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摘要通过ＡＤＡＭＳ建模对某轿车后背门开启机构做运动分析，来解决后背门初开启阶段的干涉问题和完全开启时的漏雨问题。
通过ＡＤＡＭＳ的优化分析和运动分析，给出了解决问题的建议：调整相关点位置可以改善后背门与侧围的干涉现象，而且最佳的办法是将铰链机构整体前移；调整相关点位置或修改限位块尺寸可以改善后备门开启角度过大及行李箱漏雨的问题。
ＣＡＥ在汽车工程中的效率和价值都得到了具体体现。
关键词后背门铰链结构运动分析ＤＯＥＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＰａｓｓｅｎｇｅｒＣａｒＢａｃｋＤｏｏｒＨｉｎｇｅＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｏｐｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃａｒｂａｃｋｄｏｏｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｂｕｉｌｄｉｎｇａｍｏｄｅｌｗｉｔｈＡＤＡＭＳ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂａｃｋｄｏｏｒａｎｄｓｉｄｅｐａｎｅｌｗｈｅｎｂａｃｋｄｏｏｒｉｓｏｐｅｎｉｎｇａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇａｎｄｒｅｓｏｌｖｉｎｇｌｅａｋｒａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｗｈｅｎｂａｃｋｄｏｏｒｉｓｉｎｆｕｌｌ－ｓｉｚｅｏｐｅｎｉｎｇ．ＳｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｏｆｆｅｒｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｖｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｂｏｔｈｆｉｎｉｓｈｅｄｗｉｔｈＡＤＡＭＳ．Ａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｉｎｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂａｃｋｄｏｏｒａｎｄｓｉｄｅｐａｎｅｌ，ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅｔｈｅｂｅｓｔｗａｙｏｆａｄｊｕｓｔｉｎｇｉｓｔｏｍｏｖｅｔｈｅｗｈｏｌｅｈｉｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｗａｒｄC ａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｉｎｔａｎｄｒｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｌｉｍｉｔｉｎｇｂｌｏｃｋｃａｎａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇａｎｇｌｅｏｆｂａｃｋｄｏｏｒａｎｄｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｅａｋｒａｉｎ．ＴｈｅｖａｌｕｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＡＥｉｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｃｌｅａｒｌｙｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨｉｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂａｃｋｄｏｏｒＯｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｖｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓＤＯＥ张德超杨亚娟刘红领陈伟柳杨（奇瑞汽车有限公司乘用车工程研究院ＣＡＥ部）车门是车身上重要部件之一，按其开启方式分为顺开式、逆开式、水平移动式、上掀式和折叠式等几种。
