汽車開閉件系統(tǒng)開發(fā)概述

張雷 房長江 蔡金偉 姚征

1.北京汽車股份有限公司 北京市 101300 2.博坦德工業(yè)工程技術(shù)（上海）有限公司長春分公司 吉林省長春市 130013 3.長春凱迪汽車車身設(shè)計(jì)有限公司 吉林省長春市 130000 4.錦州師范高等專科學(xué)校 遼寧省錦州市 121001

1 引言

汽車開閉件包含了可以開閉的車身構(gòu)件，例如發(fā)蓋、車門和行李箱蓋。汽車開閉件是車身的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)件，其靈活性、堅(jiān)固性、密封性等方面的特點(diǎn)，對(duì)汽車產(chǎn)品的使用質(zhì)量有重要的影響。因此，對(duì)汽車開閉件的開發(fā)流程、設(shè)計(jì)方法及驗(yàn)證手段進(jìn)行探究，對(duì)于提升汽車品質(zhì)有著十分重要的意義。

2 開發(fā)流程

汽車開閉件系統(tǒng)的開發(fā)流程，可大致分為前期分析、工程設(shè)計(jì)、后期分析、實(shí)車驗(yàn)證、產(chǎn)品定型等五個(gè)階段。

2.1 前期分析

汽車開閉件系統(tǒng)的前期分析，首先是參考車、競(jìng)爭(zhēng)車的解析對(duì)標(biāo)，形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，作為重要的設(shè)計(jì)參考。根據(jù)所開發(fā)車型的市場(chǎng)和用戶群定位，以及造型主題，確定關(guān)鍵零部件的初步技術(shù)方案，包括結(jié)構(gòu)形式、裝配狀態(tài)、通用化、DFMEA等方面在內(nèi)的設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)初步的技術(shù)方案，應(yīng)對(duì)所涉及的零件進(jìn)行涉及成本的VA/VE分析，確定低成本方案，以及是否需要引進(jìn)低成本供應(yīng)商的結(jié)論性分析。同時(shí)，還要根據(jù)初步的技術(shù)方案，向造型輸入設(shè)計(jì)硬點(diǎn)，特別是影響造型的相關(guān)零件數(shù)據(jù)。

在市場(chǎng)部門的產(chǎn)品調(diào)研、造型部門的創(chuàng)意草圖和重要硬點(diǎn)的總布置完成后，最終確定關(guān)鍵零部件的技術(shù)方案，包括詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路、技術(shù)開發(fā)要求、DFMEA等。

在造型效果圖、CAS面、模型、A面完成后，應(yīng)對(duì)其在零部件布置、制造工藝性、質(zhì)量控制等方面進(jìn)行分析，并向造型反饋分析結(jié)果，跟蹤問題的解決情況，另外還應(yīng)在模型制作前提出外觀間隙斷差要求，在模型凍結(jié)時(shí)，涉及外觀的初步主斷面應(yīng)同時(shí)凍結(jié)。

2.2 工程設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)階段的工作并不僅僅限于3D數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，更多的是2D數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)文件的編制，主要包括公差定義、技術(shù)條件、產(chǎn)品特性清單等。

3D數(shù)據(jù)體現(xiàn)的是零件的外觀、結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，詳細(xì)的尺寸、公差應(yīng)通過2D圖來定義。2D圖應(yīng)根據(jù)零件的不同用途，以及同一零件中不同區(qū)域的功能，對(duì)尺寸和公差進(jìn)行合理定義，既要避免因公差偏大而造成的裝配和使用誤差，又要避免公差偏小而造成的不必要的制造要求。

2.3 后期分析

在工程數(shù)據(jù)發(fā)布后，應(yīng)通過軟件模擬的手段，對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，主要包括DMU檢查、CAE分析和SE分析三個(gè)部分。

