基于新能源平臺(tái)的隱藏式車門把手應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞：新能源；隱藏式；門把手；失效模式

1引言

隨著新能源汽車研發(fā)技術(shù)的不斷提升，汽車市場(chǎng)競爭越來越激烈，低成本低能耗將是未來新能源市場(chǎng)競爭的主旋律。汽車車門把手是作為用戶上車最先接觸的部分，是車門鎖系統(tǒng)最重要的組成部分。研究表明，隱藏式車門把手結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)門把手降低了3%的迎風(fēng)面積，能夠有效降低新能源汽車高速工況的能耗。同時(shí)隱藏式門把手能夠提升外觀感受，給用戶更加高級(jí)、智能的操作體驗(yàn)[1]。因此本文以某車型門把手開發(fā)為載體，對(duì)隱藏式車門把手設(shè)計(jì)要素和潛在缺陷進(jìn)行研究。

2常見的結(jié)構(gòu)形式

隱藏式門把手是一種隱藏在車門鈑金內(nèi)部，從外面看上去門把手與車門是一個(gè)平面的門把手結(jié)構(gòu)形式，早期多應(yīng)用于超跑的高級(jí)配置。隨著技術(shù)日趨成熟，配置車型定位在不斷下沉普及，目前國內(nèi)自主電動(dòng)車不斷應(yīng)用隱藏把手。當(dāng)用戶攜帶遙控鑰匙靠近車門時(shí)，把手自動(dòng)旋轉(zhuǎn)至預(yù)開啟位置出，用戶拉開把手，帶動(dòng)拉索拉開門鎖[2]。市場(chǎng)上主流隱藏把手形式為旋轉(zhuǎn)式、平出式和微動(dòng)開關(guān)式三種。因技術(shù)成熟度相當(dāng)，使用比例相當(dāng)。

2.1旋轉(zhuǎn)式

也稱為“杠桿式”，用戶在開門的時(shí)候，需要用手按住門把手的一端，然后將把手繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使另一端翹起來。通過拉動(dòng)翹起一端的把手，用戶可以解鎖車門上的拉鎖。這種開門方式適用于多種車型，包括蘭博基尼Huracan、特斯拉Model3和長安UNI-T等（圖1）。

這種把手的設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，操作起來非常平順。然而，它也存在一些缺點(diǎn)。首先，彈出部分只有一側(cè)，這意味著在開門時(shí)只能使用把手的一側(cè)進(jìn)行操作。這可能會(huì)對(duì)使用者造成一些不便。其次，由于把手是通過旋轉(zhuǎn)軸連接的，其剛性感稍弱。這意味著在使用過程中，把手可能會(huì)有一些松動(dòng)的感覺。最后，由于把手的設(shè)計(jì)相對(duì)較小，人機(jī)操作空間相對(duì)較小，使用者可能需要適應(yīng)一段時(shí)間才能熟練地使用。

2.2平推式

用戶在開門時(shí)，可以通過遙控鑰匙或者感應(yīng)解鎖的方式，當(dāng)車輛處于通電解鎖狀態(tài)時(shí)，車門把手會(huì)通過內(nèi)部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)頂出。而在鎖車時(shí)，電機(jī)會(huì)將把手收回。這種開門方式適用于特斯拉ModelS、路虎星脈和比亞迪海豹等車型（圖2）。

相比之前提到的簡單把手設(shè)計(jì)，這種把手具有更好的外觀匹配性。它可以更好地搭配車輛的造型，營造出高級(jí)感和儀式感。當(dāng)用戶使用遙控鑰匙或者感應(yīng)解鎖時(shí)，這種把手的自動(dòng)頂出動(dòng)作給人一種便捷而獨(dú)特的體驗(yàn)。然而，這種把手的設(shè)計(jì)對(duì)周邊系統(tǒng)的要求較高。它需要車輛具備通電解鎖功能，并且需要內(nèi)部電機(jī)來驅(qū)動(dòng)把手的頂出和收回動(dòng)作。因此，在設(shè)計(jì)車輛時(shí)需要考慮電子系統(tǒng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的安裝和集成。這可能增加了車輛的制造成本和復(fù)雜性。

