项目编号：?????1617????

可实现电动开启的智能门锁

Intelligent Vehicle Side Door Latch with Power Release Feature

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项目研制单位：上海工程技术大学

泛亚汽车技术中心有限公司 上海恩坦华汽车门系统有限公司

主要研制人员： 杭鲁滨、黄晓波、郭辉、刘哲、陈勇、缪宏、华勇、杜金良、

邓辉宇、冯初锷、李文涛、刘宁宁、秦一菲、杨国彬、于亮

 

1、研究内容介绍

1.1 研究目的及意义

电动开启汽车门锁使得未来汽车进入系统更加人性化与舒适化，可与智能无钥匙系统相结合实现人与汽车的人性化交互，如图1所示。可实现无钥匙进入和启动、给他人远程钥匙授权、个性化的车辆设置等舒适方便的用车体验。

图1汽车智能门锁及人车交互进入系统

1.2 关键技术

1.2.1汽车智能门锁柔顺传动机构拓扑结构设计

根据汽车门锁电动开启的功能要求，借助平面机构拓扑综合理论，引入不完全齿轮间歇机构构造变拓扑运动链，设计一条与其余运动支链不发生干涉的新型电动开启支链，且该电动开启支链需与电动保险支链通过单电机驱动协同动作实现门锁电动解锁、电动开启。

1.2.2 汽车智能门锁声音品质改善研究

针对汽车门锁瞬态声音品质评价过程中遇到的实验样本不易获取这一难题，提出利用ABAQUS有限元结合声学软件LMS. Virtual lab边界元仿真丰富声音样本数量的方法，对基于BP神经网络欠样本数据的主客观声音品质评价模型方法进行样本补充，提出多重降噪结构用于改善智能汽车门锁在电动开启过程中的声音品质。

1.2.3汽车智能门锁功能验证

基于电动开启支链的构型设计，根据机构运动简图，结合零件的安装空间、结构强度等对构建进行三维建模。然后，进一步根据电动开启支链的实际工作需求，不断优化零件结构，使该电动开启支链能够按节拍实现先完成电动解锁、电动开启等相应动作。

1.3 技术路线

针对汽车门锁电动开启需解决的关键技术，提出如图2所示的技术路线：

图2 智能电动开启车门锁设计技术路线流程图

1.3.1 智能门锁电动开启机构构型综合

以传统汽车门锁机构为研究基础，基于平面机构拓扑结构理论，得到如图3所示的门锁内部运动链机构简图：采用单开链迭加法进行电动开启支链的构型综合，以车门锁中的各机构运动相容性为约束，优选构型完成电动开启车门锁的设计，构造具有电动开启功能的新型智能汽车门锁。

图3 门锁内部运动链机构简图

1.3.2 电动开启支链变自由度柔顺五杆机构运动规律研究

汽车门锁电动开启支链需要同时满足电动开启、电动保险功能，新型柔顺机构构造的电动开启支链在锁内狭小空间，以多运动模式切换实现开启机构的多工况确定运动及复位运动。

表1 变自由度柔顺机构四种变模式运动

该机构具有过奇异位置运动确定无分岔、力自适应弹性复位、多运动模式等运动学特征，其不同驱动方式、限位边界可实现四杆机构运动、五杆机构运动和两类过奇异位形复位运动等多种运动模式及其模式切换。

平面四杆机构与二自由度五杆机构在此环境应用过程中都含有对功能支链的控制不完全和运动兼容性弊端，并且无法实现开启机构运动完毕后的准确复位，变自由度五杆机构的提出与应用是实现智能门锁在单驱动输出条件下多支链协同运动并复位运动的先决条件。

图4 柔顺五杆机构两种确定运动模式自由端运动轨迹

对于电动开启支链某些欠驱动连杆机构运动，混沌控制和反控制研究是避免或利用其混沌运动的关键问题。五杆机构滑槽中的扭簧改变了机构的受力状态，从而实现了对机构混沌运动的控制与反控制。弹簧在机构设计和实际工程中具有许多作用，系统中弹簧刚度从能量的角度调节机构中的能量流，如图5所示为不同弹簧刚度k的选型对电动开启支链运动轨迹的影响。基于此，结合电机驱动力矩可以优选出电动开启支链复位扭簧的最佳刚度。

图5电动开启支链柔顺副运动轨迹

1.3.3 智能门锁声音品质优化方案

针对新增电动开启支链所引入的噪声源，提出汽车门锁的声音品质的提升方案，设计如图6所示的多重降冲击减噪结构化机构间刚性碰撞为柔性接触。对于电动开启完成后解锁转盘、外开启连杆与锁壳体之间形成的尖锐撞击噪音，采用多重缓冲设计来减弱碰撞声音，原理可归纳为降低接触速度、柔性冲击与限制位移极限边界三个方面。

