农拿工穩师
Automotive Engineer
FOCUS 202(5)
分析与研究
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•6长城汽 车股股份^有限
摘要：文章分析了汽车电动尾门系统和电动撑杆结构组成原理。基于某SUV 车型，建立了汽车尾门系统力学模型，推导出 电动撑杆输出力表达式。运用MATLAB 进行仿真计算，求解出车辆在平坡、上坡、下坡3种工况下，撑杆输出力与尾门转角
的曲线关系。为电动尾门系统的优化设计和电动撑杆的力学分析提供有效参考。
关键词：汽车电动尾门；力学模型；电动撑杆;MATLAB 仿真
Mechanical Analysis and Research of Automobile Electric Tailgate System *
*基金项目：国家”八六三"计划节能与新能源汽车重大专项资助项目(2012AA111202)；河北省重大科技创新项目(12213906Z )
Abstract ： The structure composition principle of automobile electric tailgate system and electric brace rod is analyzed. Based
on one SUV vehicle model@ the mechanical model of the tailgate system was established, and the expression of the output force of the electric brace rod was deduced. To use MATLAB software for simulation calculation, the curve relationship between the electric brace rod output force and the tailgate rotation angle under three working conditions of flat slope, uphill and downhill
was solved. It provides effective reference for the optimization design of the electric tailgate system and the mechanical analysis
of the electric brace rod.
Key words : Automobile electric tailgate; Mechanical model; Electric brace rod; MATLAB simulation
随着汽车工业技术的发展与进步，汽车的舒适性 和智能性成为各个主机厂的重点研究方向。传统的汽
车尾门系统需要人工操作，不能实现自动闭合，费时费 力，越来越不受客户青睐；而新型电动尾门系统操作简
单、智能化程度高，不仅可以实现自动闭合，而且配合 传感器可以实现“防夹”、“防撞”、“脚踢操控”等功能,广州本田雅阁2.0
备受客户追捧。目前，相关学者和研究人员对电动尾门 系统的控制方案和原理、电动撑杆的受力和安装点等 内容进行了分析和研究z，但是对整个尾门系统的力 学分析和研究较少。文章针对某SUV 车型电动尾门系
统，建立整个系统的力学模型，并基于MATLAB 进行 仿真计算，在尾门系统运动过程中，对电动撑杆进行了
力学分析。这一分析对整个电动尾门系统的结构布置、
驱动方案优化具有重要意义，对后续车型尾门系统的 设计和研发提供有效参考。
1电动尾门系统结构组成
汽车电动尾门系统主要由控制单元(ECU)、电动
撑杆(驱动单元)、闭锁器、锁扣、传感器和电子线束等
构成。图1所示为某SUV 车型电动尾门系统执行结构
示意图。
图1电动尾门系统执行结构示意图
电动撑杆(驱动单元)是整个尾门系统的关键核心
-19
-
部件，其作用是连接车身和尾门，是整个电动尾门系统 的驱动机构和执行机构。图2所示为电动撑杆结构示
意图，主要由两端球头、弹簧、弹簧套管、丝杆、丝杆螺
母、丝杆套管、轴承、适配器、减振器、制动器、驱动器、 连接块、减速器（行星齿轮）、电机、外套管和线束等组
成。当撑杆接到ECU 指令时，电机会通过减速器、连接 块等结构带动丝杆螺母运动，将电机的旋转运动转化 为丝杆螺母的直线运动，控制撑杆的伸缩，在弹簧的共 同作用下，实现汽车尾门的开启与闭合。
球头弹簧套管丝杆套管 轴承减振器 连接块 外套管
弹簧丝杆丝杆螺母适配器制动器减速器电机线束球头
图2电动撑杆结构示意图
2系统力学模型建立
以SUV 汽车电动尾门系统为例进行简化分析，建 立单撑杆汽车尾门系统力学模型，如图3所示。在模型
建立时对系统相关条件和参数做以下假设：
2）假设尾门铰链处和撑杆球头两端没有摩擦；
2） 忽略电动撑杆自身重力因素；
3） 假设汽车尾门系统沿整车坐标系XZ 面左右对称;
4） 假设尾门系统在开启、闭合过程中，尾门和撑杆
平稳运行，无振动，无其他干扰因素。
奔驰介绍基于上述假设，以尾门和车身铰链点为原点（0
点），按整车坐标系方向建立模型坐标:！方向与水平 面平行，指向尾门后方;Z 方向与水平面垂直，指向上
方。将电动撑杆沿模型坐标系XZ 面进行投影，为电 动撑杆在力学模型中的输出分力。A 点为撑杆球头与
