兩廂車后背門鉸鏈加強板設計解析

張德華

(奇瑞商用車(安徽)有限公司，安徽蕪湖 241000)

兩廂車后背門鉸鏈加強板設計解析

張德華

(奇瑞商用車(安徽)有限公司，安徽蕪湖 241000)

介紹兩廂車掀背式后背門鉸鏈加強板的布置方法，并針對某車型路試時后背門鉸鏈處內板鈑金開裂問題，提出整改措施并進行分析和驗證，最終得出一個最優(yōu)的設計方案，為后期掀背式后背門的開發(fā)提供參考。

后背門；鉸鏈加強板；結構分析；可靠性

0 引言

隨著經濟的快速發(fā)展，具有載貨拉客等優(yōu)點的兩廂微車在人們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，七座MVP也逐漸走進百姓家庭。掀背式后背門類型的兩廂車，設有寬大的舉升式后背門和活動后座椅，這就為擴展其用途提供了良好條件，折起后座椅，就可以比三廂車多了一個后貨倉，越來越受到廣大消費者的喜愛。為了方便乘員上下車和貨物的搬運及通過性，通常將后背門尺寸做得較寬大，相應的后背門門框的尺寸很小。這種兩廂車車身扭轉剛度和模態(tài)相對于三廂車較低，尤其是后背門門框的扭轉剛度較差，在車輛行駛過程中，由于車身的振動和扭轉等因素，后背門隨之發(fā)生扭轉、橫擺和下垂，后背門鉸鏈、鎖扣、限位器處局部鈑金易發(fā)生永久變形或者開裂，與側圍、后圍、后尾燈、后保險杠磕碰、掉漆甚至是損壞的現象。除此之外，后背門框和后背門的變形會導致門難關，密封防塵降噪性能下降。

隨著汽車三包政策的實施，因質量問題退換車的規(guī)定對汽車產品質量有著更嚴格的要求。為了車身系統的可靠性，工程師需要合理地設計后背門鈑金結構，達到結實耐用、顧客滿意的目的。文中僅針對兩廂車掀背式后背門在路試過程中遇到的鉸鏈處內板開裂問題，對其整改措施進行一些分析和驗證，并就整改解決過程作一個總結，為后期掀背式后背門開發(fā)提供參照和指引。

1 后背門鉸鏈加強板布置簡介

兩廂車掀背式后背門通過2個鉸鏈懸掛在車身后頂橫梁上，后風擋玻璃用玻璃膠粘接在后背門上，并與后保險杠、尾燈、后側圍組成整個廂式車尾部表面，具有良好的外形、間隙和結構匹配。

一般的后背門鈑金總成包括：后背門內板、后背門外板、左/右鉸鏈加強板、鉸鏈螺母板、氣彈簧加強板、雨刮電機加強板、尾燈安裝板、限位器加強板、門鎖加強板。后背門零部件爆炸圖如圖1。

1.1 后背門鉸鏈加強板的作用

在車輛行駛過程中，由于車身的扭轉和振動，后背門鉸鏈

受到前后左右上下各個方向的力，使其發(fā)生扭轉、橫擺和振動等各種工況。為保證后背門和車身連接的可靠性，后頂橫梁和后背門鉸鏈安裝處都必須有足夠的強度，以保護駕駛艙內部不受外部環(huán)境，起到防水防塵隔音的作用。后背門鉸鏈加強板正是為了滿足鉸鏈和后背門之間連接的可靠性要求而設計的。

1.2 后背門鉸鏈加強板的布置

通常在設計階段，有了cas面就可以開始后背門鉸鏈布置，可以做出頂蓋、后背門內板的斷面以及相關數據。與鉸鏈加強板相關的截面有03A和03C截面，如圖2所示。

03A截面可體現相關零部件的結構、料厚以及相關件的匹配關系，還能根據頂蓋與后背門的分縫線，查看后背門在旋轉時與頂蓋的最小運動間隙是否在3.5 mm以上。

03C截面主要表達的是后背門鉸鏈處的結構，要表達的零件有：后背門外板、后背門內板、后背門玻璃、高位剎車燈、

鉸鏈、頂蓋外板、頂蓋加強板、頂棚、后背門內飾、密封條、擾流板，主要表達的關鍵尺寸有：各個零件的材料和料厚、關鍵間隙與面差、焊接邊長度、后背門打開角度，參考圖3。

截面定義好之后，開始詳細的結構設計，這時需要綜合考慮各個方面的要求，如后雨刮系統洗滌管路、線束所需的內部通道空間，還有沖壓工藝、焊接工藝、涂裝工藝、總裝工藝是否符合實際生產狀況。幾種BM車型的鉸鏈加強板見圖4。