DMU檢查即電子樣車單元檢查，是指將全車數(shù)據(jù)裝配成一個(gè)整體，對(duì)相互之間的裝配、間隙等關(guān)系，以及運(yùn)動(dòng)軌跡、包絡(luò)進(jìn)行檢查。

CAE分析是對(duì)整車零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用有限元方法，對(duì)碰撞安全、車體結(jié)構(gòu)性能、開閉件剛度、整車模態(tài)、NVH等方面進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析。

SE分析是借助工藝成形軟件及工藝人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)整車零件的工藝性進(jìn)行詳細(xì)分析，包括沖壓、焊接、涂裝、總裝四大工藝的檢查。

2.4 實(shí)車驗(yàn)證

實(shí)車驗(yàn)證包括兩個(gè)重要組成部分，樣車裝配和試驗(yàn)驗(yàn)證。

樣車裝配過程中，可以對(duì)開閉件系統(tǒng)的裝配關(guān)系、運(yùn)動(dòng)軌跡、公差設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行充分驗(yàn)證，這一階段出現(xiàn)的問題，都應(yīng)反饋回設(shè)計(jì)上進(jìn)行仔細(xì)檢查，由此判斷是設(shè)計(jì)問題、工藝問題還是質(zhì)量問題，從而進(jìn)行有目的性的整改。

開閉件系統(tǒng)的試驗(yàn)主要包括疲勞試驗(yàn)、剛度試驗(yàn)等臺(tái)架試驗(yàn)，以及作為整車的組成部分，進(jìn)行碰撞、NVH等試驗(yàn)。試驗(yàn)是對(duì)CAE分析結(jié)果的進(jìn)一步驗(yàn)證，同時(shí)也對(duì)工程設(shè)計(jì)、樣車裝配、零件質(zhì)量提出進(jìn)一步的改進(jìn)方向。

2.5 產(chǎn)品定型

經(jīng)過實(shí)車驗(yàn)證合格后的產(chǎn)品，隨著整車開發(fā)項(xiàng)目通過投產(chǎn)簽署，應(yīng)進(jìn)入產(chǎn)品定型階段。產(chǎn)品定型階段的工作主要包括數(shù)據(jù)歸檔、技術(shù)文件編制及歸檔等。

歸檔的數(shù)據(jù)包括主斷面圖、3D、2D、技術(shù)條件，應(yīng)按統(tǒng)一的要求進(jìn)行歸檔，并確保數(shù)據(jù)的可讀性和正確性。

3 設(shè)計(jì)方法

從開發(fā)思路上來看，開閉件的設(shè)計(jì)方法分為正向和逆向兩種形式。

3.1 正向設(shè)計(jì)

正向設(shè)計(jì)是通過CATIA等設(shè)計(jì)軟件，全新地設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)形式、裝配關(guān)系，由此確定零件的尺寸公差、性能要求、材料要求等。

正向設(shè)計(jì)的靈活度高，可以根據(jù)不同車型的要求和實(shí)際的裝配環(huán)境，設(shè)計(jì)出滿足該車型和環(huán)境所要求的零件，但由于是全新設(shè)計(jì)，不僅周期長，而且設(shè)計(jì)可靠性較低，依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平，同時(shí)要通過相關(guān)的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)大，成本高。

3.2 逆向設(shè)計(jì)

逆向設(shè)計(jì)是通過掃描現(xiàn)有的零件，在計(jì)算機(jī)中形成點(diǎn)云，并通過相應(yīng)的軟件（如Surface等）進(jìn)行后期分析處理，得到零件的結(jié)構(gòu)形式、裝配關(guān)系，從而參考現(xiàn)成零件確定尺寸公差、性能要求、材料要求等。

逆向設(shè)計(jì)的周期短，設(shè)計(jì)可靠性較高，可以減少甚至取消相關(guān)的試驗(yàn)，設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小，成本低，但其靈活度低。由于受到車型和裝配環(huán)境的限制，可能會(huì)為了借用而影響到周邊零件以及自身功能的充分發(fā)揮，同時(shí)還存在專利侵權(quán)的隱患。

