI-TECH2023年第4 期doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.04.005收稿日期：2 0 2 3-0 4-0 7一种提升电动背门关闭运行时间精度方法鲁伟，戴乐宏，刘海禄，文婷，明小兵（岚图汽车科技有限公司，武汉4 3 0 0 5 6）摘要：本文分析了车内空气压力对电动背门关闭过程的影响，提出一种智能适应车内静压变化关闭电动背门控制方法，将背门在不同工况下的关闭时间都控制在较窄的目标区间内。试验证明，在不增加系统零部件情况下，改善了背门关闭品质。关键词：电动背门：静压中图分类号：U463.83Method for Improve Accuracy of Closing Operation Time ofLU Wei,DAI Le-hong,LIU Hai-lu,WEN Ting,MING Xiao-bing(Lantu Automobile Technology Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China)Abstract:In this paper,the influence of air pressure in the vehicle on the closingprocess of the electric back door is analyzed,and a control method for closing the electricback door that intelligently adapts to the change of static pressure in the car is proposed,which controls the closing time of the back door in a narrow target range under differentworking conditions.Tests have shown that the quality of the back door closure is improvedwithout adding system components.Key Words:Electric Tailgate;Static Pressure文献标识码：A文章编号：1 0 0 5-2 5 5 0（2 0 2 3）0 4-0 0 2 3-0 6Electric Tailgate关门信号发出指令，电撑杆以预先标定的力矩驱鲁伟动背门关闭。工程设计为保证最恶劣工况实现背毕业于武汉理工大学，门关闭功能，一般在车内静压工况最恶劣（最工学硕士学历，现就职于岚图大）情况下，不误防夹而无法关闭背门，即按汽车科技有限公司，中级工程最大阻力匹配设计的关闭背门速度。但当整车师，主要研究方向：车身开闭处于全通风状态时，车内静压最小，背门关闭件设计。阻力大幅降低，背门将会以较快的速度砸进全锁，砸锁声品质差，引起客户抱怨。如图2、汽车电动背门，由电驱动方式开启或关闭，3，对各种车内静压下关闭背门时间测量，车内提升了用户体验。但在不同工况下车内空气静压静压越小，背门关闭阻力越小，关闭时间越短。力不同，对背门关闭形成的阻力不同，导致背门各种工况下背门关闭运行时间在5.1 6.5 s，波动关闭速度有明显差异，同时对关门音品质产生影较大。响。极端情况下，会导致背门关闭功能失效。背门开启过程，车内静压变化影响对功能和品电动背门关闭逻辑（如图1），背门ECU接到质感知较不明显。本文将研究重在关闭过程。23一种提升电动背门关闭运行时间精度方法是关闭驱动机构带按钮ECU图1 传统电动背门系统关闭逻辑车内静压各工况下影响（优恶劣）工况组整车通风合天窗车门车窗风速风速风速风速风速区无风风速打开打开打开3档4档5档6档7档8档车内静161152183240434758-63-70压（pa）l802234454859687585最优工况：全车通风，空调风速低档一般工况：全车非通风，空调无风或低风速最恶劣工况：全车非通风，空调风速高档图2 各工况下车内静压变化各工况下背门关闭时间(S)BIFE?C/鼎工况：优一恶劣5.25.1车门打开车窗打图3 各工况下背门关闭运行时间本文提出一种智能适应车内静压变化关闭电动背门控制方法，在不增加系统零部件情况下，优化关闭背门控制逻辑，提升关门品质感。背门控制器（ECU）通过BCM和AC识别车辆密封状态（车门、车窗、天窗开度状态）及空调鼓风机速度等级，并作出判断，选择预先设计标定预存的三种速度模式驱动背门关闭，通过经验及相关实验，使所有工况下背门关闭时间都在较窄的目标区间内（例如标准5.3-6.3 s），以使客户感知电动背门关门品质始终处于一个最优的状态上。