背门设计指南目录1.概述 (2)2.背门的结构型式 (2)2.1上开式 (2)2.2侧开式 (3)3.背门设计流程 (4)4.背门设计要求 (5)4.1法规要求 (5)4.2 人机要求 (7)4.3 性能要求 (7)4.4 工艺性要求 (8)4.5轻量化设计 (8)5. 背门附件布置和典型断面设计 (8)5.1 背门附件布置 (9)5.2典型断面设计 (14)6.背门密封面设计 (15)6.1背门密封面定义 (15)6.2背门密封面的基本要求 (15)6.3 背门密封面设计要点 (16)7.选材建议 (22)1.概述背门总成是位于车身后背部的开闭件，需要保证其基本的开关运动，打开时的支撑定位和关闭时的密封；需要满足相关法规要求，模态、刚度应达到设定目标，满足制造工艺要求，在满足性能的前提下重量尽可能轻。
背门总成与外造型息息相关，需要从造型效果图阶段就开始介入分析，保证满足造型意图的前提下，相关工程结构能实现。
2.背门的结构型式2.1上开式背门铰链布置在背门顶部，开启时背门绕铰链轴线向上举升（如图1所示）。
这种开启方式的背门一般由背门焊接总成、背门铰链总成、背门锁总成、背门护板总成及一些背门附件、线束等组成。
典型的上开式背门焊接总成结构如图2所示。
图1 上开式背门图2 上开式背门结构2.2侧开式背门铰链布置在背门侧面，常见于背门上挂备胎的SUV车型。
由于备胎置于背门外，影响后部碰撞，另外背门铰链布置在侧面，侧围后立柱需要加强，导致侧围、背门结构左右不对称，会增加设计难度及成本。
这种开启方式的背门一般由背门焊接总成、背门铰链总成、背门锁总成、背门护板总成、备胎和护罩总成及一些背门附件、线束等组成（如图3所示）。
典型的上开式背门焊接总成结构如图4所示。
3.背门设计流程 本文就上开式背门展开论述，其设计流程如下 ：图3 侧开式背门图4 侧开式背门NO4.背门设计要求4.1法规要求4.1.1外部凸出物背门外部型面需要满足以下法规：国内GB 11566-2009 《乘用车外部凸出物》欧洲ECE R26 《就外部凸出物方面批准车辆的统一规定》74/483/EEC 《机动车辆外部凸出物》法规要求如下（详见GB 11566-2009）：除以下零部件外：——高于地面1.8m的零部件；——低于底线的零部件；——在工作状态或静止状态下，均不能被直径为100mm的球体所触及的零部件；——凸出车身外表面不到1.5mm的零件以及凸出车身外表面1.5mm以上、5mm以下但零件朝外的步伐是圆滑的零部件。
两厢车后背门支撑杆的布置及运动分析两厢车后背门支撑杆的布置及运动分析【摘要】气动支撑杆开启机构是目前轿车上经常采用的一种结构。
由于气动支撑杆生产技术成熟、性能优良等原因，在本次两厢车开发中，后背门的开启机构采用气动支撑杆。
工作中借助三维设计软件CATIA和计算和分析优化工具MATLAB，对支撑杆进行了布置，并且从运动学和动力学角度分析了上掀式后背门开启和关闭过程中力和力矩的关系，进而对其进行优化，最后对后背门开启的速度和加速度进行了仿真分析，满足后背门的平稳开启/关闭平稳、助力轻松、使用安全等功能要求。
【关键词】CATIA，后背门，气动支撑杆Abstract: The opening mechanism of gas damper is a kind of structure which is often used in cars. This time when developing the hatchback, use the gas damper。
With work on CATIA and MATLAB, from kinematics and dynamics，I analysis the relationship of forces and moments during the opening and closing of hatch back’s backdoor，and optimize the layout of the installation point。
As result, the performance of hatchback’s backdoor meets functional requirements which is the steady of backdoor when open or close, and assist, safety.Keywords: CATIA; Backdoor; Gas damper;1 轿车用气动支撑杆介绍1.1 构造及支撑力气动支撑杆由活塞、气筒、导杆等构成。
1.2气撑杆的基本工作原理及力学分析气撑杆在压缩过程中活塞杆进入腔体，会占用活塞筒内部体积，有效的气体体积逐渐减小，根据理想气体方程pV=nRT，假定运动过程中温度恒定，则压强随气体体积的减小而逐渐增大，示意如图2所示。
