某車型車門鉸鏈安裝點(diǎn)剛度的優(yōu)化

廖小平　謝貴山　覃鵬飛

摘 要：文章對(duì)某車型車門鉸鏈安裝點(diǎn)剛度差的原因進(jìn)行分析，使用六西格瑪方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，識(shí)別影響剛度的關(guān)鍵零件，利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定設(shè)計(jì)空間獲取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)分析和對(duì)比最終確定實(shí)施方案，結(jié)果表明方案顯著提升了鉸鏈點(diǎn)安裝剛度。

關(guān)鍵詞：車門鉸鏈 安裝點(diǎn)剛度 六西格瑪設(shè)計(jì)

1 引言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)汽車外觀、質(zhì)量、性能的關(guān)注和要求也越來(lái)越高，外觀、質(zhì)量、性能也成為用戶對(duì)汽車評(píng)價(jià)的關(guān)鍵考慮因素，各個(gè)主機(jī)廠投入更多的資金和人力研究汽車產(chǎn)品和技術(shù)來(lái)提高用戶滿意度進(jìn)而提高口碑和銷量。消費(fèi)者對(duì)汽車外觀的關(guān)注度除了造型以外還有零件匹配狀態(tài)，比如零件之間的零件間隙大小和間隙均勻性，匹配狀態(tài)也體現(xiàn)了汽車制造廠的工藝水平和汽車質(zhì)量。車門和車身側(cè)圍的匹配間隙是汽車用戶經(jīng)常關(guān)注到的外觀間隙，在開(kāi)關(guān)門時(shí)候更是高關(guān)注度，車門與側(cè)圍的匹配是用戶關(guān)注汽車外觀的重要區(qū)域。影響車門與側(cè)圍間隙除了零件尺寸合格率以外，車門鉸鏈安裝點(diǎn)剛度也是重要影響因素。車門鉸鏈安裝點(diǎn)剛度差會(huì)導(dǎo)致車身在車門重力作用下出現(xiàn)變形，導(dǎo)致出現(xiàn)車門下垂與側(cè)圍間隙變小，下垂嚴(yán)重情況還會(huì)出現(xiàn)車門與側(cè)圍在開(kāi)關(guān)過(guò)程中干涉，引起用戶使用體驗(yàn)。

六西格瑪設(shè)計(jì)方法是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法把產(chǎn)品系統(tǒng)性能與相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系量化，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不僅能六西格瑪質(zhì)量水平的前提下實(shí)現(xiàn)低成本、高質(zhì)量，而且產(chǎn)品還能抵抗各種因素干擾，保證質(zhì)量的可靠性。六西格瑪設(shè)計(jì)方法有問(wèn)題識(shí)別、需求定義、概念開(kāi)發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、確認(rèn)和實(shí)施共5個(gè)工作步驟。汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，為適應(yīng)市場(chǎng)需求，產(chǎn)品需加快更新迭代速度，同時(shí)繼續(xù)保持成本領(lǐng)先的核心競(jìng)爭(zhēng)力，六西格瑪開(kāi)發(fā)出的低成本高質(zhì)量的產(chǎn)品才更有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1-2]。本文以解決某車型的車門鉸鏈安裝點(diǎn)剛度為例，用六西格瑪設(shè)計(jì)方法解決車身側(cè)的鉸鏈安裝的剛度差的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段通過(guò)六西格瑪方法識(shí)別影響車門與側(cè)圍間隙的關(guān)鍵控制因素，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提高安裝點(diǎn)剛度，提高質(zhì)量穩(wěn)定性，避免了車門與側(cè)圍外觀匹配間隙小的問(wèn)題，提升了汽車設(shè)計(jì)界質(zhì)量的可靠性。開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)可供其他項(xiàng)目和新項(xiàng)目借鑒。

2 問(wèn)題識(shí)別

問(wèn)題來(lái)源于目前市場(chǎng)一些車型存在車門與側(cè)圍外觀間隙上段大，下段小，間隙不均勻的問(wèn)題，這些問(wèn)題在、車門尺寸大重量重的車型尤為明顯。一些新車型造型相對(duì)以前外造型曲面更加多變，鉸鏈安裝點(diǎn)跨距小，實(shí)現(xiàn)剛度目標(biāo)難度加大。如圖1所示，側(cè)門是通過(guò)上、下鉸鏈與車身連接、開(kāi)啟、關(guān)閉；鉸鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)2顆安裝螺栓與車身側(cè)圍連接，其中1顆是車外往車內(nèi)打，1顆是在車內(nèi)往車外打。要提高車身側(cè)圍的鉸鏈安裝點(diǎn)剛度，需要通過(guò)設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)、材料、厚度等方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。[3]

3 定義要求

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)涉及到項(xiàng)目工程師、制造部、財(cái)務(wù)部、質(zhì)量部、客戶等區(qū)域，相關(guān)區(qū)域?qū)囬T鉸鏈安裝結(jié)構(gòu)的要求見(jiàn)表1。

