4 背门附件设计
所有车型的后背门中附件的基本都是包括以下几种：后背门门锁、铰链、气弹簧、密封条、后雨刮、限位块和缓冲块等。这里我们主要介绍以下几个比较常见的附件的设计思路如铰链、气弹簧、限位块和缓冲块。后雨刮会根据车型的配置不同而有所区别，我们这里就不具体介绍了，而门锁很多时候是根据厂家的现有情况进行选型。 4.1 气弹簧设计
4.1.1 气弹簧的功能和定义
气弹簧是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。气弹簧由于其安装结构简单，使用维修方便，无需外界能源，整个工作行程中举力基本恒定等优点，成为一种十分常见的装置。在一般的后背门中都会采用气弹簧作为辅助支撑零部件，以减少乘员在打开后背门时的开启和关闭的作用力。
4.1.2 确认后背门铰链转轴中心位置
在后背门气弹簧安装设计之前，应当对已经完成的数据进行验证。必须确认后背门两个铰链是否同轴；后背门在沿着铰链轴转动全过程中与车身周围有无干涉；气弹簧安装空间有无充分预留。
4.1.3确定后背门的开启角度
根据人机工程学分析来确定后背门的开度。目前背门开到最大位置车门下边沿的离地高度法规没有规定。根据人站在地面上使用的方便性，一般设计开启到最大位置时，后背门下部最低点高度应在离地面1800mm左右，以此来确定背门的开启角度。
4.1.4确定气弹簧的位置
由于撑杆在白车身上的安装位置一般是流水槽，而且背门关闭后撑竿要放置在流水槽中，因此撑杆的布置要结合车身后流水槽的结构设计进行，下图为五菱荣光的气弹簧布置效果
图 30 后背门气弹簧安装情况示意
4.1.5 确定气弹簧在后背门上下安装点的位置
气动撑杆的布置形式主要有两种，一种是上端固定在侧围上；另外一种是下端固定在侧围上。当背门处于关闭状态时，气动撑杆轴线往上的延长线如果在铰链轴线的前方，则气动撑杆的布置形式应采用第一种。而如果气动撑杆轴线的延长线在铰链轴线的后方，则气动撑杆的布置形式应采用第二种。
4.1.6 气弹簧作用力计算
气弹簧的形式和安装位置选定后我们就需要考虑气弹簧作用力的选择，合适的作用力定义可以使乘员在开启和关闭后背门过程中具有良好的手感，并不是气弹簧的作用力越大越好,过大的作用力会使得关闭后背门时的关门力增加。气弹簧的作用力计算涉及到后背门的重量、后背门质心位置、铰链轴线位置和安装位置等因素有关。图31是后背门气弹簧受力形式的简图，我们可以用它来简化模型，计算气弹簧的最小作用力。
图 31 后背门气弹簧受力形式简图
如上图所示：0、A、B、C分别为铰链转轴中心、气弹簧闭合状态上安装点、、气弹簧下安装点（门框固定点）；气弹簧开启状态上安装点；L1质量力臂；L2为气弹簧支撑力力臂；设后背门质心为E点，质量为G；气弹簧的支撑力为F。
以铰链轴中心线为旋转中心，根据力矩平衡原理，当气弹簧为两只时可得如下表达式：
F?GL12*L2
计算得到的F值一般情况下，实际选用的公称支撑力要增加15％～20％为合适。
4.1.7后背门的最小关闭力和最小开启力
背门的重力对开启力和关闭力的大小影响最大，背门越轻开启和关闭越方便；通过计算求解关闭力和开启力的大小，一般情况下，背门在50磅（22.68千克）以上时，开启力和关闭力在12-15磅（约合53.33-66.67N）左右。
我们经过以上理论的计算分析，将气弹簧的基本参数确定之后，将基本参数提交给气弹簧供应商开发。
气弹簧基本参数：等级 A级；气缸外径：22mm（可选）；活塞杆外径：10 mm（可选）；有效行程：x mm；气弹簧总长（2x+n）mm；气弹簧公称力：
图 31气弹簧规格、参数表达
4.1.8后背门气弹簧运动分析
依据气弹簧已有的基本参数及所选气弹簧规格形式建立气弹簧3D数模，同时须验证在后背门运动的全过程中，气弹簧的球头是否转动自如，无干涉卡死。
由于后背门内板和车身后门框结构设计时预留的气弹簧间隙，是在气弹簧安装设计之前。完成气弹簧安装3D数模设计之后，必须验证在后背门开启的全过程中气弹簧周围与车身是否有干涉，要求最小距离最好大于5mm；如不满足要求，调整后门框钣金结构或安装点位置，直至适应已有空间。
4.1.9后背门气弹簧CAE分析
上述设计完成后，我们后再根据厂家反馈的气弹簧作用力曲线，用CAE软件分析在开启及关闭全过程中后背门及门框安装点附近的应力情况，若接近或超过零件材料的屈服极限，就应加强安装点周围的强度和刚度。用增加螺母加强板的强度和接触面面积的大小达到改善车门局部强度和刚度的效果。同时我们需要验证我们选定的气弹簧的平衡角度、开启力、关闭力的大小，和我们初始定义的是否有差异，如果有，需要确认是否在允许变化的范围，是否需要调整定义值或者气弹簧的选择等。 4.2 后背门铰链设计
后背门的铰链和其他侧门的铰链形式一样，也有两种形式，内开式铰链和外开式铰链。这两种情况的选择会根据不同的车型、结构、成本等综合考虑进行确认选定。现在大多数的车型选用内开式铰链，而一些外观要求不高的车型选用外开式铰链，也有一些车型采用独特的结构使用外开式铰链。为了保证车门能够正
常开启，后背门铰链的轴线必须严格平行于Y轴，否则会出现车门倾斜，局部间隙急剧减小的情况。无论内开式铰链还是外开式铰链，都没有自身的限位结构需要用气弹簧来实现后背门开启角度的位置限定。
4.2.1 内开式铰链
内开式铰链是现在车型选用最多的一种结构形式铰链，其具有结构简单、尺寸小、成本低等优点。
图 32内开式后背门铰链图示
但是这种铰链形式是把铰链轴线布置在外观分缝的后侧，这样后背门在整体运动时就需要较大的运动空间，同时顶盖的结构需要做成内凹式结构以避让后背门外板，保证足够的运动间隙，增加了顶盖模具的成本。同时这时的运动间隙也不太好控制。
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汽车后背门设计总结