4 驗(yàn)證手段

開閉件系統(tǒng)的驗(yàn)證包括計(jì)算機(jī)驗(yàn)證和實(shí)物驗(yàn)證兩大類。DMU、CAE、SE等計(jì)算機(jī)分析驗(yàn)證手段已經(jīng)在前文有所提及，這里僅對(duì)涉及開閉件系統(tǒng)的試驗(yàn)作簡(jiǎn)要介紹。

4.1 剛性試驗(yàn)

開閉件系統(tǒng)的主要?jiǎng)傂栽囼?yàn)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）發(fā)蓋扭轉(zhuǎn)剛性試驗(yàn)：所測(cè)得的載荷—位移曲線圖應(yīng)連續(xù)變化無突變（臨界點(diǎn)除外）；剛性指標(biāo)應(yīng)大于2000Nm/rad。

（2）門柱（15°角和全開）剛性試驗(yàn)：對(duì)于轎車車門，當(dāng)載荷為1000N時(shí)，最大位移量應(yīng)不大于8mm，永久變形量應(yīng)不大于0.5mm。

（3）車門窗框變形測(cè)量：所測(cè)得的載荷—位移曲線圖應(yīng)連續(xù)變化無突變（臨界點(diǎn)除外）；當(dāng)載荷為200N時(shí)，位移量應(yīng)不大于8mm。

（4）背門開啟位置和鎖止位置的扭轉(zhuǎn)剛度：所測(cè)得的載荷位移曲線圖應(yīng)連續(xù)變化無突變；當(dāng)載荷為50N時(shí)，最大位移量應(yīng)不大于6.00mm（開啟）和3.00mm（鎖止）。

4.2 疲勞試驗(yàn)

開閉件系統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)主要項(xiàng)目和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）發(fā)蓋加力開閉、完全開閉和側(cè)向加載疲勞試驗(yàn)：進(jìn)行5000次開閉試驗(yàn)后發(fā)蓋及各附件工作應(yīng)良好；發(fā)蓋和車身上無破壞、變形等現(xiàn)象。

（2）背門加力開閉和完全開閉疲勞試驗(yàn)：進(jìn)行15000次開閉試驗(yàn)后背門及各附件工作應(yīng)良好；背門和車身上無破壞、變形等現(xiàn)象。

（3）旋轉(zhuǎn)門加力疲勞試驗(yàn)：試驗(yàn)后旋轉(zhuǎn)門及各附件工作應(yīng)良好；旋轉(zhuǎn)門和車身上無破壞、變形等現(xiàn)象。（玻璃全開25000次，半開25000次）。

（4）旋轉(zhuǎn)門完全開閉疲勞試驗(yàn)：進(jìn)行40000次開閉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后前門及各附件工作應(yīng)良好；試驗(yàn)中和結(jié)束后前門開關(guān)不應(yīng)有異響；前門開門限位器不能有變形、損壞；扭矩不應(yīng)下降；前門開關(guān)力變化在10%以內(nèi)。

（5）旋轉(zhuǎn)門邊緣加載和垂直加載疲勞試驗(yàn)：進(jìn)行50000次試驗(yàn)后旋轉(zhuǎn)門及各附件工作應(yīng)良好；旋轉(zhuǎn)門、鉸鏈立柱無破壞、變形等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

開閉件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在整車開發(fā)過程中是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立但又非常復(fù)雜的工作，本文只是簡(jiǎn)單的對(duì)其開發(fā)流程、設(shè)計(jì)方法、驗(yàn)證手段等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述。在開發(fā)過程中還有許多更具體更復(fù)雜的工作。在將來的開閉件開發(fā)中將采用模塊化設(shè)計(jì)，其具有減少裝配時(shí)間，在規(guī)?；a(chǎn)中更節(jié)約成本、維修方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)零部件的設(shè)計(jì)、開閉件材料的開發(fā)提出來更高的挑戰(zhàn)。