F型隐藏式门把手控制与潜在失效模式

沈颂阳

摘要：针对电动汽车隐藏式车门把手在执行器旋转工作的条件下，提出可行BCM控制方案。研究表明在开启控制采用串联，关闭时采用并联控制思路以及加设堵转结构，能够很好控制隐藏式把手工作循环状态。并介绍了再具体实车匹配中发现的诸多问题并给出解决方案。

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.

关键词：控制方案;工作原理;隐藏式把手潜在失效模式

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

0  引言

当今汽车产业迅猛发展，市场竞争日益激烈，呈现出高科技和高规模特征。隐藏式把手研发应用，成为在汽车外饰新技术中佼佼者，如奔驰、特斯拉、路虎、蔚来等先后推出不同类型汽车隐藏式把手。

本文以隐藏式把手为载体进行介绍。在设计功能模块，会详细介绍控制思路;机械开启结构原理及钣金安装方案，潜在失效风险并给出相应分析对策等。

1  F型隐藏式把手控制方案

1.1 F型隐藏式把手控制策略

目前隐藏式把手都有一个相似功能，当用户携带遥控钥匙靠近车门时，把手自动旋转至预开启位置出，用户拉开把手，带动拉索拉开门锁。实现这功能就需把手电气线路与BCM控制端口相连。

考虑到BCM端控制点只有2个，为保证四门把手开启一致性，把手触发开关设计成8个，每门2个，如图1所示。

在把手从预开启位置开启时，四门把手信号接PIN5开关串联，即当四门把手开启信号都产生时，才会触发BCM S1开关，以保持四门开启时间从理论上一致。在把手从开启位置关闭时，假定从开启相同位置关闭，因此四门把手分别接PIN6开关并联连接，触发BCM S2开关后，执行器得电并同时进行关闭动作。

在把手运行过程中，采用执行器通过花键轴带动组合式凸轮旋转，组合式凸轮与两个微动开关电控配合控制方式。

闭合过程：当8个开关都处于接通状态。电机收到关闭信号后开始反转，把手本体通过开始回位，如图2所示。

如图3所示，电机反转后，PIN5开关陆续断开，只要1个PIN5断开，S1就断开，此时PIN6和S2都还在接通状态，电机继续反转。

把手处于关闭位置如图4，此时开关PIN6依次断开，但是只要有1个PIN6接通，S2依然接通，直到所有PIN6都断开，此时S2才断开。BCM收到S1、S2开关全部断开信号，电机反转停止。

开启过程：如图4所示，把手处于关闭位置，8个开关都处于断开状态。电机收到开启信号后开始转动并驱动把手打开。

如图3所示，电机启动后，PIN6开关依次接通，只需任意1个PIN6开关接通，BCM S2开关即刻接通，此时PIN5开关，S1开关依然断开，电机依然转动。

把手处于打开位置，PIN5开始陆续接通，此时，只要1个PIN5没接通，S1就没有接通，电机依然转动，直到所有PIN5都接通，S1才接通，BCM收到S1、S2开关全部接通信号，电机停转。因而开启/关闭过程其BCM控制开关电位曲线，如图5和图6所示。

1.2 控制策略应用性补偿

执行器选用三级减速机构及马步奇扁平型电机。适用范围-20℃至70℃，且扭矩会随着电流、温度和转速变化而不同，如图7所示。在实际转动过程中，会产生堵转现象。即再次启动时，从动件初始角度不一致，导致把手开启及关闭时间不一致。我们采用堵转限位块，可采用TPEE材料，限制每一次堵转角度，从机械结构弥补初始角度问题。也可添加控制盒以调整BWM波形中占空比和四门把手运行。

2  F型隐藏式把手机械开启原理

2.1 机械开启结构

F型隐藏式把手机械开启结构主要包含3个构件：①扭力弹簧;②平衡块;③把手本体。其开启顺序为，先按下把手A面尾端，通过转轴，使把手握柄打开，继而拉开把手。把手复位是通过平衡块弹簧形变恢复，从而带动把手复位。

