一种汽车后背门扭转刚度试验装置与试验方法与流程

1.本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种后背门扭转刚度试验装置与试验方法。


背景技术：

2.汽车后背门是汽车重要组成组成部分，后备箱一般是汽车最大最重要的储物空间，作为后备箱通道的后背门承担着重要作用。后背门的刚度性能会大幅度的影响用户体验，所以有必要对其进行刚度试验。在后背门的各项性能中，扭转刚度对于用户的直接体验影响较大。例如后背门关闭时，其与缓冲胶块与密封条配合，形成了扭转条件，如果后背门抗扭转性能不足，会出现外观上的不平整、不匹配。再例如在后背门打开时，现今市面上大部分后背门的打开方式为使用支杆系统向上弹开后背门，在此过程中，用户撑扶、按压后背门的一侧，都会给后背门施加扭转力，如果后背门的扭转刚度不足，不仅会导致外观上的不美观，也会对用户手感等产生影响。在上述的两种情况中，用户都可以简单的在外观、手感等方面直接体验出汽车后背门的质量，这种扭转工况的刚度称之为扭转刚度。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种后背门扭转刚度试验装置与试验方法，模拟后背门实际使用中受到的约束状态，模拟了后背门在车身上可能受到的扭转力，从而可以评价在用户实际使用过程中，后背门抵抗扭转力的能力，为产品开发提供数据参考与数据积累，解决了现有后背门扭转刚度对于用户的直接体验影响较大的问题。
4.本发明技术方案结合附图说明如下：
5.第一方面，本发明提供了一种后背门扭转刚度试验装置，包括边约束情况的第一试验装置和中间约束情况的第二试验装置；所述第一试验装置包括第一立柱1、第一透视后背门2、第一铰链连接夹具3和第一约束支撑立柱4；所述第二试验装置包括第二立柱5、锁安装组合夹具6、第二透视后背门7、第二铰链连接夹具8和第二约束支撑立柱9；所述第一立柱1固定在水平地面上；所述第一铰链连接夹具3的一侧与第一立柱1固定，另一侧与第一透视后背门2的铰链固定；所述第一约束支撑立柱4的上端与第一透视后背门2的一端固定；所述第二立柱5固定在水平地面上；所述第二铰链连接夹具8的一侧与第二立柱5固定，另一侧与第二透视后背门7的铰链固定；所述第二约束支撑立柱9的上端与第一透视后背门2的一端的锁安装组合夹具6固定。
6.进一步的，所述第一立柱1和第二立柱5结构相同，均为高2000mm的u型柱；所述u型柱上均布有螺纹孔；
7.进一步的，所述第一铰链连接夹具3和第二铰链连接夹具8结构相同，均为l型板；所述l型板上均布有长条孔。
8.进一步的，所述l型板上还设置有加强筋。
9.进一步的，所述第一约束支撑立柱4和第二约束支撑立柱9结构相同，均包括带丝
杠的立柱；通过旋转上半部分调整立柱的高度；所述立柱的上表面放置一支撑用钢球；所述立柱上还包括锁紧装置。
10.进一步的，所述锁安装组合夹具6包括u型板和箱型板；所述u型板和箱型板通过长条孔连接；所述箱型板上设置有与不同孔位后背门连接的横孔和纵孔。
11.第二方面，本发明还提供了一种后背门扭转刚度试验方法，通过一种后背门扭转刚度试验装置实现，包括以下步骤：
12.步骤一、进行前期准备；在确认需要进行试验后，首先进行试验样件的检查确认，检测试验样件是否有缺陷、试验样件的机械条件是否满足技术要求；
13.步骤二、安装后背门扭转刚度试验装置；
14.步骤三、确定约束点与加载点，对约束点进行约束并且确定测点；
15.步骤四、开始试验并且对试验数据进行处理。
16.进一步的，所述步骤二，安装后背门扭转刚度试验装置时，使第一透视后背门2和第二透视后背门7的铰链安装面与锁孔的连线中点等高；将铰链部分全约束，中间约束情况下，约束锁位置自由度即支撑锁位置，禁止z方向运动；边约束情况下，约束发罩支杆附件位置自由度即支撑锁位置，禁止z方向运动；然后将第一约束支撑立柱1、第二立柱9与第一铰链连接夹具3、第二铰链连接夹具8安装到一起.
