杨邦安，丁盛，周利民

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

鹅颈气撑式行李箱盖铰链的设计探析

杨邦安，丁盛，周利民

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

行李箱盖铰链机构是开启汽车行李箱盖的关键部件之一，其性能的好坏对汽车操作舒适性至关重要。文章以行李箱盖铰链的结构布置及力学分析计算为着手，深入分析了影响行李箱盖开启姿态的因素，为行李箱盖铰链系统在汽车设计布置提供理论分析依据。

铰链；行李箱盖；受力分析

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-118-03

引言

汽车行李箱盖铰链机构是汽车行李箱盖能否顺利开关的关键部件，其设计布置合理直接影响着汽车的安全与舒适性，目前汽车行李箱盖铰链机构组合方式通常有鹅颈式铰链与扭杆组合方式、四连杆铰链与气弹簧组合方式、鹅颈式铰链与气弹簧组合方式、鹅颈式铰链与拉簧、气弹簧组合方式、鹅颈式铰链与拉簧、气弹簧组合方式等形式。就开启效果和稳定性来说，以上组合方式呈质量递增方向。本文将介绍鹅颈式铰链与拉簧、气弹簧组合方式（以下简称鹅颈气撑式）的行李箱盖铰链在汽车行李箱盖上的相关布置设计。

1、鹅颈气撑式行李箱盖铰链工作原理

1.1 气弹簧的定义

气弹簧是指由一个密闭缸筒和可以在缸筒内滑动的活塞组件及活塞杆组成的以气体压强为贮能介质的机构。

1.2 气弹簧的结构及工作原理

气弹簧一般由接头、活塞杆、导向件、活塞系统、缸筒等组成，如图1所示。在密闭的活塞筒内充入高压气体（一般为氮气），两边气体压强作用在活塞面，由于两边压强的不同以及有杆腔和无杆腔的截面积差，形成活塞杆的输出推力。

1.3 工作原理

行李箱盖处于关闭状态时，拉簧处于最大拉伸状态，当行李箱盖锁解锁时，行李箱盖随同拉簧和气弹簧作用的力绕铰链轴逆时针旋转，设计匹配时，拉簧产生的力矩略小于行李箱盖的重力矩，需要通过气弹簧的作用力才能使行李箱盖开启，由于气弹簧的开启比较平稳，使得整个行李箱盖开启过程较为平缓。

图2 鹅颈气撑式行李箱盖铰链结构简图

2、鹅颈气撑式行李箱盖铰链的布置

2.1 布置形式

鹅颈气撑式行李箱盖铰链在车身上的布置形式为拉簧布置在远离驾驶侧，气弹簧布置在接近驾驶侧。

2.2 布置安装设计

铰链系统布置，首先将行李箱盖两个铰链布置Y向同轴；然后在考虑其他件的空间要求。一般要求气弹簧到拉簧距离10mm以上，到其他件8mm以上，拉簧到其他件8mm以上，铰链到其他件距离8mm以上。

2.3 设计计算

2.3.1 鹅颈气撑式行李箱盖铰链计算原理

行李箱盖在解锁后至开启到最大位置的任意状态，受到的力为：

(1)行李箱盖系统自身质量产生的重力G，方向竖直向下，产生的力矩为顺时针方向；

(2)拉簧对铰链的拉力F拉，方向沿拉簧的收缩方向，产生的力矩为逆时针方向；

(3)气弹簧对铰链的拉力F气，方向沿气弹簧的收缩方向，产生的力矩为顺时针方向；

由于行李箱盖开启过程比较平缓，可以视为在各个瞬时状态系统力矩平衡，即拉簧产生的力M拉、重力产生的重力矩MG和气弹簧产生的力矩M气力矩平衡。

由于拉簧和气弹簧的力值可以通过不同的加工工艺和结构调整，在整个系统中属于匹配设计工作；设定行李箱盖的操作力，通过调整拉簧的弹性系数κ和气弹簧的力值来满足设定的行李箱盖开启力，最终匹配计算出合适的拉簧的弹性系数κ和气弹簧力值。