2 后背門鉸鏈加強板的結構分析

后背門鉸鏈加強板與后背門內板進行焊接，為鉸鏈安裝點提供一定的強度。鉸鏈區(qū)域的鈑金應力集中且過大導致鈑金開裂，是兩廂車掀背式后背門比較常見的問題。因此，如何降低此應力值是鉸鏈加強板結構設計中重要的研究內容。文中結合某車型在強化路試時鉸鏈處焊點和鈑金開裂情況，通過優(yōu)化鉸鏈加強板結構，利用CAE分析，尋求降低應力值的最優(yōu)方案。

2.1 鉸鏈處內板開裂問題描述與分析

某車型在初期強化路試時，其掀背式后背門左側鉸鏈處出現內板開裂，最大裂紋約15 mm，如圖5所示。

經實車鉸鏈拆解確認，并對此處數據進行校核，發(fā)現開裂處處于后背門鉸鏈活動頁板靠近內外板包邊的料邊，如圖6所示；同時對設計狀態(tài)的數據進行CAE強度分析，計算結果如圖7所示。

由CAE計算可知：最大應力為165 MPa，超出了內板的屈服強度140 MPa，且分析顯示的區(qū)域和實車開裂位置一致。

2.2 鉸鏈處內板開裂問題優(yōu)化及改進

參考CAE分析出的應力分布，結合設計數據狀態(tài)和周邊約束，制定了幾個比較方便實施的優(yōu)化方案。并對幾種優(yōu)化方案分別進行CAE分析，比對鉸鏈區(qū)域內板鈑金應力值，獲得最優(yōu)的更改方案。幾種優(yōu)化方案及CAE分析結構見圖8。

對比分析結果，方案二和方案三內板應力值降低較為顯著，遠低于內板的屈服強度。為了進一步的驗證方案的有效性，按照方案二和方案三制作了更改零部件的手工件，并按照方案要求涂結構膠和點焊，搭載整車進行可靠性路試驗證。路試完成后未發(fā)現鉸鏈處內板開裂問題，說明方案二和方案三成功解決此開裂問題。因方案三比方案二多一個螺母板需增加單車成本，理論分析對內板應力改善不大，道路試驗時方案二也驗證成功，故后期正式實施改進方案時選取方案二。

2.3 鉸鏈加強板結構設計思路

通過對實際問題的分析、優(yōu)化、CAE分析和道路試驗驗證后，得到最優(yōu)的鉸鏈加強板的結構改進設計方案，為后續(xù)的掀背式后背門設計提供參考。在設計后背門鉸鏈處截面(03C)時要充分考慮鉸鏈加強板往包邊處延伸，與內板貼合增加焊點。焊接寬度不夠時可考慮使用結構膠粘接，或者鉸鏈加強板繼續(xù)延伸到門包邊上，先與內板焊接，再進行內外板包邊。因焊接變形容易導致外板包邊處變形，內邊避讓鉸鏈加強板的沉臺區(qū)域容易包邊不實、涂膠困難等感官質量和工藝便利性下降，而鉸鏈加強板和內板之間涂結構膠，因涂膠設備和結構膠使用環(huán)境限制也存在諸多不便，故在鉸鏈布置時，盡量采用圖9方式，將鉸鏈加強板上端與內板的焊接面放到內外板包邊面外。有擾流板配置時，可采取內板、鉸鏈加強板、外板三層板焊接；若無擾流板遮蓋時，鉸鏈加強板與外板之間預留出3 mm以上間隙。

3 結論

由上述優(yōu)化方案和CAE分析結構，可得知鉸鏈加強板的形狀(結構、加強筋、翻邊等)和鉸鏈處內板的應力值有密切關系。但由于造型、結構、成本等因素的影響，在滿足后背門鉸鏈布置的情況下，鉸鏈加強板的結構會受到一定限制。這時就需要工程師綜合考慮，并結合CAE分析，將鉸鏈加強板結構做到最優(yōu)。與經過后期道路試驗來暴露結構設計的不足相比，在設計初期時，考慮增大鉸鏈安裝板周邊內板與鉸鏈加強板的接觸面積，改善鉸鏈加強板的結構，優(yōu)化加強板上筋的位置和形狀以及增加翻邊等方式，來提升鉸鏈區(qū)域剛度，避免應力集中，確保車身質量的可靠性。

【1】林程，王文偉，陳瀟凱.汽車車身結構與設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

【2】黃金陵.汽車車身設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

【3】劉鴻文.材料力學[M].4版.北京：高等教育出版社，2004.