17.进一步的，所述步骤三，当边约束情况时，边约束模拟支杆撑扶状态下，后背门受到扭转力，除了铰链处的全约束外，在一侧空气支杆附近施加z向约束3；根据不同的后背门撑杆形式，固定方式如下：
18.a)当背门空气支杆固定点在内板平面上时，约束空气支杆固定点z方向；
19.b)当背门空气支杆固定点在内板凸起侧边时，选择空气支杆固定点沿yz平面与内板凸起的交线水平处约束z方向；
20.c)当空气支杆固定在背门支架上时，选择支架固定孔中点沿yz平面与内板凸起的交线水平处约束z方向；
21.为实现扭转力的施加，在施加z向约束的另一侧缓冲胶块竖直方向对应外板位置施加载荷，在施加z向约束的另一侧缓冲胶块位置进行变形的测量；
22.当中间约束情况时，中间约束位置采用组合夹具保证了锁位置已经施加了z向约束，为实现扭转力的施加，在一侧缓冲胶块竖直方向对应外板位置施加载荷即可，变形测量在施加载荷的另一侧缓冲胶块位置进行。
23.进一步的，所述步骤四，对于扭转刚度的中间约束，施加力位置与锁约束位置在同一个yz面上，使用加载力比变形方法：
[0024][0025]
式中，f为加载载荷；l为测得变形；k为扭转刚度-中间约束工况衡量值，单位n/mm；
[0026]
对于扭转刚度的边约束，由于不管在x向还是y向，加载点和约束点都在存在一定距离，采用如下公式对扭转刚度进行计算：
[0027][0028]
式中，gi为扭转刚度，单位为n
·
m/
°
；f为加载载荷，单位为n；δ为为测得变形，单位
为mm；l为一侧空气质感与另一侧缓冲胶块之间的y向距离；θ为加载载荷时的扭转角度。
[0029]
本发明的有益效果为：
[0030]
1)本发明普适性强，易于安装，且扭转刚度试验方法易于实施，计算合理；
[0031]
2)本发明通过模拟用户在实际使用过程中可能对汽车后背门扭转刚度造成影响的情况施加载荷，使用试验装置模拟了后背门在车身上状态，保证了扭转刚度的测量具有更大的实际意义。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0033]
图1为本发明所述一种后背门扭转刚度试验方法的流程示意图；
[0034]
图2为边约束情况时一种后背门扭转刚度试验装置的一个角度结构示意图；
[0035]
图3为边约束情况时一种后背门扭转刚度试验装置的另一个角度结构示意图；
[0036]
图4为中间约束情况时一种后背门扭转刚度试验装置的一个角度结构示意图；
[0037]
图5为中间约束情况时一种后背门扭转刚度试验装置的另一个角度结构示意图；
[0038]
图6为第一立柱和第二立柱的一个角度结构示意图；
[0039]
图7为第一立柱和第二立柱的另一个角度结构示意图；
[0040]
图8为第一铰链连接夹具和第二铰链连接夹具的结构示意图；
[0041]
图9为第一约束支撑立柱和第二约束支撑立柱的结构示意图；
[0042]
图10为锁安装组合夹具一个角度结构示意图；
[0043]
图11为锁安装组合夹具第二个角度结构示意图；
[0044]
图12为锁安装组合夹具第三个角度结构示意图；
[0045]
图13为锁安装组合夹具的安装示意图；
[0046]
图14为后背门的尺寸示意图。
[0047]
图中：
[0048]
1、第一立柱；2、第一透视后背门；3、第一铰链连接夹具；4、第一约束支撑立柱；5、第二立柱；6、锁安装组合夹具；7、第二透视后背门；8、第二铰链连接夹具；9、第二约束支撑立柱。
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0051]
实施例一
[0052]
参阅图2、图3、图4和图5，一种后背门扭转刚度试验装置，包括边约束情况的第一试验装置和中间约束情况的第二试验装置。
[0053]
参阅图2和图3，所述第一试验装置包括第一立柱1、第一透视后背门2、第一铰链连接夹具3和第一约束支撑立柱4。所述第一约束支撑立柱4按照本发明提供的试验方法提供约束；所述第一铰链连接夹具3与第一立柱为第一透视后背门2的铰链提供约束，模拟后背门在实车上的安装状态。