1电动背门关闭过程力学模型解释1.1电动背门关闭过程任意瞬间系统力矩平衡电动背门关闭过程任意瞬间力矩平衡：动力矩-阻力矩=有效驱动力矩。其中动力矩=背门重力矩；阻力矩=电撑杆提供的力矩+密封条反力矩+锁扣反力矩+铰链的扭矩+限位器反力矩+背门静压反力矩。即：检测动背门关闭障碍物香驱动机构带开启到动背门开启最大位置驱动机构停止工作整车非通风、空调打开打开风车内静压工况动力矩：GL重阻力矩：F#L#+FaL密+FuL锁+FL+FeL+FmL静关闭到一级锁紧位置背门锁锁紧有效驱动力F驱：GL量-（FxL摔+FL密+FuL锁+F袋L铰+FL限+FmLm）(1)式中：背门重力矩：电撑杆提供的力矩：F璞L撑密封条反力矩：F密L密锁扣反力矩：F锁L锁有效驱动力矩：FL服传统电动背门关闭过程，背门重力矩、电撑杆提供的力矩、密封条反力矩、锁扣反力矩、铰链的扭矩、限位器反力矩随背门运动角度变化，在任意瞬时角度力矩及力臂均为常量。根据公式（1）可知：有效驱动力随车内静压增大而减小，随车内静压减小而增加。1.2电动背门关闭过程任意瞬间驱动力与关门瞬时速度关系有效驱动力对背门作用，根据动量定理：F验驱t=mV式中：背门质量：m背门关闭瞬时速度：V根据公式（2）可知：背门关闭瞬时速度随有效驱动力增大而增大，随有效驱动力减小而减小。1.3电动背门平均关闭速度与关闭时间关系由于同一车型背门最大开启角度相同，背门关闭行程为常量，根据公式：S=Vxt背门关闭行程：S背门平均关闭速度：背门平均关闭时间：t根据公式（3）可知：背门关闭平均速度越大，关闭时间越短。根据公式（1），车内静压变化，有效驱动力随之反相关变化；根据公式（2），背门关闭速度随有效驱动力正相关变化。如图2 所示，当车身密封状态（车门、车窗、天窗开度状态）或空调鼓风机风速变化时，不同工况下车内静压1 6-8 5 Pa变化,波动较大。车内静压不同工况背门关闭速度随之剧烈变化；根据公式（3），背门关闭行程不变，不同工况下关闭平均速度剧烈变化，造成电GL重较链的扭矩：限位器反力矩：背门静压反力矩：F静L静(2)(3)FL铰24汽车科技/AUTOSCI-TECH2023年第4 期动背门关闭运行时间波动较大。2现状分析2.1各工况下背门关闭运行时间过程能力分析生产线每批次抽取5 台车，共6 个批次3 0 台车，按图2 所示1 0 种工况，读取电动背门控制器（E C U）记录的背门关闭运行时间（设计各工况标准关闭时间5.3-6.3 s），计算过程能力如图4，天窗打开、车门打开、车窗打开、风速7 档、8 档PPK1.33，过程能力充足。2.2矛盾产生与分析如图5 所示：当背门关闭平均速度按最恶劣LSL天窗打开过程能力P.P:1.861.33PPK：0.4 9 1,33PPK:0.521.33PPK：1.1 0 1.33PPK1.371.33过程能力充足5.4规格上限一5.6LSL风速3 挡过程能力PP:1.471.33PPK:1.401.335.86.0过程能力充足6.2青门关闭时间(S)规格上限5.4LSL115.8风速4 档过程能力PPK：1.3 6 1.3 3 过程能力充足PP:1.391.335.86.06.2门关闭时间(S）规格上限一5.4LSL15.65.8风速5 挡过程能力P.P:1.341.33PPK:1.331.33过程能力充足8.06.2背门关闭时间（(S)规格上限5.65.4LSL5.8风速6 档过程能力P_P:1.801.33PPK：1.4 5 1.3 3 过程能力充足6.08.2青门关闭时间(S)规格上限LSL二PP:1.341.33PPK:0.791.33过程能力不足5.45.6风速7 档过程能力5.86.06.2背门关闭时间(S)规格上限5.45.65.86.06.2青门关闭时间(S)5.45.65.86.06.2间（S)背门关闭5.45.65.86.08.2时间(S)青门关闭LSLP_P:1.391.33PPK:0.46 4 档是检测障碍物否开启到关闭到一级最大位置锁紧位置停止工作驱动机构背门锁锁紧汽车科技/AUTOSCI-TECH2023年第4 期3.3信号交互实现3.3.1C A N总线通讯规范增加车门、天窗、空调状态信号如图1 0，天窗开度、天窗运行区间；左/右前门状态、左/右后门状态；左/右前车窗状态、左/右后车窗状态；开通背门控制器（ECU）读取车门、车窗、天窗开度及空调风速的权限，并根据预先标定的对应电撑杆力矩模式，驱动背门关闭。