低成本乘用車內開把手結構設計優化

林美隨

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低成本乘用車內開把手結構設計優化

林美隨

（延鋒汽車內飾系統有限公司，上海 201206）

文章主要論述了運用CAE分析對乘用車門內開把手的背面安裝結構進行優化設計，使得內開把手在結構設計完畢開模時滿足剛度及濫用力要求，同時，利用結構優化設計實現同平臺車型內開把手零件共用從而實現降本目標。

CAE分析；內開把手；共用

前言

汽車產業在經歷高速發展后，逐漸進入發展的平穩期，伴隨著近年來汽車互聯網模式對傳統汽車商業模式的沖擊，以及人民生活水平的日益提高帶來汽車行業的高速發展和汽車技術的不斷更新使得汽車已經成為人們日常生活用品的一部分。良好的汽車性能，舒適的車內環境，以及低廉的汽車價格是消費者對汽車美好的需求?；ヂ摼W造車企業的發展加劇了汽車市場的爭奪。高端汽車消費市場品牌意識已經形成，因此，降低汽車生產成本，以適應目前汽車市場的消費環境，同時搶占中低端汽車消費市場，在消費者心里建設起高性價比的品牌意識是汽車企業發展的目標。

外觀臉譜化，家族化是近年來汽車外觀造型的趨勢，外觀家族化指的是為強化汽車某個造型特征而將該特征運用到品牌旗下的所有產品中去，家族化外觀特征有利于強化品牌意識，同時，家族化的外觀設計可以使得結構設計得到傳承，延續化的設計能夠使得產品結構得到最優化。當外觀造型完全一致時，工程往往尋求產品零件完全沿用，節省模具開發費用，便于最大程度的節省產品生產成本。然而由于產品周邊環境件及工藝條件的全然不同，同一產品沿用在一個全新車型上，對功能將產生諸多不確定的影響因素，產品的匹配及性能都需要重新驗證。本文主要論述通過結構優化設計及CAE分析手段，使得產品共用得以實現，從而降低生產成本。

1 內開把手性能要求指標

內開把手是汽車內飾重要的安全零件，功能失效將帶來車門無法開啟的風險。因此要求內開把手在各個工況條件下都能夠保證功能正常。內開把手性能指標要求如下：

濫用力測試：分別在40±3℃/20±3℃/80±3℃/+38 ℃ 95% RH 四種工況條件下進行濫用力測試，濫用力作用方向：垂直向上濫用力F7，垂直向下濫用力F8，水平負載濫用力F9，將門板總成按照使用狀態安裝在固定支架上，在內開把手手柄中央位置垂直向上施加250N濫用力，保持3s；在不同環境溫度下，分別測試3塊門板總成測試完畢后，要求所有測試門板總成零件功能正常，零件表面無發白現象，B面結構完好，無破損現象。

疲勞耐久測試：分別在20±3℃/+38 ℃ 95% RH/80±3℃/40±3℃四種工況條件下進行循環測試，將門板總成按照使用狀態安裝在固定支架上，按照常溫5.5W次、高溫高濕2.5W次、高溫1W次、低溫1W次共10W次模擬實車開關門循環試驗，測試完畢后，零件功能正常，零件表面無發白現象。

2 沿用內開把手數據狀態及周邊結構設計

為實現內開把手平臺共用，應盡量簡化內開把手平臺化對周邊環境件的設計限制。由于內開把手支架材料用料少，因此一般選擇模量較高性能優異的塑料材料，同時傳統設計是將螺釘安裝到鈑金的連接點直接設計在內開把手支架上，便于當內開扳手受力時，力能夠直接通過把手支架直接傳遞到鈑金上，從而保證內開把手性能滿足要求。內開把手平臺化設計時，考慮到固定螺釘點如長在把手支架上，將加大金屬鈑金件的設計難度，并存在固定點布置導致鈑金無法沖壓成型，從而無法完全沿用內開把手的風險。因此，內開把手平臺化設計將螺釘移到門板本體上，使得沿用內開把手的車型可以重新布置螺釘連接點，不受內開把手沿用限制。內開把手設計上采用4個焊接點連接在門板本體上，焊接點布置在受力區域，當內開把手受力時，有利于力的傳遞。當門板本體材料為傳統PP+EPDM-TD15材料時，內開把手CAE 分析能夠滿足濫用要求（由于材料無相關疲勞試驗參數，因此疲勞需使用產品實際驗證）。

圖1 內卡把手結構設計示意圖

作為低成本車型，減重降本，降低油耗，提高車子性價比是產品質量要求的重中之重。EIPP注塑工藝相比普通注塑可以減重20%，但EIPP填充時候如背部加強筋結構多且未形成閉環，產品表觀將產生流痕等缺陷。因此初期結構設計，門板本體上結構只有提供用于安裝定位內開把手的焊接柱及定位結構。內開把手正反面初期結構如圖1。

