掀背式轎車尾門鉸鏈的車體安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

付逸群，田 佩

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

引言

目前，隨著汽車市場的不斷發(fā)展成熟，消費者對汽車的造型品質(zhì)追求也越來越高，因此車企對轎跑車型的研發(fā)也逐漸提上日程，因轎跑車型主要為“溜背型”結(jié)構(gòu)，尾門行李箱設(shè)計的相對較小，為獲得較為平順的“溜背型”造型結(jié)構(gòu)及較大的尾門開口，轎跑車型多采用“掀背式”結(jié)構(gòu)。但目前“掀背式”尾門安裝鉸鏈一般安裝在車體頂蓋與尾門分縫后部橫梁上側(cè)平面上，此種安裝結(jié)構(gòu)尾門鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸位于尾門與頂蓋分縫的外側(cè)，尾門包絡(luò)所需的車體結(jié)構(gòu)避讓空間較大，為滿足車體性能，容易犧牲后視野和頭部空間。

汽車掀背式尾門結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于SUV車型，因造型因素及布置空間限制，此種結(jié)構(gòu)無法應(yīng)用于轎車的掀背式尾門結(jié)構(gòu)，因此需要一種新的鉸鏈及其安裝結(jié)構(gòu)，既能夠滿足較小的安裝空間需求，最大程度保證后視野的最大化，又能滿足尾門重量增加帶來的結(jié)構(gòu)性能要求。

1 掀背式尾門鉸鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.1 尾門鉸鏈現(xiàn)有結(jié)構(gòu)方案

尾門通過兩個鉸鏈安裝在白車身后頂橫梁上，由于尾門尺寸較大，而且包括尾門玻璃、限位器、鎖體等附件以及內(nèi)外飾件，尾門總成質(zhì)量較大，車身尾門安裝點需要有較大的剛度，才能滿足尾門的工作性能要求[1]。

現(xiàn)有的掀背式尾門鉸鏈安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計中（一般為SUV車型），尾門鉸鏈安裝點處的鈑金結(jié)構(gòu)包括：①頂蓋外板、②頂蓋后橫梁、③頂蓋后橫梁連接板、④頂蓋后橫梁連接板加強板、⑤尾門安裝鉸鏈、⑥鉸鏈安裝螺栓螺母。鈑金①②③搭接形成鉸鏈安裝面，安裝面為水平面，尾門鉸鏈安裝在車體鈑金平面上，尾門鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸在分縫的外側(cè)，尾門旋轉(zhuǎn)包絡(luò)所需車體結(jié)構(gòu)避讓空間較大。

圖1 尾門鉸鏈處斷面示意

圖2 尾門鉸鏈安裝點處車體結(jié)構(gòu)及斷面示意圖

優(yōu)點：該方案能夠滿足尾門運動包絡(luò)及鉸鏈安裝點結(jié)構(gòu)及性能需求，有良好的防腐、密封性能。

缺點：該方案對布置空間要求較高，一般僅應(yīng)用于SUV車型。

1.2 尾門鉸鏈結(jié)構(gòu)改進方案

針對尾門鉸鏈問題現(xiàn)狀，解決轎跑車型掀背式尾門鉸鏈安裝問題?，F(xiàn)以某汽車為例介紹改進方案。

該方案通過一種新型的、能滿足尾門與頂蓋分縫包絡(luò)外向開啟的“小鵝頸式”尾門鉸鏈及其安裝點鈑金結(jié)構(gòu)，從而降低尾門分封處包絡(luò)對頂蓋橫梁避讓的需求，實現(xiàn)增大頂蓋橫梁的截面性能，在滿足頂蓋橫梁截面性能的情況下可最大化轎跑車型的后視野。

該方案由三部分組成：（1）車身安裝結(jié)構(gòu)（圖4）；（2）掀背式尾門結(jié)構(gòu)；（3）“小鵝頸式”尾門鉸鏈。尾門通過尾門鉸鏈安裝在車身上，尾門鉸鏈安裝點設(shè)計在頂蓋內(nèi)部橫梁上，尾門及鉸鏈由水平方向，從后向前裝配到車身上，通過限位支架將鉸鏈固定，尾門鉸鏈前安裝孔為自攻螺紋結(jié)構(gòu)，從車內(nèi)由下向上打緊鉸鏈（圖5）。

圖3 掀背式車身結(jié)構(gòu)

圖4 鉸鏈安裝點結(jié)構(gòu)

圖5 尾門鉸鏈尾裝配示意圖

鉸鏈安裝點結(jié)構(gòu)由鉸鏈安裝板、鉸鏈安裝加強板、鉸鏈安裝限位支架等組成。

尾門鉸鏈①安裝面為平面，由尾門鉸鏈安裝板②“凹字型”結(jié)構(gòu)及尾門鉸鏈加強板③上下搭接結(jié)構(gòu)提供，鉸鏈安裝在“凹字型”搭接結(jié)構(gòu)上（圖6），該結(jié)構(gòu)位于頂蓋外板⑤與頂蓋后橫梁處鉸鏈安裝板②形成的相對封閉的空腔之內(nèi)（圖6）。

圖6 斷面A-A 尾門鉸鏈尾裝配示意圖

鉸鏈安裝板設(shè)計有凸臺密封特征，與頂蓋外板之間采用膨脹膠進行連接，確保車身密封性能。

掀背式尾門（圖7）通過“小鵝頸式”尾門鉸鏈（圖8）安裝在車身上，尾門鉸鏈安裝點設(shè)計在頂蓋內(nèi)部橫梁上，尾門鉸鏈安裝板為“凹字型”結(jié)構(gòu)，尾門及鉸鏈由水平方向，從后向前裝配到車身上，通過限位支架將鉸鏈固定，從車內(nèi)由下向上打緊鉸鏈。以上結(jié)構(gòu)搭接既滿足了鉸鏈的安裝需求，又能保證車體結(jié)構(gòu)性能，且此種安裝結(jié)構(gòu)尾門開啟包絡(luò)為向外側(cè)開啟，可使車體后橫梁空腔截面得到最大化，提高了車體的整車剛度性能，進而可滿足后視野的最大化需求。

圖7 掀背式尾門結(jié)構(gòu)

圖8 “小鵝頸式”尾門鉸鏈

2 分析及驗證

2.1 CAE分析

鉸鏈安裝區(qū)域的鈑金應(yīng)力集中且過大導(dǎo)致鈑金開裂，是掀背式尾門比較常見的問題[2]。

有限元方法對于復(fù)雜的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計是最佳方法，通過有限元分析，得到白車身及其結(jié)構(gòu)件在各種工況下的變形，可精確計算白車身的強度等力學(xué)性能指標(biāo)。

現(xiàn)以該車型為例進行優(yōu)化方案的CAE分析驗證。下圖9為該車型CAE強度分析結(jié)果。在垂直沖擊2.5 g、制動1 g、左轉(zhuǎn)彎1 g、靜止起步等工況下尾門鉸鏈安裝板強度均滿足目標(biāo)要求。

圖9 CAE分析結(jié)果

2.2 實車驗證

該方案經(jīng)過多臺實車3萬公里可靠性試驗驗證，與CAE分析結(jié)果吻合。

3 結(jié)論

采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)提后，解決了掀背式轎車尾門鉸鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，該設(shè)計方案可以對其他類似車型的開發(fā)起到一定的參考與借鑒作用。