[0054]
参阅图4和图5，所述第二试验装置包括第二立柱5、锁安装组合夹具6、第二透视后背门7、第二铰链连接夹具8和第二约束支撑立柱9。所述锁安装组合夹具在第二透视后背门7的锁上安装，为约束提供基础；所述第二约束支撑立柱为锁部分提供支撑作用；所述第二铰链连接夹具8与第二立柱5为第二透视后背门7的铰链提供约束，模拟了后背门在实车上的安装状态。
[0055]
参阅图6和图7，所述第一立柱1和第二立柱5结构相同，均为高2000mm的u型柱；所述u型柱上均布有螺纹孔。
[0056]
参阅图8，所述第一铰链连接夹具3和第二铰链连接夹具8结构相同，均为l型板；为通用性考虑，所述第一链接链接夹具3和第二铰链连接8可以约束所有的后背门铰链；所述l型板上均布有长条孔，使用螺栓螺母对第一立柱1和第二立柱5和第一铰链连接夹具3和第二铰链连接夹具8进行连接，此种配合方式可以将后背门约束不同高度、不同工况，有很强的通用性。依照技术要求，对后背门铰链部分进行全约束，同样使用螺栓螺母与长条孔、横孔配合，约束不同样式的后背门铰链。
[0057]
所述l型板上还设置有加强筋，可以保证刚度要求。
[0058]
参阅图9，所述第一约束支撑立柱4和第二约束支撑立柱9结构相同，均包括带丝杠的立柱，通过旋转上半部分，即可调节第一约束支撑立柱4和第二约束支撑立柱9的高度，并在上方添加了锁紧装置，避免了试验过程中的误碰。试验时在第一约束支撑立柱4和第二约束支撑立柱9的上表面放置一钢球用以支撑，调节第一约束支撑立柱4和第二约束支撑立柱9的高度至合适位置，即可完成z方向支撑，满足约束z向自由度的要求。
[0059]
在边约束时，一般将钢球粘结至后背门内板支杆附近位置上，配合本发明的约束选择方法，使用支柱支撑即可，一般不会产生干涉。而在中间约束情况下，需要在锁位置进行支撑，该位置结构有时较为复杂，可能干涉，为确保该试验方法与试验装置具有通用性，避免锁附近位置干涉，在中间约束情况下使用了锁安装组合夹具，如图10-图12所示。
[0060]
参阅图10-图12，所述锁安装组合夹具6包括u型板和箱型板；所述u型板和箱型板通过长条孔连接实现了角度的可调节，保证无论锁安装孔平面是什么角度，下面的u型板都可以为水平的。箱型板上的横纵孔配合即可连接不同的孔位后背门，实现了夹具的通用化。给出一个安装示意图如图13所示。
[0061]
实施例二
[0062]
参阅图1，本发明实施例一种后背门扭转刚度试验方法，通过一种后背门扭转刚度试验装置实现，包括以下步骤：
[0063]
步骤一、进行前期准备；在确认需要进行试验后，首先进行试验样件的检查确认，检测试验样件是否有缺陷、试验样件的机械条件是否满足技术要求；
[0064]
步骤二、安装后背门扭转刚度试验装置；
[0065]
本发明提出的扭转刚度的两种情况对后背门的空间条件要求相同：后背门的铰链安装面与锁孔连线中点等高。这种状态与车门打开相近，同时安装更为便利，也更方便cae相关分析的约束，节约仿真与试验时间。本发明提出的扭转刚度试验的在安装部分的技术要求为：将铰链部分全约束，中间约束情况下，约束锁位置自由度3(即支撑锁位置，禁止其z方向运动)，这种情况模拟了缓冲胶块对汽车后背门的扭转作用；边约束情况下，约束发罩支杆附件位置自由度3(即支撑锁位置，禁止其z方向运动)，这种情况模拟了在支杆作用下，撑扶、按压产生的扭转作用。如图1流程图所示，需先将车立柱与铰链连接夹具安装到一起，这个结构模拟了铰链在实车上的状态。
[0066]
步骤三、确定约束点与加载点，对约束点进行约束并且确定测点；
[0067]
加载点的选择方式为模拟后背门在实际使用过程中，可能出现的两种扭转力。
[0068]
当边约束情况时，边约束模拟支杆撑扶状态下，后背门受到扭转力，除了铰链处的全约束外，在一侧空气支杆附近施加z向约束3；根据不同的后背门撑杆形式，为避免干涉，固定方式如下：
[0069]