2.3微動(dòng)式

此類把手設(shè)計(jì)在外觀上保留了把手窩，用戶在開門時(shí)只需將手伸入把手窩內(nèi)，按下微動(dòng)開關(guān)即可打開車門（圖3）。相比之前提到的設(shè)計(jì)，這種把手的成本較低，并且受極端氣候的影響較小。

但是這種把手的外觀一致性稍差，從外觀上面沒有真正實(shí)現(xiàn)“隱藏”的效果，無法實(shí)現(xiàn)與車輛造型的完美融合，可能會(huì)對(duì)整體外觀產(chǎn)生一定的影響。此外，由于把手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，沒有其他功能組件的加入，這種把手也無法實(shí)現(xiàn)更多人機(jī)交互的功能和場(chǎng)景。因此，在用戶體驗(yàn)上可能有一些限制。

3設(shè)計(jì)分析

本案例是設(shè)計(jì)一款純電轎車的隱藏式車門把手，從用戶需求角度分析，用戶期望主流的隱藏把手結(jié)構(gòu)，能夠給產(chǎn)品帶來科技感和未來感提升，給用戶打造上車的儀式感體驗(yàn)，因此本案例選用平推式隱藏門把手作為開發(fā)要求。

3.1布置分析

平推式隱藏把手具體結(jié)構(gòu)和工作原理如圖4所示。整套系統(tǒng)由手柄、底座、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電容觸摸開關(guān)、位置信號(hào)開關(guān)和線束等組成。相比傳統(tǒng)門把手結(jié)構(gòu)，隱藏式車門外開把手增加手柄開啟驅(qū)動(dòng)電機(jī)及2個(gè)位置信號(hào)開關(guān)等零件[3]。

當(dāng)隱藏式把手處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，外露把手結(jié)構(gòu)需完全內(nèi)收，故A面到結(jié)構(gòu)根部的Y向距離尺寸大于傳統(tǒng)外露式把手，此為影響布置的主要因素（圖5）。隱藏式把手集成了電機(jī)，故X向尺寸（電機(jī)橫置方式）或Z向尺寸（電機(jī)縱置方式）大于傳統(tǒng)外露式把手，此為影響布置的次要因素。

3.2性能分析

隱藏式把手作為功能附件承載著用戶從外觀評(píng)價(jià)到上車體驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其操作體驗(yàn)直接影響用戶的購車意愿，因此對(duì)外觀感知、人機(jī)、操作便利性、可靠性、耐久性、耐候性（高低溫）、光老化和沖擊強(qiáng)度等方面性能都有較高要求?？紤]到隱藏把手的關(guān)鍵特性是高級(jí)外觀、迎賓體驗(yàn)、操作便利，因此外觀感知、操作力、耐久性、耐候性性能是影響產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵因素，在開發(fā)過程中需要重點(diǎn)管控，具體標(biāo)準(zhǔn)和要求如表1所示。

3.3結(jié)構(gòu)仿真分析

該隱藏式把手主要受力件是把手基座和把手本體，因此在實(shí)際選擇材料時(shí)，需要考慮到受力件、材料的可實(shí)用性等諸多條件。經(jīng)過對(duì)比材料庫最后確定選用PA6+GF30%（尼龍6+30%玻纖）作為材料，在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后開展材料力學(xué)的CAE仿真分析，要求最大應(yīng)力值小于許用應(yīng)力值[4]，CAE分析結(jié)果如圖6和圖7所示。