尾门铰接点，'点为撑杆球头与车身铰接点点为汽 车尾门半侧重心点。G 为汽车尾门半侧重心所产生的 重力，为点A 和坐标原点0连线与！轴夹角为点
A
和坐标原点0连线与点（和坐标原点0连线夹角。
*+为重力G 对铰链点0产生的转矩;*"为撑杆输出 分力对铰链点0产生的转矩。
图3单撑杆汽车尾门系统力学模型图
考虑车辆停车时还有上坡、下坡等工况，定义车辆 停驶路面的坡度角参数，在力学模型中将其等效转化 为重力方向G 与竖直平面的夹角#。另外，根据实车电
动撑杆空间安装条件，电动撑杆会以铰接点B 为中心，
向XZ 平面内倾斜，定义为撑杆内倾角$，如图4所示，
Z
方向与水平面垂直，指向上方;，方向与！和Z 方向
垂直，指向驾驶员侧;$s 为电动撑杆的输出力。
(2)
(2)
(3)
(4)
根据力矩平衡原理可知，尾门和车身铰链点0的
合力矩为2，即：
M"=M +
尾门重力G 对原点0产生的扭矩：
式中——重力G 对原点0产生的力臂。
-_
| sin （!-%） s （!-"） ・tan （90!-&） 厂
V [tan （90°-&）]2+l
式中——尾门重力点（到原点0的距离。
撑杆输出分力兀对原点0产生的扭矩Ms ：
*"=$仏
式中：厶一撑杆与尾门铰接点.对原点0产生的力臂。
-
=
丨 Br sin !-B/cos !丨
（5）
7 （―*sin !-B ）0+（—4（os !_B ）0
式中：-4— 杆与尾门铰接点.到原点0的距离；
B,—
杆与车身铰接点B 在模型下的坐标
值。
由力学分析可知，电动撑杆输出分力
F ；=F s Cos $
（6）
式中：——电动撑杆安装内倾角。
公式（2）-（6）组成的数学方程组即为单撑杆汽车
尾门系统数学模型，由此可以推导出电动撑杆输出力
代的表达式，如下：
$ = G ・-”・ | sin （!-%） s （!-%） • tan （9-°—&）
x
% -a * cosy IB^" sin !-B z * cos ! / (-A sin !-B )0+(-A Cos !-B /)0「
7 7[tan(90°-&)]0+l
（6）
当尾门绕铰链点0转动时，即角!发生变化时，便
老款帕萨特1.8t报价-20
-
可求出电动撑杆的输出力!的值。由公式（6）可知，影 响撑杆输出力的参数有尾门重力、尾门质心点、撑杆车
身安装点、撑杆安装内倾角、停驶路面坡度角等；且撑
杆输出力与尾门重力、尾门质心与铰链点的距离、撑杆 安装内倾角成正比，与撑杆车身安装点与铰链点的距
离成反比；在安装条件固定的情况下，电动撑杆的输出
力!是单一变量角!的函数。
3基于MATLAB 仿真计算
为了方便研究电动尾门系统在开启和闭合过程
中，电动撑杆的输出力曲线，运用MATLAB 仿真软件, 建立单撑杆汽车尾门系统数学模型，然后根据某SUV 车型实车状态，设定尾门系统特性参数，如表2所示。
表1某SUV 车型电动尾门系统特性参数
参数名称
参数值
备注
尾门质量/kg
30撑杆内倾角"/（。）
3.3
尾门最大开启角度！/（。）
80
尾门重心点#坐标(3 380,0,940)闭合时尾门-车身较链点0坐标(2 960,0,1 300)闭合时撑杆-尾门较接点％坐标(3 370,±610,8 900)闭合时撑杆-车身较接点&坐标
(3 010,±590,1 180)
闭合时
基于MATLAB 仿真模型和设定参数，分别求解车 辆在平坡（2。）、上坡（22。）、下坡（-22° ）3种停车工况
下，撑杆输出力F "与尾门转角!在开启和闭合过程中 的曲线关系，如图5所示。
a 平坡（2。）
b 上坡(22°)
图5 3个工况撑杆输出力曲线图
通过对撑杆输出力与尾门转角的曲线关系图，可
以得出如下结果：2）尾门在开启和闭合过程中，上坡、
下坡和平坡3种工况，撑杆输出力与尾门转角均呈非
线性关系，且开启和闭合曲线变化趋势都很相近。2尾
门开启过程：上坡和下坡工况的撑杆的最大输出力，要 大于平坡工况。其中，上坡工况，转角为2。时撑杆输出
力最大，值为52 N ；下坡工况，转角为82°时撑杆输出 力最大，值为43 N ；平坡工况，转角为76。时撑杆输出 力最大，值为33 N o 3）尾门关闭过程：上坡、下坡和平坡
3种工况的撑杆最大输出力基本相近。其中，上坡工况,
转角为82°时撑杆输出力最大，值为42 N ；下坡工况， 转角为32。时撑杆输出力最大，值为43 N ；平坡工况，
转角为42。时撑杆输出力最大，值为42 No
4结论
通过建立电动尾门系统力学模型和基于 MATLAB
仿真计算，可以分析得出以下结论：2）电动撑杆输出力 与尾门重力、尾门重心与铰链点的距离、撑杆安装内倾 角等参数成正比，与撑杆车身安装点与铰链点的距离新版红绿灯信号灯图解
成反比;2）在撑杆安装条件固定的情况下，撑杆的输出 力是尾门转角！的单一变量函数，且上坡、下坡和平坡
3种工况下，均呈非线性关系;3）尾门开启过程，撑杆输
奇瑞跑车出力在上坡和下坡工况下要大于平坡工况，尾门关闭 过程，撑杆输出力基本相近。基于本课题的研究现状,
进一步可以展开对雪载荷、风载荷等工况的理论分析
和研究，并增加试验分析和验证。
参考文献
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载能力计算与分析汽车零部件,2218（12）：44-4&
横滨轮胎（收稿日期：2222-24-26）
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