总线通信协议变更功能变更点功能变更点涉及的信号前装风机风量调节AC_FrReqWindLevel;天密开魔BCM_SunroofPOS_VIT天鑫运行区间BCMSunrofPOS,Direction左前门状态BCM_DriverDoorStatus左后门状态BCM_LefRearDoorStatus右前门状态BCMPassengerDoorStatus右底门状态BCM_RightRearDoorStatus主驾车窗状态BCM_DriverWindowStatus、主驾车窗状态SLCMDriverWindowStatus左后车窗状态BCMLeftRearWindowStatus、左后车窗状态电动背门产品功能定义新SLCM_RLWindowStatus增信号需求弯车窗状志BCMPassengerWindowStatus、图驾车窗状态SLCM_FRWindowStatus右感车窗状态BCMRightRearWindowStatus、右后车窗状态SLCM_RRWindowStatusEPB状态EPB_Status锁特爪开关信号PTS_PawISwitch锁复位开关信号PTS_HomePositionSwitch自定义学习状态PTS_GarageLearnedStatus自定义学习状态反读PTS_GarageLeanStatus仪来板的背门开闭按钮PTS_OpenCloseSwitch背门内馆开关PTS_ShutfaceSwitch图1 0 总线通信协议变更会签表3.3.2新型电动背门关门配置功能定义如图1 1 相对传统电动背门产品功能定义新增预先标定的三种关门电撑杆力矩模式，根据图2 所示不同工况下的车内静压变化，划分为如图1 1 所示最优工况（整车通风状态）、一般工况（整车非通风、空调风速6 档）、最恶劣工况（整车非通风、空调风速7、8 档），并标定相应的电撑杆力矩模式1、电撑杆力矩模式2、电撑杆力矩模式3，便于背门控制器（ECU）根据实际情况调用。电动背门可根据整车通风状态、空调外循环风速档位等工况配置不同的电撑杆力矩模式，保证各工况下以恒定时间关闭背门。开门速度在整车标定完成后设定为固定值，每次运行时不随整车状态变化。此功能仅为优化背门关门品质，当检测到信号条件不满足时，需优先保证整车开关门功能。电撑杆力矩模式电撑杆力矩模式1整车非通风、空天窗、车窗和车门全关（开度均电撑杆力矩模式2调风速6 档整车非通风、空天窗、车窗和车门全关（开度均电撑杆力矩模式3调风速7、8 档图1 1 新型电动背门关门速度配置功能定义3.3.3各整车工况与背门关门电撑杆力矩模式划分对应关系如图1 2 本文仅完成3 级速度划分，随着车机算力提升，也可按此方法实现4 级、5 级，甚至无极速度划分。电撑杆力矩模式整车工况电撑杆力矩模式1整车通风整车非通风、空调风速BCM/AC天窗、车窗和车门全关(开度均标定值）且空调风速6 档天窗、车窗和车门全关(开度均标定值）标定值）且空调风速6 档1.33PPK:1.611.33过程能力充足规格上限规格上限LSLLSL1P.P:1.441.33PPK:1.381.33车窗打开过程能力P.P:1.491.33过程能力充足PPK：1.4 4 1.3 3 过程能力充足规格上限11门关闭5.40 5.555.705.856.006.156:30时间(S)LSL无风过程能力P.P:1701.33PPK:1.341.3315.45.6规格上限LSL过程能力充足5.8风速3 档过程能力BpR:1-341.33PPK:1.381.33过程能力充足6.0规格上限6.2百门关闭5.4时间(S)LSL5.6风速4 档过程能力PP:1.601.33PPK:1.561.335.8过程能力充足6.06.2时间（S）关闭规格上限15.4LSL5.6风速5 档过程能力P_P;1.671.33PPK:1.661.335.86.0过程能力充足6.2时间（S）黄门关闭规格上限5.4LSLP.P:1.801.33PPK:1.451.33过程能力充足5.6风速6 档过程能力5.86.06.2规格上限门关闭时间（S）5.4LSL奇门关闭5.65.8风速7 档过程能力P.P1.421.33PPK:1.401.336.0规格上限过程能力充足6.2时间（S)石关闭5.45.65.15.86.05.66.2背门关闭时间（S)5.85.45.6LSL风速8 档过程能力P.P:1.421.33PPK:1.401.33过程能力充足5.05.86.06.2时间(S)美闭6.2时间(S）规格上限5.45.65.86.06.2时间（5）宵门关闭图1 3 方案实施后各工况下背门关闭运行时间过程能力参考文献：专家推荐语1黄天泽.汽车车身结构与设计 M.机械工业出版社,2 0 1 1.2.龙从林东风汽车集团有限公司技术中心2朱茂桃、智淑亚.汽车车身现代设计 M.国防工车身部总师研究员级工程师业出版社，2 0 1 4.3.论文研究了针对车内空气阻力变化的3马建永.设计六西格玛 DFESS绿带课程 M.长电动背门关闭控制方法，实用且具有推广安汽车股份有限公司，2 0 0 9.2.价值。4王贞涛.流体力学与流体机械 M.机械工业出版社,2 0 1 5.8.5莫乃榕.工程流体力学 M.华中科技大学出版社，2 0 0 0.8.28