3 CAE模型建立及分析優化

初期內開把手結構設計完畢，轉換數據格式，按照1*1網格大小劃分網格后導入ANSYS 分析軟件進行濫用力分析。根據分析結果評估產品開發風險，利用CAE 分析結果，優化產品數據，降低開發風險。在低溫及常溫狀態下，CAE 分析內開把手濫用力，本體應變不大于20%且焊接點位置受拉力不超過100N（根據經驗值判斷門板本體在應變≥40%，焊接點在低溫/常溫狀態下受力不超過150N，高溫狀態下不超過100N為安全值）。判定低溫及常溫兩種狀態內開把手剛度符合設計要求。但由于EIPP 注塑發泡的原因，在高溫條件下材料性能急劇衰減，CAE 計算也同時反饋出了高溫情況下門板本體受濫用力存在破壞風險。初版內開把手數據高溫濫用力CAE 分析結果如下圖2：

圖2 初版內開把手數據高溫濫用力CAE分析

將內開把手4個固定點編號設置為16～19號，圖二顯示，連接門板到鈑金件的螺釘點區域應變達到了100%，在受向上濫用力時，18號點受120N拉力，在受向下濫用力時，16號點受132N拉力，在受水平濫用力是，17號點受127N拉力，此三處均存在內開把手濫用力失效的風險。需要進行結構優化。

解讀CAE 分析及對比初版CAE 數據，一：由于內開把手螺釘蓋板安裝結構布置不合理，導致螺釘固定點周邊門板本體結構弱，應變大；因此需要優化螺釘安裝點周邊結構。二：應變大導致零件發生撕裂失效通常發生在零件結構突變位置，因此加強固定點底部門板本體結構降低門板本體受力產生撕裂風險。三，焊接固定點在受壓力情況下不易壓潰，但受拉力情況下容易產生斷裂，因此，如果能夠針對受拉力嚴重的固定點上施加反向作用力，能夠解決安裝點受力斷裂的問題。然而門板本體由于模具加工問題，無法直接做結構向內開把手施加方向作用力。結構設計上根據周邊環境件條件，采用門板上裝支架上的結構，壓住內開把手，提供反向作用力。

根據CAE 分析優化內開把手環境件數據，同時，根據新數據結構，進行CAE 分析，結果如圖3。由CAE 分析結果顯示，原應變大導致失效的螺釘安裝點區域，數據優化后無風險。編號18&19號點高溫情況下濫用力滿足要求，但16&17號點受力值超過100N，存在高溫失效風險。

圖3 優化后CAE分析結果

根據CAE 分析結果，更換16&17號點連接為螺釘連接（螺釘連接點高溫濫用力150N為安全值）。

4 零件結構確定，試驗開始

按照CAE 分析確定的數據狀態，進行模具加工，并對總成零件進行試驗測試。在高溫條件下，內開把手受250N濫用力(F7/F8/F9三種濫用力狀態)試驗條件下，外觀完好，功能完好，拆下總成零件，背部結構完整未破壞，判定試驗結果滿足要求。在濫用力合格條件下，對內開把手進行疲勞耐久試驗。循環試驗結束后，內卡把手功能正常，未失效，滿足目標要求。

5 總結

汽車平臺化設計有助于強化汽車品牌意識及家族特征，零部件平臺化共用設計能夠極大的降低零件開發成本。汽車內飾零件要實現共用除了自身外觀造型完全一致外，零件自身的內部結構也需要盡量簡單，便于周邊環境件能夠與其匹配。同時，在設計過程中應充分考慮零件自身的性能要求，充分利用CAE分析工具優化設計，使得零件性能滿足輸入要求。最優化的結構設計，既提高了試驗一次性通過率，也對降本增質做了充分的補充。

[1] 班正逸,周利民,劉少峰.車門內把手設計開發[J].汽車實用技術, 2013, (9).

[2] 簡正偉.車門內飾板設計開發[J].汽車工程師, 2012, (3).

Optimization of the structure design of the open handle in low-cost passenger cars

Lin Meisui

( Yanfeng Automotive Interior Systems Co., Ltd., Shanghai 201206）

This paper mainly discusses the application of CAE analysis to optimize the B side structure of the inside release handle of vehicle. So that the insider release handle meets the requirements of stiffness and abuse of power when the structure design is finished. In the mean time, the structure optimization design is used to realize sharing with the parts of the inside relaese handle of the platform car, so as to achieve the goal of cost reduction.

CAE Analyzes; Inside Release Handle (ISRH); Share

A

1671-7988(2019)03-57-03

U463.83

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1671-7988(2019)03-57-03

U463.83

林美隨，就職于延鋒汽車內飾系統有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.016