探討營銷視閾下汽車側門結構設計中計算機輔助應用分析

■姜坤（鄭州信息工程職業學院）

汽車開閉件領域普遍使用CAE技術，目前技術應用已經非常成熟。汽車組成中開閉件作為主要功能件，直接影響到乘客駕駛體驗，側門作為成員上下汽車的主要通道，集中存在大量的功能件，因此結構設計時要考慮很多性能因素，如上下車便利性、車門開閉質量、玻璃升降等，這就需要設計人員依托相關要求完成設計，提升結構設計的質量，合理應用CAE 技術。

一、汽車領域中CAE技術分析

汽車生產制造領域中引入CAE技術后，可以在樣品生產前通過CAE技術模擬零部件甚至整部車的性能與運行情況，避免陷入傳統設計時不斷出現的設計-優化的重復過程，通過設計階段仿真分析解決這些問題，促進設計質量與效率的提升，縮短開發時間、降低所需的成本。

傳統車輛設計時依靠設計人員經驗進行定性分析，缺少定量數據分析方法，而通過使用CAE技術后降低產品自重并優化性能[1]。利用CAE技術后可以在相同時間內嘗試與對比更多設計方案，進而獲得更優秀的設計方案；將傳統設計領域經驗以量化形式出現，靈活與方便的特點使得CAE技術方便設計師進行仿真試驗與技術參數優化，增加設計經驗與設計能力；此外，設計師通過CAE技術預先評估汽車結構與性能，降低新產品開發時面臨的風險，并代替大部分的試驗，簡化設計過程，大幅度提升汽車設計質量與效率。

二、汽車領域發揮CAE技術的措施

（一）提升對CAE技術重視度

汽車制造企業持續推進內部CAE 團隊建設，并擴大CAE技術的應用范圍，深化技術應用深度。汽車CAE技術與技術管理共同作用下出現整車碰撞模型，可以通過這個模型建立衡量一個CAE 團隊的能力，逐步積累經驗，提升團隊的戰斗力。

（二）逐步完善CAE分析流程

對汽車制造企業自身的CAE分析流程進行完善、規范，并建立完整的評價標準。建立分析標準的途徑有兩條：利用試驗與仿真對比，構建產品的評價標準；借鑒其他行業經驗建立自己的CAE分析標準[2]。期間需要做好大量準備工作，并結合企業實際情況，推動企業長遠發展。

（三）不斷開發CAE軟件功能

CAE技術引入后減少試驗種類與次數，形成新的汽車開發模式，但不能錯誤地認為CAE技術可以解決所有問題。如果企業對CAE技術應用程度不斷加深，就需要二次開發軟件功能，建立完善的技術標準，有助于推動企業可持續發展。

三、汽車設計中CAE應用-以側門結構設計為例

（一）車門窗框剛度設計分析

車門窗框設計是整個汽車車門設計的重難點。目前，市面上進行車門窗框構造設計的方式主要有2 種。（1）采用整體式設計法。將車門內板和窗框劃分成一個統一整體，然后利用沖壓法，將其直接壓制而成。該結構獲得的精密度極好，而且制造成本低，在早期汽車市場中售賣的汽車，基本上都采用這種一體式門框設計；（2）采用拼焊設計法。在這種設計制作中，將原來窗框的一個整體劃分成3段，然后將這3段利用拼合焊接法重新焊制成一個窗框，這種窗框表面含有多處焊接接頭，而且在制作過程中對于焊接的技術操作要求較高[3]。整個窗框主體結構采用的是輥壓工藝制作，同樣對制作工藝技術要求很高，但這種制作方法所獲得窗框剛度較好，有利于突出汽車窗框造型設計，是當前汽車市場車門窗框設計的主流方式。

圖1窗框設計示意圖

如果車門窗框設計時剛度不足可能造成車門產生較大變形，也會誘發一系列問題，如影響玻璃車窗升降、行駛時出現異響、隔音效果不理想等，甚至會對乘坐舒適性產生影響。設計窗框剛度時，選擇前門分析，需要考慮A 柱寬度窗框寬度B柱上部寬度與下部寬度直接影響到窗框剛度，如圖1所示。

表1 3款在售車型車門窗數據( )㎜

如表1所示為現在市場上出現3款車型的車門窗數據，經過分析相關數據，可以發現其中緊湊型SUV 車型窗框剛度最好，并設置有寬大的后視鏡安裝結構，雖然會讓對駕駛視野產生影響，但設計時考慮滿足駕駛員視野需求，通過增加寬度模式提升整體車門窗的剛度[4]。

圖2車前門設計，

考察窗框剛度的方式就是將一定荷載施加在B柱角點，對產生的位移進行測試，如果位移控制在一定范圍內，保證窗框設計的剛度。如圖2所示為CAE加載示意圖，窗框角點施加集中荷載，并選擇鉸鏈與鎖扣處約束，對車門窗框剛度進行分析[5]。

（二）車門扭轉剛度設計分析

車門抗扭轉能力通過車門扭轉剛度體現出來。通常情況下車門扭轉變形是受到反向載荷出現扭矩作用而造成的。如果汽車行駛在不平的路面上，會出現車身變形進而引發車框變形。車框變形擠壓作用下造成車門窗框與下角點處產生反向載荷，引發車門出現扭轉變形。在設計時車門扭轉剛度不足，會造成車門框出現較大程度位移，車輛行駛時會出現車門抖動，對車門密閉性等方面產生影響，要重視設計車門扭轉剛度。

（1）設計鎖扣位置。如圖3所示，當車門處于關閉狀態時，鉸鏈與鎖扣3點固定方式，車身變形會對車門產生擠壓，再者擠壓力作用下和鎖扣之間產生扭矩。

圖3車側門設計示意圖

當出現扭轉情況時會在B柱上下角點處產生較大程度的位移。鎖扣位置設計直接影響到扭矩饒鎖扣扭轉，圖3中 5L和 6L分別是時鎖扣中心點到上下角點的位置，合適的設計需要控制兩者之間的比例，保證鎖扣布置處于均衡狀態。

表2中給出市場上幾款車型鎖扣位置布局的具體數據。通過分析可以看出 5L和 6L的比例為1.3上下，車門承受扭轉載荷上下角點位移較小且更均勻，其中A 級轎車設置的鎖扣位置 5L和 6L比例為1.81，位移較大，使得車窗框出現較大程度變形，不利于車床玻璃升降，甚至可能會出現玻璃異響。

表2車門鎖扣位置布局數據分析

（2）扭轉剛度CAE，扭轉剛度分析邊界條件為：約束鉸鏈6向自由度，約束鎖扣3向平動自由度，載荷施加于鎖扣位置，然后考察上下角點的位移。

四、結語

總而言之，設計汽車側門結構時，利用CAE分析項目內容，為側門結構設計與優化提供指導。避免出現設計階段驗證不足造成后期試裝、評價等出現問題，造成車輛設計制造成本增加。文中聯系實踐進行分析，希望可以為類似研究提供借鑒，推動我國汽車制造產業迅速發展。