设初始自由状态缸内有效气体体积为V0，内部压强为P0，活塞面积为S1，活塞杆截面面积为S2，在不考虑其动态内阻的条件下，压缩行程为时，缸内气压为P1，撑杆的推力为F1，建立方程如下：1.3气撑杆的力-位移曲线时，l=5mm；当L>80mm时，l=10mm。
在撑杆压缩阶段，气体可以通过活塞上的孔从无杆腔进入有杆腔，此时气体通过量较小，阻尼结构产生的阻尼力很小。
而在伸展过程中，由于撑杆的结构型式不同，曲线也存在一定差异。
在进行力学性能测试时，气弹簧的图1气撑杆结构示意图图2气撑杆工作原理示意图图3力-位移曲线示意图2.2背门气撑杆设计输入背门气撑杆布置设计输入主要有铰链中心坐标、背门质量、背门重心坐标、背门开启受力点坐标、背门关闭受力点坐标、背门开启角度、最大开启力及最大关闭力要求、工作温度要求。
根据以上的条件选型合适的气撑杆进行布置。
那么根据理想气体方程pV=nRT，20℃的反力考虑反力误差，根据经验误差值P1E=15N，那么在常温下背门全开气撑杆弹力P1P1为气撑杆选型中最小特征标称值，根据1其中F r为气撑杆的动态内阻，根据经验取值在关闭状态校核为了保证背门解锁后，后背门不自动弹开，80℃条件下，背门的重力距和撑杆的支撑力2=0，此时气撑杆反力那么在常温20℃的反力P2U考虑反力误差，根据经验误差值P2E=30N，那么在常温下背门关闭状态气撑杆弹力P2P2为气撑杆选型中，关闭状态下最大反力，2（a）挺举升式布置（b）翻转式布置图4背门气撑杆布置方式图5背门投影示意图。
两厢车后背门支撑杆的布置及运动分析
【摘要】气动支撑杆开启机构是目前轿车上经常采用的一种结构。
由于气动支撑杆生产技术成熟、性能优良等原因，在本次两厢车开发中，后背门的开启机构采用气动支撑杆。
工作中借助三维设计软件CATIA和计算和分析优化工具MATLAB，对支撑杆进行了布置，并且从运动学和动力学角度分析了上掀式后背门开启和关闭过程中力和力矩的关系，进而对其进行优化，最后对后背门开启的速度和加速度进行了仿真分析，满足后背门的平稳开启/关闭平稳、助力轻松、使用安全等功能要求。
【关键词】CATIA，后背门，气动支撑杆
Abstract: The opening mechanism of gas damper is a kind of structure which is often used in cars. This time when developing the hatchback, use the gas damper。
With work on CATIA and MATLAB, from kinematics and dynamics，I analysis the relationship of forces and moments during the opening and closing of hatch back’s backdoor，and optimize the layout of the installation point。
As result, the performance of hatchback’s backdoor meets functional requirements which is the steady of backdoor when open or close, and assist, safety.
Keywords: CATIA; Backdoor; Gas damper;
1 轿车用气动支撑杆介绍
1.1 构造及支撑力
气动支撑杆由活塞、气筒、导杆等构成。
如图1所示。
图1 气动支撑杆结构简图
Fig.1 Structure diagram of gas damper
气动支撑杆的支撑力：气动支撑杆运动中提供的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和相对运动部件之间的摩擦力。
由波义耳定律可知，一定质量的气体，其压强与体积的乘积为定数，即体积减小，压强增大，反之，体积变大，压强减小。
当施加外力时，导杆在气室内体积增大，致使压缩气体的有效容积变
小，气体压强增大，从而压力差产生的支撑力变大；
1.2 气动支撑杆的特点及应用
我国的气动支撑杆制造技术成熟，成本也在不断下降。
气动支撑杆具有尺寸小、容易布置、可靠性高等特点。
目前气动支撑杆在专业生产厂家均按标准化和系列化设计，使用和维修也更加方便。
气动支撑杆的可靠性可以满足汽车、飞机及医疗器械等开启机构上的要求，尤其在汽车应用上。
