基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板設(shè)計(jì)

張保林，歐陽(yáng)釗，徐振東，蔡姍姍，崔柳燕

福特汽車(chē)工程研究（南京）有限公司，江蘇南京 211106

0 引言

鉸鏈加強(qiáng)板主要通過(guò)鉚接或者焊接的方式與前艙蓋內(nèi)板相連，同時(shí)為前艙蓋鉸鏈提供固定點(diǎn)，起加強(qiáng)固定作用。前艙蓋通過(guò)鉸鏈與車(chē)身相連，在車(chē)輛行駛過(guò)程中，受車(chē)身扭轉(zhuǎn)與振動(dòng)等工況的激勵(lì)，會(huì)發(fā)生各個(gè)方向的扭轉(zhuǎn)、振動(dòng)等，導(dǎo)致前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板處所受的應(yīng)力相對(duì)集中且較大。整車(chē)開(kāi)發(fā)對(duì)減重、降本、開(kāi)發(fā)周期等方面的要求越來(lái)越高，使鉸鏈加強(qiáng)板也逐漸成為前艙蓋系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)與痛點(diǎn)[1]。為了使鉸鏈加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)達(dá)到要求，本文從鉸鏈加強(qiáng)板在歷史開(kāi)發(fā)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)出發(fā)，結(jié)合某公司上市車(chē)型的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，總結(jié)出前艙蓋外板與鉸鏈加強(qiáng)板外觀尺寸之間的關(guān)系，借助其在新開(kāi)發(fā)車(chē)型當(dāng)中的成功運(yùn)用，為整車(chē)的降本增效提供合理的方法借鑒。

1 鉸鏈加強(qiáng)板的案例介紹及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)研究

在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)初始階段，新開(kāi)發(fā)車(chē)型鉸鏈加強(qiáng)板的原始設(shè)計(jì)尺寸參考了同平臺(tái)車(chē)型的鉸鏈加強(qiáng)板尺寸（表1）[2]。在前期的CAE分析中，該車(chē)型的前艙蓋模態(tài)與抖動(dòng)量分析指標(biāo)無(wú)法滿(mǎn)足要求[3]。鑒于此，本文進(jìn)行了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的反復(fù)迭代與CAE分析驗(yàn)證，最終在前艙蓋內(nèi)板主體結(jié)構(gòu)不調(diào)整的前提下，將其H1的尺寸從最初的90.0 mm不斷加大到160.0 mm，L2的尺寸也從原始的213.7 mm加長(zhǎng)到278.4 mm，滿(mǎn)足了前艙蓋模態(tài)與抖動(dòng)量的分析指標(biāo)。圖1為前艙蓋總成的基本結(jié)構(gòu)。

圖1 前艙蓋總成的基本結(jié)構(gòu)

表1 新開(kāi)發(fā)車(chē)型鉸鏈加強(qiáng)板的關(guān)鍵尺寸與CAE分析結(jié)果對(duì)比

從歷史開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)出發(fā)，為了有效降低此問(wèn)題的發(fā)生率，同步快速求出鉸鏈加強(qiáng)板最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)?，F(xiàn)對(duì)已上市30款車(chē)型的前艙蓋外板與鉸鏈加強(qiáng)板相關(guān)尺寸進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與研究[4]，見(jiàn)表2，旨在探索各相關(guān)尺寸之間的關(guān)系，并同步運(yùn)用Minitab進(jìn)行數(shù)據(jù)的理論分析。

表2 已上市30款車(chē)型的前艙蓋外板與鉸鏈加強(qiáng)板相關(guān)尺寸

研究30款車(chē)型的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著前艙蓋外板尺寸L1不斷增加，對(duì)應(yīng)的前艙蓋鉸鏈加強(qiáng)板尺寸L2、H1也存在不斷增加的趨勢(shì)（確定前艙蓋鉸鏈選型后，H1的值為定值）。因此，對(duì)L1、L2、H1進(jìn)行相關(guān)分析，判斷三者之間是否存在具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的關(guān)系。對(duì)L2與L1、H1進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表3。L2～L1及L2～H1對(duì)應(yīng)的P值均小于0.05，說(shuō)明數(shù)據(jù)差異顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可得出L1、H1是影響L2的關(guān)鍵因子,與經(jīng)驗(yàn)猜想相吻合。