a)当背门空气支杆固定点在内板平面上时，约束空气支杆固定点z方向；
[0070]
b)当背门空气支杆固定点在内板凸起侧边时，选择空气支杆固定点沿yz平面与内板凸起的交线水平处约束z方向；
[0071]
c)当空气支杆固定在背门支架上时，选择支架固定孔中点沿yz平面与内板凸起的交线水平处约束z方向；
[0072]
为实现扭转力的施加，在施加z向约束的另一侧缓冲胶块竖直方向对应外板位置施加载荷，在施加z向约束的另一侧缓冲胶块位置进行变形的测量，这样即对后背门在使用过程中的一种扭转情况进行了试验。
[0073]
当中间约束情况时，中间约束位置采用组合夹具保证了锁位置已经施加了z向约束，为实现扭转力的施加，在一侧缓冲胶块竖直方向对应外板位置施加载荷即可，变形测量在施加载荷的另一侧缓冲胶块位置进行。
[0074]
扭转刚度评价的是焊接总成和铰链的整体刚度，所以加载点的选取要体现出整体性。本发明将加载点定义为一侧缓冲胶块对应外板位置，若缓冲胶块较靠中间位置，则选外板对应的最远点，即距后背门的两个边各约3cm，以确保扭转性能的实现。
[0075]
步骤四、开始试验并且对试验数据进行处理。
[0076]
推荐加载载荷为100n，此载荷的来源为模拟在用户实际使用过程中，后背门可能收到的扭转力大小。按照刚度试验原则，在正式试验前，需要进行预加载，可加载50n(即正式试验的载荷的一般)。预加载完成后，可以进行正式试验，测得变形，即可进行数据处理。
[0077]
对于扭转刚度的中间约束，其施加力位置与锁约束位置基本在同一个yz面上，所以可以使用简单的加载力比变形方法。
[0078][0079]
式中，f为加载载荷；l为测得变形，k为扭转刚度-中间约束工况衡量值，单位n/mm。
[0080]
对于扭转刚度的边约束，由于不管在x向还是y向，加载点和约束点都在其方向上存在一定距离，采用如下公式对其扭转刚度进行计算。
[0081][0082]
式中，gi为扭转刚度，单位为n
·
m/
°
；f为加载载荷，单位为n；δ为为测得变形，单位为mm；l为一侧空气质感与另一侧缓冲胶块之间的y向距离，如图13所示，θ为加载载荷时的扭转角度。
[0083]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0084]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0085]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种后背门扭转刚度试验装置，其特征在于，包括边约束情况的第一试验装置和中间约束情况的第二试验装置；所述第一试验装置包括第一立柱(1)、第一透视后背门(2)、第一铰链连接夹具(3)和第一约束支撑立柱(4)；所述第二试验装置包括第二立柱(5)、锁安装组合夹具(6)、第二透视后背门(7)、第二铰链连接夹具(8)和第二约束支撑立柱(9)；所述第一立柱(1)固定在水平地面上；所述第一铰链连接夹具(3)的一侧与第一立柱(1)固定，另一侧与第一透视后背门(2)的铰链固定；所述第一约束支撑立柱(4)的上端与第一透视后背门(2)的一端固定；所述第二立柱(5)固定在水平地面上；所述第二铰链连接夹具(8)的一侧与第二立柱(5)固定，另一侧与第二透视后背门(7)的铰链固定；所述第二约束支撑立柱(9)的上端与第一透视后背门(2)的一端的锁安装组合夹具(6)固定。2.根据权利要求1所述的一种后背门扭转刚度试验装置，其特征在于，所述第一立柱(1)和第二立柱(5)结构相同，均为高2000mm的u型柱；所述u型柱上均布有螺纹孔。3.根据权利要求1所述的一种后背门扭转刚度试验装置，其特征在于，所述第一铰链连接夹具(3)和第二铰链连接夹具(8)结构相同，均为l型板；所述l型板上均布有长条孔。4.根据权利要求3所述的一种后背门扭转刚度试验装置，其特征在于，所述l型板上还设置有加强筋。5.