2.2 外钣金安装方案

目前隐藏式把手与车门钣金间常采用装配方式有螺栓连接、卡扣以及螺栓与卡扣相结合方式。为了保持车门外板美觀一致性，这些螺栓或者卡扣等都与车门加强板进行连接，而车门加强板与车门外钣金连接常采用膨胀胶或结构胶进行连接，以达到支撑和固定作用，且不在外板留下印痕。

本次车门钣金厚度为0.65mm，在较大外力下易变形。因此在安装时，我们建议将其安装在车门加强板上。在车门内钣金开孔以便于把手安装。需遵循原则是：①尽可能把安装点设在无需开孔位置。②开孔时，两个相邻的孔，孔边到另一孔边最短距离，不得小于料厚的1.5倍。③优先选择面开孔，以减少加工难度。

如图8所示，内板开孔方式，选择120°三角形布局，及三个螺栓紧固方式进行安装。其中两个孔选择小平面开设，其余一个位置可不开孔。

选用Z型公差调节器。主要由调节器支架、支架螺母、公差吸收器和M6螺栓组成。

在实际装配时，先把公差吸收器预装在把手上，通过隐藏式把手预定位将M6螺栓导向部对准车门加强钣金内，顺时针旋转时，带动与之间隙配合公差吸收器旋转，待公差吸收器顶住加强钣金后停转，此时M6螺栓继续旋进，直至旋紧。如图9所示。

3  潜在失效模式及解决方案

3.1 耐久实验问题

耐久试验是评价把手整体功能重要指标。主要实验内容进行55000次机械耐久和55000次电开启耐久试验。

在机械耐久中，发现在45000次时，把手开启有尖锐异响，会对用户带来不良使用体验。在排查异响点时，开启过程中把手本体侧表面与基座之间产生微量摩擦，又因为把手本体采用PA6-GF50材料，基座采用PBT-GF30材料，两者材料都较为硬，长时间反复工作，易产生噪音。

通过手工样件制作分析，增加材料为POM护套结构，因POM有自润滑性可有效避免异响。

在电开启耐久中，发现在38000次至50000次之间凸轮与微动开关触点有过度磨损现象。分析微动开关触点采用PA66材料，而凸轮接触面是锌合金材料，因此磨损较大。而采用POM包塑形式凸轮降低磨损。

3.2 隐藏式把手与钣金间隙面差匹配问题

在车门安装时我们发现完成三个螺栓安装，取下预装护套后，把手与车门板边成一定角度且间隙不均。经分析后，发现把手与基座紧靠一个转轴和对应转轴面相连接，实际装配时，由于有把手预装护套，因而目视平整，待取下预装护套后，把手与基座间易产生弹性变形消失，即发生把手与板筋间间隙不均现象。

主要问题点在于消除把手与基座间所产生弹性变形。我们采用一个固定器结构，将离转轴较远把手与基座相对固定，将总成视为刚体，以便于装配。

3.3 把手功能端失效问题

把手实际运行是以电开启为主，在紧急开启时机械开启才被使用。因此执行器稳定输出成为关键。但执行器做高温试验时，发现在温度为60-80摄氏度时，会出现异响。

进一步试验后，发现电机是以钕铁硼作为转子，通电工作时产生磁场，与定子间进行有规律径向运动，同时也包含轻微轴向窜动。在60-80℃高温下，通电后钕铁硼产生磁场因高温而减弱，轻微轴向窜动会加大。执行器电机轴，在轴向定位是以金属挡片构成，故异响来源是电机输出金属轴与定位挡片发生碰撞音。可将定位挡片更换为高分子材料，以减少因撞击而产生噪音。

4  结论

隐藏式把手作为一种汽车外饰件新兴技术已经逐渐运用起来，随着汽车设计水平与生产工艺的不断提升，也逐渐成为汽车把手主流，给用户使用带来更多体验。目前本文中所讨论F型隐藏式把手已经通过厂家实际检验，得到广泛应用。

参考文献：

[1]吴会敏.我國新能源汽车的现状及前景分析[D].吉林：吉林大学，2014.

[2]吴俊瑶.我国新能源汽车产业发展战略研究[D].太原：山西财经大学，2014.

[3]王嘉诚.中国新能源汽车产业发展分析[D].上海师范大学，2012：1-80.