SUV車型后背門剛度設(shè)計(jì)

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SUV車型后背門剛度設(shè)計(jì)

張?zhí)?br/>（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心,河北保定071000）

摘要：后背門是汽車的重要部件，需要保證足夠的剛度。本文闡述了后背門剛度不足引發(fā)的一系列問題及后背門剛度CAE分析應(yīng)注重的考核項(xiàng)目，并通過列舉實(shí)例介紹了設(shè)計(jì)成功的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：后背門;剛度;品質(zhì)??

車門是汽車車身設(shè)計(jì)中十分重要而又相對獨(dú)立的一個部件，主要用于隔絕車外噪聲，并對來自外部的沖擊進(jìn)行緩沖，以保證乘客的安全性和舒適性。車門直接關(guān)系著整車的安全性、乘員操作與上下車的方便性、空氣動力特性、密封性和噪聲，因此車門必須保證一定的剛度。后背門作為車門系統(tǒng)中最大的開閉件，其整體剛度的大小更是對整車性能有較大影響。

1后背門剛度不足易導(dǎo)致的問題

（1）后背門關(guān)閉彎曲剛度主要考查后背門在關(guān)閉狀態(tài)下整體抗彎曲變形的能力，如果后背門彎曲剛度低會造成后背門變形較大，密封不嚴(yán)，影響車輛外觀和NVH性能。后背門開啟彎曲剛度主要考查后背門在按設(shè)計(jì)角度開啟最大狀態(tài)下，由于誤操作導(dǎo)致過開情況下后背門抵抗變形的能力；

（2）在整車裝配狀態(tài)下由于道路不平造成車身扭轉(zhuǎn)時(shí)，后背門須具備一定的抗扭轉(zhuǎn)性能，否則會造成后背門變形較大，影響車輛外觀和NVH性能。此外后背門在整車場裝配過程中，工作人員為調(diào)整后背門與后圍的間隙和面差會對后背門進(jìn)行人為的扭轉(zhuǎn)調(diào)整，若后背門自身扭轉(zhuǎn)剛度過低，扭轉(zhuǎn)時(shí)變形過大，會影響間隙和面差的調(diào)整；

（3）后背門外板上特征較少，是大面積的薄板結(jié)構(gòu)，必須保證具備一定的抗凹陷性能即能夠承受一定的外載而不發(fā)生較大的變形，否則車輛行駛中遇到路面濺起的石子沖擊時(shí)，外板很容易產(chǎn)生凹陷變形，影響汽車外觀，給車主造成經(jīng)濟(jì)損失。此外消費(fèi)者在選購車輛時(shí)，會進(jìn)行直觀測試，對車門外板等外覆蓋件進(jìn)行按壓以觀察其變形情況，若變形較大，直接影響顧客對車輛的初始印象。

（4）部分乘用空間大的SUV車型，后背門尺寸較大，在后背門自身重力、后背門氣撐桿支撐力及其它外力作用下，車門系統(tǒng)必須保持一定抵抗變形能力及卸載后恢復(fù)原裝能力，否則會導(dǎo)致車門出現(xiàn)下沉而無法正常關(guān)閉。所以應(yīng)附帶車身部門對后背門的下垂剛度進(jìn)行考查；

（5）由于后背門上安裝有鉸鏈、門鎖、氣撐桿、限位塊、雨刮電機(jī)等部件，這些關(guān)鍵的安裝點(diǎn)需要保證一定的剛度，如果安裝點(diǎn)剛度較低，局部變形較大，影響鉸鏈、門鎖等的安裝使用，直接影響后背門的整體剛度。

綜上，后背門的剛度考查需要針對關(guān)閉彎曲剛度、開啟彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、橫向剛度、外板凹陷剛度、下垂剛度共6種工況并結(jié)合后背門關(guān)鍵安裝點(diǎn)的局部剛度進(jìn)行反復(fù)論證、CAE分析及實(shí)件驗(yàn)證，對材料及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行評估。

2設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)特別注意的點(diǎn)

（1）外板總成應(yīng)盡可能減少零部件數(shù)量，避免多段焊接，降低外板總成剛度；

（2）后背門總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)避免出現(xiàn)懸臂結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致門總成剛度不足；如無法避免時(shí)，應(yīng)控制懸臂的尺寸，進(jìn)行最大優(yōu)化。

（3）關(guān)于后背門下沉問題：后背門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)下垂量較大時(shí)，應(yīng)考慮從下述幾方面進(jìn)行優(yōu)化：1）增加后背門鉸鏈固定底座的受力面積；2）后背門上鉸鏈安裝點(diǎn)位置進(jìn)行加強(qiáng)；3）后背門上的撐桿安裝點(diǎn)位置進(jìn)行加強(qiáng)；4）加強(qiáng)鉸鏈自身剛度；5）側(cè)開式后背門限位結(jié)構(gòu)車身件與車門件配合面積應(yīng)盡可能大，保證對后背門提供足夠的支撐力；

（4）關(guān)于限位、緩沖結(jié)構(gòu)；

?1）后背門總成在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如有限位結(jié)構(gòu)，其位置應(yīng)靠近后背門總成兩側(cè)中部，后背門關(guān)閉后，限位結(jié)構(gòu)的干涉量應(yīng)進(jìn)行充分論證；

?2）后背門緩沖塊為可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)，其與車身配合部位的干涉量應(yīng)進(jìn)行充分論證，建議不小于1.0mm；與緩沖塊配合的車身部位，應(yīng)為剛性結(jié)構(gòu)或剛性連接。

?3）側(cè)開式后背門下緩沖膠塊較大且不可調(diào)節(jié)時(shí)，其與車身對應(yīng)位置應(yīng)為間隙配合（建議為1.5～2.0mm），使車門過關(guān)時(shí)起緩沖作用。

（5）鉸鏈、鎖、限位裝置、后雨刮安裝點(diǎn)的強(qiáng)度問題。

3后背門剛性問題的改善案例

利用HyperMesh軟件建立有限元模型并采用Abasquas軟件在相同的載荷工況條件下計(jì)算剛度。多輪優(yōu)化改善后的設(shè)計(jì)與初版設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果剛度有明顯提升。如圖1，圖2。

表1設(shè)計(jì)更改前后的后背門剛度結(jié)果對比

4總結(jié)

用有效的分析手段，通過對后背門內(nèi)板及其加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)位置的調(diào)整可以極大的改善后背門剛度，隨之有效提升整車品質(zhì)。后背門剛度問題需要在前期設(shè)計(jì)中進(jìn)行有效評審和驗(yàn)證并充分對標(biāo)，如生產(chǎn)裝配過程中或消費(fèi)者使用過程中暴露后背門剛度問題，不僅增加因整改問題所造成的成本浪費(fèi)，且無法快速得到解決。

表2設(shè)計(jì)更改前后后背門關(guān)鍵安裝點(diǎn)剛度對比結(jié)果

圖1初版設(shè)計(jì)及改善方案

參考文獻(xiàn):

[1]萬德安,趙建才.轎車車身剛度有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[M],汽車工程,2001(06).

[2]郝琪,張繼偉,馬迅.轎車車門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J],湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2009(04).

圖2終版設(shè)計(jì)方案

[3]任康.汽車車身剛度分析及焊點(diǎn)布局優(yōu)化研究[J],合肥工業(yè)大學(xué),2014(05).

作者簡介：張?zhí)?1987-)，男，河北南宮人。