基于性能的車門內撐板輕量化設計

魏宇，喬敏，張延京

（陜西通家汽車股份有限公司，陜西 寶雞 722405）

1 引言

在車門的設計過程中，我們的原結構方案對標豐田某一款車，CAE部門進行了性能分析，滿足項目目標要求，但根據項目的輕量化目標分解，需車門總成繼續減重。經過對車門總成結構的分析，本文將車門內撐板作為減重方向，對其結構進行結構優化。

2 原結構方案

原車門結構方案采用內撐板和內撐板加強板焊接而成的內板撐板總成，其中內撐板材料為 B250P1，料厚 0.8mm，內撐板加強板材料為 B250P1，料厚 2.0mm，整個內撐板總成質量為2.62Kg。圖1中的截面圖表達了內板撐板總成與車門內板的結構關系。

圖1 原結構方案

3 優化結構方案

優化結構方案只采用內撐板，材料為 B250P1，料厚0.8mm，取消了內撐板加強板。相對于原結構方案：內撐板的下端和車門內板的焊點有所增加，內撐板的前后兩端增加了翻邊，并與車門內板的立面有焊接配合結構，整個內撐板與車門內板以及鎖加強板形成了盒狀腔體，同時在內撐板中間增加5個翻邊孔，有利于提高剛度，同時可以起到減重效果，圖2是內撐板與車門內板的配接關系，截面圖中的圓點即是焊點。優化結構的內撐板質量為0.72Kg，僅一個車門通過內撐板輕量化設計比原方案減重了 1.9Kg，對整個車門總成的輕量化目標貢獻很明顯。

圖2 優化結構方案

4 CAE性能分析驗證

基于經驗，車門內板撐板的結構變化對內板模態和車門腰線剛度影響較大，為此進行以下分析。

4.1 內板模態分析

約束：鉸鏈車身側螺栓孔和鎖體魚嘴中心的全部自由度。

加載：設置計算頻率范圍為1-100Hz。

分析結果見圖3，優化結構方案的內板模態為51.7Hz，項目定義內板模態不小于30 Hz，內撐板的結構優化方案模態優于原結構方案。

圖3 車門內板模態分析對比

4.2 車門腰線剛度分析

約束：鉸鏈與車身安裝點處、門鎖邊三處約束全部自由度，每處約束區域為長75mm，寬25mm，上下約束距離C-line和T-line各35mm，中間約束在C-line和T-line距離的1/2處。

加載：在玻璃升降區域窗框邊沿中部內板/外板處分別施加80N。

分析結果見圖 4，優化結構方案的內板加載點位移為0.71mm，輕量化結構方案腰線剛度比原結構方案有所降低，但仍符合項目定義的位移不大于0.8mm目標值，輕量化結構方案可行。

圖4 車門內板位移對比

其他性能參數對比見表 1，輕量化結構方案的性能滿足項目要求。

表1 CAE性能對比

5 結論

通過優化內撐板結構，結合CAE性能分析驗證，在滿足性能目標的情況下，輕量化設計可以實現車門的減重目標。