后背门及发动机舱盖等开启机构不仅要符合车身造型的需要，而且要满足安全、可靠及使用方便的要求，气动支撑杆可以很好地满足这些要求。
基于以上优点，本次两厢车开发采用气动支撑杆。
2 两厢车后背门的运动分析
2.1 两厢车后背门开闭类型：
许多轿车和轻型客车都设置有后背门，以方便装卸货物和行李。
后背门通常有平开式和上掀式两种结构。
两者相比，上掀式后背门具有节省空间、开启轻便及关闭可靠等优点，因而被广泛应用[1]。
本次两厢车开发采用上掀式结构。
这种后背门需要借助助力撑杆来开启，当开启后背门时，利用气动支撑杆产的反作用力通过对铰链旋转轴线产生的力矩来来克服重力矩和摩擦力矩，从而使后背门开启[2]。
如图2所示。
图2 后背门开启位置
Fig.2 Open position of backdoor
2.2 支撑杆的运动空间
由于随着后背门开启和关闭，气动支撑杆也做近似旋转运动，所以首先要确保气动支撑杆在作动时与后背门内板、流水槽等周边部品无干涉。
利用CATIA的DMU模块[2]来确定支撑杆有效运动空间。
如图3所示。
图3 支撑杆运动空间
Fig.3 Moving space of gas damper
2.3 后背门及支撑杆运动过程分析
车门与车体是通过两个铰链进行连接且铰链中心线平行，车门开启与关闭是围绕铰链中心线进行圆周运动。
而气动支撑杆的两个安装点所在面与铰链中心线不相垂直，即气动支撑杆的运动面为非平面。
图4 平衡位置示意图
Fig.4 Diagram of Equilibrium position
后背门运动过程中，共有三个静止平衡点。
如图4、表1所示。
表1 三个平衡点位置
3 后背门动力学分析
3.1 支撑杆力学性能
本次两厢车开发选用的支撑杆基本参数如表2所示。
表2 气动支撑杆基本参数
根据支撑杆的性能参数，利用MATLAB计算出支撑杆力学性能，如图5所示。
图5 支撑杆力学性能图
Fig.5 Performance chart of gas damper
3.2 后背门重力矩与气动支撑杆力矩之间的关系
从上文内容可知，后背门有三个平衡点。
后背门的开启和关闭过程中，开启角度、能否静态平衡以及力矩间的关系如表3所示。
表3 开启/关闭过程中的逻辑关系
根据表3的逻辑关系确定力学变化模型，如表4所示。
以开门过程为例（关门过程为逆向）；定义向上方向为正，向下方向为负；顺时针为负，逆时针为正。
表4 运动过程中力学模型
根据人机工程学的要求，后背门的关闭初始拉力为20N，后背门的开启初始拉力为30N。
考虑安全性，开启和关闭的初始拉力误差须在±3N以内。
根据力矩平衡要求，首先通过对平衡点的力学计算，进而得出支撑杆的长度，根据此结果可以初步设置支撑点位置。
图6 平衡点A 图7 平衡点B 图8 平衡点C Fig.6 Balance point A Fig.7 Balance point B Fig.8 Balance point C 根据计算结果，初步设定了符合要求的支撑杆安装位置。
4 支撑杆安装位置布置及优化
4.1 支撑点安装点空间确定
通过以上的分析和计算，初步确定出支撑杆固定点的安装位置，为了确保安全，需对支撑杆与周边部品的间隙及后背门的运行性能（速度和加减速度）进行校核和优化。
首先检查间隙是否满足要求。
如图9所示。
图9 安装状态断面图
Fig.9 Drawing of clearance check
然后对整个开门过程计算，通过MATLAB工具进行计算与分析，优化安装点位置。
如图10所示。
图10 运动过程力学模型
Fig.10 Mechanical model
4.2 优化后结果
根据以上的优化分析，利用CATIA DMU模块，对运动过程的速度和加速度进行仿真[3]，仿真及分析结果如图11、图12所示。
图11 支撑杆固定点相对于支撑杆运动的运动关系图
Fig.11 Chart of motion
图12 支撑杆固定点相对于车身运动关系图
Fig.12 Chart of motion
5 结论
借助于CATIA、MATLAB工具，对汽车后背门气动支撑杆进行了按钻过布置且对运动特性进行了仿真及优化，结果符合设计要求。
通过软件的应用，减少了大量的运算时间，提高了工作效率。
在保证后背门开启平稳顺畅、助力轻便的基础上，满足了结合人机工程要求及安全性能。
参考文献
[1] 李宇彤，牛东妍，李卓森上掀式背门气动撑杆的优化布置. 汽车技术 1999（9） 15-16.
[2] 黄天泽，黄金陵. 汽车车身结构与设计[M]. 北京：机械工业出版社 1996：214-222.
[3] 鲁君尚等. 无师自通CATIA V5之电子样机[M]. 北京：北京航空航天大学 2008：94-150.。