燃油限值持續(xù)收緊車企如何邁過平均油耗5 L這道坎

持續(xù)多發(fā)的霧霾天氣，成為近期困擾國內多座城市、亟待解決的難題。相關環(huán)保專家指出，乘用車快速發(fā)展所造成的超標排放，是造成霧霾天氣的最大元兇。為了有效降低乘用車排放，工信部等五部委發(fā)布乘用車燃油限值標準，將分階段降低車企平均油耗，到2020年，燃油限值要降至5升/百公里。

車企油耗限值面臨大考

如何拉低平均油耗，成為車企面臨的一件頭疼事。我國從2005年7月開始實施乘用車燃油限值標準以來，已經歷三個階段，并且每年的燃油限值都在不斷下降。然而，車企的完成情況并不令人滿意。

根據工信部公布的“2014年度乘用車企業(yè)平均燃料消耗量情況”顯示：在91家國產乘用車企業(yè)中，有25家未達標；29家進口車企業(yè)中則有10家未能達標。其中，長安、一汽等大型國有車企因未達標而被點名。

同時，數據顯示，2014年自主品牌車輛百公里油耗不降反升。如果不考慮新能源車的核算影響，2014年國內乘用車的平均燃油消耗為7.22升/百公里，同比僅下降1.5%。此外，自主品牌企業(yè)平均燃油消耗量，同比甚至還增加了3%。明年，乘用車燃油限值目標將降至6.7升/百公里，車企的達標壓力進一步加大。

投放多種動力技術產品

面對逐漸遞減的燃油限值考核紅線，國內車企開始在技術上狠下功夫。有傳統能源技術儲備的企業(yè)，將重心放在小排量增壓發(fā)動機的研發(fā)上。而傳統能源技術實力偏弱的企業(yè)，則一邊引進小排量增壓發(fā)動機，一邊加速新能源車的投放力度。

大眾擁有多個排量的渦輪增壓發(fā)動機，輕松應對燃油限值標準，在國內車市下滑的大背景下依然能夠實現較高的銷量表現。豐田依靠國產雙擎動力車型，也大幅降低了平均燃油消耗量。奔馳、寶馬、奧迪等車企在大規(guī)模投放小排量渦輪增壓車型的同時，也在新能源車方面加大投入力度，以插電式混合動力車型切入市場，應對燃油限值目標的完成。與此同時，以上汽為代表的自主品牌，也在燃油車與新能源車上齊發(fā)力。

小排量發(fā)動機以及新能源技術已成為車企實現燃油限值目標最為現實的兩大技術，持續(xù)深挖技術潛力，將有助于車企在2020年實現燃油限值5升/百公里的目標。

加大自主研發(fā)力度

與外國品牌燃油發(fā)動機、新能源技術“兩條腿”走路相比，大多數自主品牌在動力技術領域仍處弱勢地位。在降低平均燃油消耗量方面，很多自主品牌車企依然需要借助購買發(fā)動機技術以及新能源技術的方式進行新產品的研發(fā)。

自主品牌只有擁有自主研發(fā)的動力技術，才能在降低車輛制造成本的同時進行可持續(xù)發(fā)展。

(來源：北京商報)

Some Expounds on the Designs of Reinf Hinge Tailgate of Hatchback

ZHANG Dehua

(Chery Commercial Vehicle(Anhui)Co.,Ltd.,Wuhu Anhui 241000,China)

Some layout methods about reinf hinge tailgate in hatchback were introduced. For a type of hatchback,inner panel of tailgate was cracked in road testing process. To solve the problem, related solutions were presented, analyzed and verified, then an optimal scheme was gotten. The research provides reference for tailgate design in future.

Tailgate; Reinf hinge tailgate;Structural analysis;Reliability

2015-07-18

張德華，男，工學學士 ，工程師，從事車身開閉件設計及開發(fā)工作。E-mail：zhangdehua@mychery.com。