图3 鹅颈气撑式行李箱盖铰链力学原理图

2.3.2 计算模型的建立

以下以某车型布置数据为例建立并计算行李箱盖铰链的力学模型。

2.3.2.1 重力矩部分

行李箱盖重力力学模型如图4所示，行李箱由重力产生的重力矩为：

图4 鹅颈气撑式行李箱盖铰链力学原理图

MG=G×R×COS（α-β）；

式中α为行李箱盖开启角度，β为行李箱盖关闭位置与地面线的夹角，R为行李箱盖重心到铰链轴线的距离，G为行李箱盖总成重量。

2.3.2.2 拉力矩部分

行李箱盖拉簧力学模型如图5所示，行李箱由拉簧产生的拉力矩为：

图5 鹅颈气撑式行李箱盖拉簧力学原理图

式中α为行李箱盖开启角度,k为拉簧的弹性系数，γ为行李箱盖关闭位置与拉簧力臂的夹角， L为铰链轴线到铰链上拉簧安装点的距离（OB），l为铰链轴线到车身上拉簧安装点的距离（OC），X为拉簧自由状态下长度。

2.3.2.3 气弹簧力矩部分

行李箱盖气弹簧力学模型如图6所示，行李箱由气弹簧产生的弹力矩为：

图6 鹅颈气撑式行李箱盖气弹簧力学原理图

式中α为行李箱盖开启角度,F为气弹簧作用力，ε为行李箱盖关闭位置时气弹簧安装两点与铰链轴线连线的夹角，H为铰链轴线到铰链上气弹簧安装点的距离（OE），h为铰链轴线到车身上气弹簧安装点的距离（OD）。

2.3.2.4 力矩匹配

为避免行李箱盖解锁后，行李箱盖弹开速度较快，力矩平衡时，将拉簧的作用力矩设定略小于尾门重力矩，图7为某车型拉簧力矩与重力矩的作用关系。

图7 某车型重力矩与拉簧力矩的关系

图8 某车型行李箱盖关闭力曲线图

气弹簧的作用力是保证行李箱盖开启平缓，通过气弹簧的作用力，使行李箱盖的重力矩小于拉簧作用力矩与气弹簧力矩之和，这样就能保证行李箱盖的顺利开启。图8为某车型拉簧力矩、重力矩和气弹簧力矩之和即行李箱盖收到的合力矩。

由于气弹簧作用力大小受温度影响比较大，在设计计算时，需要对不同温度下行李箱盖的受力进行分析，以保证后续装车的开启效果。图9为某车型行李箱盖在不同工况下的受力分析图。

图9 某车型行李箱盖各工况下关闭力曲线图

3、实车状态

通过实车装配，行李箱盖开启状态平缓，关闭手感舒适。

4、结束语

本文通过对鹅颈气撑式行李箱盖铰链结构进行详细分析，结合物理学中的力学平衡原理，并考虑到环境对气弹簧固有特性的影响下，对汽车行李箱盖的铰链、拉簧和气弹簧的布置及设计计算过程做了比较详细的分析和介绍，可为其他车型正向设计提供参考。

[1] 王家利,乐玉汉,李辉.后背门气弹簧布置与撑力计算[J],汽车工程师,2010(7).30～32.

[2] QC/T 207.汽车用普通气弹簧.

[3] JB/T 10418-2004.气弹簧设计计算.

[4] 王天利,李明杰,孙晓邦,孟伶俐.车用气弹簧力学性能仿真研究,农业装备与车辆工程[J]，2009(2).3～20.

The design and Research for Trunk lid Hinge

Yang Bangan, Ding Sheng, Zhou Limin
(Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Technology Center, Anhui Hefei 230601 )

Trunk lid Hinge is one of the components to open the trunk lid,its performance is very important to operate the vehicle.This paper based on the structure and principle of the trunk lid hinge as a starting point, in-depth analysis of the factors that affecting the trunk lid opening and closing, provide a theoretical basis for the layout of the trunk lid hinge system.

Hinge; Trunk lid; Force Analysis

U462.1

A

1671-7988(2016)07-118-03

杨邦安，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.037