表3 L2與L1、H1的回歸分析結(jié)果

進(jìn)一步做回歸分析，建立回歸模型y=f（x），回歸分析結(jié)果見(jiàn)表3，回歸方程的P值小于0.05表明回歸方程有效。R-sq（調(diào)整）大于80%，說(shuō)明此回歸模型L2=-192.6+0.2714L1+0.794H1對(duì)L2的變異解釋效果很好，即回歸方程擬合有效。同時(shí)，由圖2可見(jiàn)，L2殘差無(wú)任何異常。綜上所述，所建立的回歸模型擬合效果很好。

圖2 L2殘差圖

運(yùn)用此方法，根據(jù)以往的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)同步探索W2與S1、W1之間的關(guān)聯(lián)，見(jiàn)表4。W2與S1間的P值小于0.05，說(shuō)明S1是W2的顯著影響因子。但W2與W1間的P值為0.382，大于0.05，說(shuō)明W1對(duì)W2的影響很小。故應(yīng)將W1從回歸模型中刪除并重新擬合模型，見(jiàn)表5，得到新的回歸方程W2=3.2+0.000077S1，重新擬合后的方程R-sq（調(diào)整）的擬合效果變好，同時(shí)P值與殘差分析無(wú)異常，故刪掉W1。但R-sq（調(diào)整）為65.67%，說(shuō)明A面造型（關(guān)聯(lián)外板抗凹）、密封面等噪聲因子對(duì)W2的影響也較大，但考慮到此因子無(wú)法具體量化，故將其作為影響W2的噪聲因子進(jìn)行控制，不納入回歸模型。

表4 W2與S1、W1的回歸分析

表5 W2與S1的回歸分析

2 在新開(kāi)發(fā)車(chē)型的實(shí)際運(yùn)用

在新項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析總結(jié)出來(lái)的回歸方程以及在鉸鏈加強(qiáng)板設(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí)際運(yùn)用情況，通過(guò)不同階段CAE的分析驗(yàn)證得出，前艙蓋板與鉸鏈加強(qiáng)板相關(guān)聯(lián)的CAE分析項(xiàng)均合格。前艙蓋模態(tài)與抖動(dòng)量的分析結(jié)果見(jiàn)表6和圖3[3]，充分說(shuō)明回歸方程的合理性。另外，同步對(duì)比了不采用此回歸方程而是運(yùn)用benchmark同平臺(tái)鉸鏈加強(qiáng)板進(jìn)行的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)中盡管與鉸鏈加強(qiáng)板相關(guān)聯(lián)的CAE分析項(xiàng)也合格，但其單車(chē)重量增加了126.8g，單車(chē)成本預(yù)計(jì)增加2元左右，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)過(guò)剩，造成重量與成本的浪費(fèi)，詳見(jiàn)表7。

圖3 前艙蓋抖動(dòng)量分析位置

表6 前艙蓋模態(tài)與抖動(dòng)量分析結(jié)果

表7 鉸鏈加強(qiáng)板前后設(shè)計(jì)對(duì)比

3 結(jié)論

通過(guò)研究理論數(shù)據(jù)及其在新開(kāi)發(fā)車(chē)型的實(shí)際運(yùn)用，可以總結(jié)出前艙蓋外板與鉸鏈加強(qiáng)板可基本滿(mǎn)足線(xiàn)性回歸方程：L2=0.2714L1+0.794H1-192.6（鉸鏈選型確定后，H1為定值）與W2=7.7×10-5S1+3.2。該結(jié)果可以作為鉸鏈加強(qiáng)板外形尺寸設(shè)計(jì)參考，以減少設(shè)計(jì)迭代。對(duì)比不同設(shè)計(jì)方案的CAE分析結(jié)果可有效降低鉸鏈加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)重量與成本，以達(dá)到整車(chē)減重將本的目的[5]。鑒于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的不斷增加與完善，其線(xiàn)性回歸方程也在不斷地得到修正，再加上一些潛在的影響因子無(wú)法具體量化，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果可能有一定的偏差。但總結(jié)出的回歸方程對(duì)鉸鏈加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)具有很好的借鑒意義，希望能給從事相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員提供幫助。