图6 智能车门锁电动开启支链声音品质提升结构

1.4 物理样机与功能测试

本项目已经完成了目标智能门锁的设计和样机的制造，进行物理实验验证：

（1）进行智能门锁不同密封力条件下电动开启力-行程测试与疲劳测试，如图7、图8所示，原保险电机在密封反力为600N时也能满足电动开启功能的要求。

图7 智能门锁样机与疲劳试验

图8 汽车智能门锁布置方式与多模式开启力-行程实验平台

图9 300N与600N密封反力条件下智能门锁电动开启实验

（2）依据如图10所示为基于LMS. virtual lab的声音品质仿真与LMS. test测试结果，智能汽车门锁解锁工况声压级和响度峰值对比分别为60.19dBA和12.21sone，符合产品设计要求。

图10 智能门锁声音品质仿真与实验

2、技术创新点

项目基于平面机构拓扑综合理论与变胞组合柔顺副以及柔顺机构的设计，提出单电机驱动多支路输出智能电动开启汽车侧门锁，创新点可总结为以下几点：

（1）车门锁开启方式创新：基于单开链拓扑理论，通过电机正向输出与反向输出分别实现汽车门锁的电动开启功能与电动上保险功能；利用间歇机构占比协调单电机对两支链运动时间控制。

（2）机构创新：提出变自由度柔顺五杆机构并将其作为电动开启支链操作机构，实现电动开启支链驱动后的自复位运动与顺应性运动；依据限位存在和驱动条件对柔顺机构进行运动模式划分；对二自由度运动模式下机构的运动稳定性进行数值分析。

（3）智能门锁声品质提高：提出针对智能门锁轻载齿轮振动与机构高速刚性冲击引起高响度振动噪声提升解决方案；设计多重降冲击减噪结构机构间刚性碰撞为柔性接触，基于声学波动方程对声音客观参量进行仿真。

（4）产品模块化设计：智能门锁电动开启传动机构设计方案可移植性高，可作为子模块加装于传统功能车门锁，实验验证各模块稳定性；辅助以车门电动铰链及距离感应系统，通过生物识别或物理按键方式实现车门的自动开启。

3、论文/专利/获奖情况

3.1国家发明专利

已授权：

1）《一种用于电动汽车门锁具有变拓扑结构的传动机构》；专利号：ZL 201910233980.2.

2）《一种减弱碰撞减少磨损具有主辅棘爪的新型棘轮棘爪机构》；专利号：ZL 201910258252.7.

3）《用于提高载运工具车/舱门锁电动开启声品质的折叠降噪组合装置》；专利号：ZL 202010162582.9.

进入实审：

1）《新型变自由度柔顺复合副构造的电动开启车门锁机构》申请号：201910233989.3.

2）《一种绳牵引汽车门锁检测装置》；申请号：202011478645.8.

3.2学术论文

1）Mingyuan Wang, Lubin Hang. Research and Application of Variable DOF Compliant Five-bar Mechanism Based on Novel Compliant Torsion Joint in Vehicle Side Door Latch[J]. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2020:234(19)：1-20.（SCI）

2）王明远，杭鲁滨，刘哲，黄晓波，陈勇，缪宏. 含变自由度力自适应复位组合柔顺副的汽车门锁机构[J]. 中国机械工程, 2020,31(12):1437-1443..

3）王炎, 杭鲁滨, 刘哲, 陈勇, 王思玲, 汪千升, 王明远, 白乐乐. 电动开启汽车门锁的传动机构连杆轨迹研究[J]. 机械传动, 2019, 43(05): 52-56.

4）王明远, 杭鲁滨, 黄晓波, 白乐乐, 汪千升. 含孔隙结构的新型直梁型柔性铰链研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(1): 102-108.

5）白乐乐，杭鲁滨，刘哲，缪宏，黄晓波，陈勇，华勇. 具有变拓扑特征的电动开启车门锁构型设计及拓扑描述[J].机械传动,2020,44(06):48-53.

6）汪千升，杭鲁滨，余亮，黄晓波，郭辉，王明远，刘哲，陈勇. 具有主辅棘爪的新型汽车门锁锁紧机构[J]. 机械科学与技术 ,2020,39(12):1930-1936.

4、成果应用及经济效益预测

项目最终产出包括硬件产品和服务两大类，产品包括新型智能电动开启汽车侧门锁硬件以及与其相关的配套控制程序，服务包括针对汽车“四门两盖”智能开闭方式与智能进入系统主辅功能设计。可以长三角地区汽车门锁制造商合作试点智能门锁的研发设计，快速介入上海、南京、常熟、宁波、台州等中高端汽车制造基地与智慧城市建设中去。

目前，全国汽车保有量达3.27亿辆，私家车的保有量突破2亿辆，为历史最高水平。其中，适用安装高端汽车门锁的车型占比约3成，前期批量生产售价为100元，按照2-3%市场份额汽车配备电动开启智能车门锁，保守估计可占约2.5亿元的智能汽车门锁市场份额。