其中設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的剛度要求見(jiàn)圖2：把側(cè)門打開(kāi)200mm，在門鎖中心位置加載負(fù)Z向800N，測(cè)量門鎖中心位置的位移量，位移量＜6.5mm則滿足剛度要求。影響剛度的因素：（1）參數(shù)A-上、下鉸鏈的跨距，鉸鏈跨距越長(zhǎng)對(duì)剛度越有利，反之跨距越短對(duì)剛度越不利；（2）參數(shù)B-門分縫到門末端的距離，距離越；（3）側(cè)圍B柱、鉸鏈的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要根據(jù)上述要求展開(kāi)研究。

4 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用經(jīng)驗(yàn)方法、結(jié)構(gòu)對(duì)標(biāo)、頭腦風(fēng)暴等方式確定以下4種開(kāi)發(fā)方案，見(jiàn)表2，對(duì)4個(gè)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析、確認(rèn)。

采用普氏矩陣對(duì)4個(gè)方案的衡量指標(biāo)進(jìn)行了初步的分析、對(duì)比，案D得分74分，優(yōu)于方案A、B、C，剛度接近目標(biāo)要求而且有重量、成本優(yōu)勢(shì)，因此選擇方案D做為基礎(chǔ)方案進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)分析。基礎(chǔ)方案也就是維持B柱加強(qiáng)板借用不變，新增內(nèi)加強(qiáng)板和鉸鏈螺母板，通過(guò)優(yōu)化內(nèi)加強(qiáng)板和螺母板的形狀、厚度、材料來(lái)達(dá)到成本、性能最優(yōu)。

5 優(yōu)化設(shè)計(jì)

從最新的平臺(tái)化材料庫(kù)選擇3種材料規(guī)格、3種厚度進(jìn)行內(nèi)加強(qiáng)板和螺母板的分析優(yōu)化，見(jiàn)表3。

表3的方案有4個(gè)控制因子，每個(gè)控制因子有3個(gè)水平，因此選擇L9正交列表來(lái)計(jì)算。利用軟件模擬在不同的控制因子水平和不同的噪音因子水平下，計(jì)算側(cè)門鉸鏈安裝點(diǎn)的剛度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

GM DFSS正交陣列設(shè)計(jì)和優(yōu)化工具計(jì)算得到的剛度信噪比S/N、均值β如下圖3、圖4所示，A、B說(shuō)明材料對(duì)于剛度影響不明顯，C3和D3說(shuō)明料厚越厚剛度越好（車身變形量越小剛度越好，屬望小特性）。從右圖來(lái)看，剛度最優(yōu)的選擇是：A、B任選一種規(guī)格，C、D選擇C3、D3。因子設(shè)計(jì)優(yōu)化：重量、成本方面，優(yōu)勢(shì)是L1＞L2＞L3，即屈服越低越便宜，厚度越小重量越輕。C1不滿足剛度要求，所以不可選。綜上考慮，最佳狀態(tài)是A1B1C2D1，剛度變形量為6.305。

6 確認(rèn)產(chǎn)品/過(guò)程性能

將最終方案的性能、重量、成本、制造性、平臺(tái)化進(jìn)行確認(rèn)，見(jiàn)表5。

最終方案的經(jīng)濟(jì)效益：?jiǎn)诬嚦杀緦?shí)現(xiàn)了降低，降低了48元（目標(biāo)）-41.28元（實(shí)際）=6.72元，年收益6.72*8萬(wàn)=53.76萬(wàn)/年，其中銷量按一年8萬(wàn)輛計(jì)算；單車重量實(shí)現(xiàn)了減輕，減輕4kg（目標(biāo)）-3.44kg（實(shí)際）=0.56kg；模具費(fèi)實(shí)現(xiàn)了降低，節(jié)省120萬(wàn)元。（左/右B柱加強(qiáng)板模具費(fèi)）

7 結(jié)語(yǔ)

文章以六西格瑪設(shè)計(jì)方法對(duì)車門鉸鏈安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)問(wèn)題識(shí)別、需求定義、概念開(kāi)發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、確認(rèn)和實(shí)施步驟實(shí)現(xiàn)了剛度提升，結(jié)果表明：

（1）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是結(jié)構(gòu)輕量化、節(jié)省費(fèi)用的最佳方法；

（2）材料對(duì)于剛度沒(méi)有直接影響，在滿足安全、剛度的前提下應(yīng)選擇等級(jí)低的材料，實(shí)現(xiàn)低成本設(shè)計(jì)；

（3）對(duì)于料厚，越厚剛度越高。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛運(yùn)朋.六西格瑪方法在汽車外觀間隙改善中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2021（02）：178-179.

[2]覃鵬飛，謝貴山，徐志丹，等.基于DFSS設(shè)計(jì)方法的車身結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2021，38（01）：108-114.

[3]滕平.鈑金式側(cè)門鉸鏈結(jié)構(gòu)形式與車門垂直剛度分析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（05）：45-46+48.

[4]曹德樂(lè).鉸鏈門垂直剛度優(yōu)化研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2015（05）：22-23.