根据权利要求1所述的一种后背门扭转刚度试验装置，其特征在于，所述第一约束支撑立柱(4)和第二约束支撑立柱(9)结构相同，均包括带丝杠的立柱；通过旋转上半部分调整立柱的高度；所述立柱的上表面放置一支撑用钢球；所述立柱上还包括锁紧装置。6.根据权利要求1所述的一种后背门扭转刚度试验装置，其特征在于，所述锁安装组合夹具(6)包括u型板和箱型板；所述u型板和箱型板通过长条孔连接；所述箱型板上设置有与不同孔位后背门连接的横孔和纵孔。7.一种后背门扭转刚度试验方法，通过一种后背门扭转刚度试验装置实现，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、进行前期准备；在确认需要进行试验后，首先进行试验样件的检查确认，检测试验样件是否有缺陷、试验样件的机械条件是否满足技术要求；步骤二、安装后背门扭转刚度试验装置；步骤三、确定约束点与加载点，对约束点进行约束并且确定测点；步骤四、开始试验并且对试验数据进行处理。8.根据权利要求7所述的一种后背门扭转刚度试验方法，其特征在于，所述步骤二，安装后背门扭转刚度试验装置时，使第一透视后背门(2)和第二透视后背门(7)的铰链安装面与锁孔的连线中点等高；将铰链部分全约束，中间约束情况下，约束锁位置自由度即支撑锁位置，禁止z方向运动；边约束情况下，约束发罩支杆附件位置自由度即支撑锁位置，禁止z方向运动；然后将第一约束支撑立柱(1)、第二立柱(9)与第一铰链连接夹具(3)、第二铰链连接夹具(8)安装到一起。9.根据权利要求7所述的一种后背门扭转刚度试验方法，其特征在于，所述步骤三，当边约束情况时，边约束模拟支杆撑扶状态下，后背门受到扭转力，除了铰链处的全约束外，在一侧空气支杆附近施加z向约束3；根据不同的后背门撑杆形式，固定方式如下：a)当背门空气支杆固定点在内板平面上时，约束空气支杆固定点z方向；b)当背门空气支杆固定点在内板凸起侧边时，选择空气支杆固定点沿yz平面与内板凸
起的交线水平处约束z方向；c)当空气支杆固定在背门支架上时，选择支架固定孔中点沿yz平面与内板凸起的交线水平处约束z方向；为实现扭转力的施加，在施加z向约束的另一侧缓冲胶块竖直方向对应外板位置施加载荷，在施加z向约束的另一侧缓冲胶块位置进行变形的测量；当中间约束情况时，中间约束位置采用组合夹具保证了锁位置已经施加了z向约束，为实现扭转力的施加，在一侧缓冲胶块竖直方向对应外板位置施加载荷即可，变形测量在施加载荷的另一侧缓冲胶块位置进行。10.根据权利要求7所述的一种后背门扭转刚度试验方法，其特征在于，所述步骤四，对于扭转刚度的中间约束，施加力位置与锁约束位置在同一个yz面上，使用加载力比变形方法：式中，f为加载载荷；l为测得变形；k为扭转刚度-中间约束工况衡量值，单位n/mm；对于扭转刚度的边约束，由于不管在x向还是y向，加载点和约束点都在存在一定距离，采用如下公式对扭转刚度进行计算：式中，gi为扭转刚度，单位为n
·
m/
°
；f为加载载荷，单位为n；δ为为测得变形，单位为mm；l为一侧空气质感与另一侧缓冲胶块之间的y向距离；θ为加载载荷时的扭转角度。

技术总结
本发明是一种后背门扭转刚度试验装置与试验方法。试验装置包括边约束情况的第一试验装置和中间约束情况的第二试验装置；试验方法包括：一、进行前期准备；在确认需要进行试验后，首先进行试验样件的检查确认，检测试验样件是否有缺陷、试验样件的机械条件是否满足技术要求；二、安装后背门扭转刚度试验装置；三、确定约束点与加载点，对约束点进行约束并且确定测点；四、开始试验并且对试验数据进行处理。本发明模拟后背门实际使用中受到的约束状态，模拟了后背门在车身上可能受到的扭转力，可以评价在用户实际使用过程中，后背门抵抗扭转力的能力，为产品开发提供数据参考与数据积累，解决了现有后背门扭转刚度对于用户的直接体验影响大的问题。验影响大的问题。验影响大的问题。


技术研发人员：季贤聪 高猛 丁晓东 周文超 徐传广 户航
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/9/6