3.4電控原理

在無鑰匙進(jìn)入開關(guān)觸發(fā)后，BCM發(fā)送門鎖解鎖信號(hào)的同時(shí)，也給外開把手發(fā)送手柄電動(dòng)開啟信號(hào)，而外開把手的手柄位置信號(hào)也反饋給BCM。解閉鎖信號(hào)由BCM采集，電機(jī)控制及開關(guān)信號(hào)采集由門控模塊進(jìn)行。門把手控制原理如圖8所示。

4潛在失效模式

通過與各隱藏把手廠商交流以及在市場(chǎng)客戶抱怨、加上實(shí)車體驗(yàn)，對(duì)隱藏把手的潛在失效分析，總結(jié)了以下關(guān)鍵5項(xiàng)失效模式。其中包含了破冰要求、把手整體安裝穩(wěn)定性、電機(jī)熱保護(hù)、把手作動(dòng)失效等主要影響感官品質(zhì)的失效問題。

4.1破冰力不足的問題

目前可應(yīng)對(duì)的最大的擺出力反力為200N（行業(yè)普遍定義為100～200N），在我國東北低溫地區(qū)還是存在無法電動(dòng)開啟的風(fēng)險(xiǎn)，在冰面比較厚時(shí)，需先進(jìn)行人工清除處理，手動(dòng)開啟。在開發(fā)過程的對(duì)策是加強(qiáng)電機(jī)一致性管控，明確定義破冰力要求。

4.2噪聲大的問題

平推式隱藏把手依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在工作時(shí)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)頂出車門把手，主要噪音來源是電機(jī)噪音和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)摩擦噪音。部分供應(yīng)商電機(jī)噪音達(dá)到80dB，容易引起客戶抱怨。在開發(fā)過程的對(duì)策是選用低噪音電機(jī)，指定噪音要求低于60dB，同時(shí)要求機(jī)械活動(dòng)部位涂抹潤滑油。

4.3裝調(diào)困難的問題

隱藏式把手比較復(fù)雜，整個(gè)周圈都需要與鈑金進(jìn)行匹配，間隙面差要求高，線上裝配調(diào)整困難，損耗工時(shí)人力比較大。在開發(fā)過程的對(duì)策是開發(fā)把手自帶螺母調(diào)節(jié)器，鈑金及零部件做好精度管控，組織工人專項(xiàng)培訓(xùn)等[5]。

4.4電動(dòng)失效的問題

某車型車主反饋門把手電動(dòng)失效，不能彈出，主要原因是馬達(dá)外部的齒輪潤滑油進(jìn)入到馬達(dá)內(nèi)部，導(dǎo)致電刷短路，電機(jī)燒毀。在開發(fā)過程的對(duì)策是在馬達(dá)容易進(jìn)油處，加裝一個(gè)蓋子進(jìn)行密封，同時(shí)注意選用帶熱保護(hù)的電機(jī)。

4.5氣密性不佳的問題

隱藏式把手需預(yù)留漏液孔，所以整車氣密性相對(duì)常規(guī)把手相差比較大（常規(guī)把手為4scfm，隱藏式把手為10scfm）。在開發(fā)過程的對(duì)策是把手底座與鈑金搭接部位進(jìn)行橡膠件二次注塑，漏液孔增加密封堵蓋，把手氣密性可達(dá)6scfm/車。

5結(jié)束語

隱藏式車門把手作為汽車技術(shù)發(fā)展的新興產(chǎn)物，能夠給用戶帶來更多的科技感、儀式感而被越來越多的廠家選用。本文介紹了其中一種平推式隱藏把手的設(shè)計(jì)要求和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，分析總結(jié)了該系統(tǒng)潛在失效模式和管控思路，目前該系統(tǒng)已經(jīng)在具體車型項(xiàng)目上開發(fā)應(yīng)用，實(shí)踐證明該系統(tǒng)用戶體驗(yàn)好，隨著各大供應(yīng)商技術(shù)配套日趨成熟，未來可以在更多車型推廣應(yīng)用。