全鋁車身后背門鉸鏈安裝點結構設計

顧華朋 張楊 徐望 馬麗春

摘 ?要：本文通過某車型全鋁車身設計過程中存在后背門餃鏈安裝點靜剛度不足的問題，從后背門安裝點處截面、搭接結構、料厚等多方面對其靜剛度不足原因進行了研究分析，提出提升后背門安裝點靜剛度性能的解決方案，并采取措施對后背門餃鏈安裝點處進行多方面優化。通過 CAE 分析對改進效果進行了驗證，結果表明優化后的模型滿足了設計目標要求。

關鍵詞：全鋁車身;后背門較鏈;安裝點;靜剛度

中圖分類號：U463.82+1 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1005-2550（2021）03-0089-04

Structural Design of Mounting Point of All Aluminum Body

Back Door

GU Hua-peng1， ZHANG Yang1， XU Wang1， MA Li-chun2

（1. Liaoning Zhongwang Group Co.， Ltd， Liaoyang 111003， China; 2. School of Material Science and Engineer， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

Abstract： Based on the problem of insufficient static stiffness of the Mounting point of the back door chain in the design process of an all aluminum car body， this paper studies and analyzes the reasons for the insufficient static stiffness from the cross section， overlapping structure， material thickness and other aspects of the installation point of the back door， puts forward solutions to improve the static stiffness performance of the installation point of the back door， and takes measures to optimize the installation point of the back door chain in many aspects It's not easy. The improvement effect is verified by CAE analysis， and the results show that the optimized model meets the design objectives.

Key Words： Aluminum alloy body; Back door chain; Mounting point; Static stiffness

顧華朋

畢業于河北科技大學，碩士研究生，現就職于遼寧忠旺集團有限公司，任生產運行副總經理，任職期間，榮獲遼寧省科技進步一等獎。主要研究方向之一為鋁合金車身及底盤零部件制備關鍵技術，國內外專業期刊發表論文4篇。

1 ? ?引言

在汽車的使用過程中，后背門通常易出現異響或晃動的現象，有時甚至會產生關閉困難或無法關閉的問題，這些間題與車身上后背門安裝點系統靜剛度有密切的關系。鋁合金相比于普通鋼材本身強度相對較低一些，因此對全鋁車身的靜剛度和強度提出了更高要求[1]。以某車型全鋁車身為研究對象，根據后背門鉸鏈安裝點結構靜剛度的仿真結果，通過改變頂蓋后橫梁以及鉸鏈加強板的結構和料厚等多個方面進行優化，最終達到了后背門鉸鏈安裝點靜剛度要求，并通過CAE模擬分析進行驗證。

2 ? ?安裝點靜剛度目標

2.1 ? 安裝點靜剛度定義

簡單來講靜剛度就是車身施加的載荷力與其產生的車身最大變形撓度之比，或使車身單位撓度所需的載荷大小[2]。

其中：EI—彎曲靜剛度，N/mm;F—安裝點最大載荷，N;△Z—安裝點對應的最大位移，mm。

2.2 ? 監測點選取

為了更準確直觀的反應后背門鉸鏈安裝點的變形情況，我們選取螺栓過孔的中心點為監測點，監測點p1、p2、p3、p4位置，如圖1所示：

2.3 ? 性能目標值設定

參考設計經驗和對標數值（表1），將研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點靜剛度目標值確定為1000N/mm[3]。

3 ? ?CAE仿真分析

對研究對象的3D數模建立有限元分析模型進行仿真，經計算研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點各監測點的靜剛度如表2所示：

分析結果顯示，研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點4處監測點的靜剛度在500N/mm左右，與設計目標值1000N/mm存在較大的差距。

4 ? ?分析結構優化方案

4.1 ? 鉸鏈安裝點截面分析[5]

將研究對象全鋁車身后背門鉸鏈安裝點處的截面與市面上兩款競品車進行對比分析，考察是否存在結構上的不合理情況。

如圖2至圖4所示，將車身截面圖對比分析，研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點的截面結構與傳統車型的截面結構均采用了較為可靠封閉腔體的結構形式，且安裝點處均為三層板以上，總厚度在4.5mm左右，因此結構設計不是后背門鉸鏈安裝點靜剛度不足的主要原因[4]。

4.2 ? 周邊搭接結構分析

如圖5至圖7所示，將研究對象的全鋁車身的鉸鏈加強板搭接結構及加強區域與競品車型進行對比分析。

對比圖中的加強區域可以發現，如圖5所示，研究對象車型的鉸鏈安裝加強板只是單純的一個盒子件形式與頂蓋后橫梁內板進行搭接，工況載荷下的應力幾乎全部集中在鉸鏈安裝點的平面上，最終導致了靜剛度嚴重不足。

此外我們對比發現競品車型鉸鏈安裝加強板的料厚基本上在1.5mm左右，考慮到鋁合金的強度相比于傳統的鋼材強度要更低一些，因此料厚也是影響鉸鏈安裝點靜剛度不足的另一方面原因。

4.3 ? 優化方案

經過前期的多方面分析，針對研究對象的全鋁車身的后背門安裝點靜剛度不足問題，提出以下的幾個優化方案：

（1）優化鉸鏈安裝加強板。如圖8所示，原來的結構中鉸鏈安裝加強板只是一個小的盒子件結構，于頂蓋后橫梁內板只有4個SPR點的連接，應力過于集中。現將其延長，增加與頂蓋后橫梁的搭接區域，增加6個SPR點位置。讓鉸鏈安裝加強板末端與流水槽產生搭接面，增加1個SPR點，提升整體的靜剛度性能。

x

（2）優化側圍上邊梁加強板。如圖9所示，將加強板與頂蓋后橫梁外板以及后流水槽的結構搭接進行延長，并且與鉸鏈加強板也設計了搭接結構，形成一個具有良好的力傳導的三向通道結構，提升整體靜剛度性能的前提下也保證了后背門鉸鏈安裝點的局部靜剛度。

（3）鉸鏈安裝加強板加厚。將全鋁車身的鉸鏈加強板料厚由1.5mm增加到2.0mm。

4.4 ? 優化方案效果驗證

根據優化方案進行3D數模的修改設計，重新建立車身的有限元模型，將優化改進后的模型進行分析計算。分析結果顯示車身后背門鉸鏈安裝點靜剛度的四處監測點均達到了設計目標值的要求，各監測點的靜剛度如表3所示：

5 ? ?總結

全鋁車身和鋼鋁混合車身是未來汽車白車身的主要發展方向[6]，由于全鋁車身和傳統車身在連接形式上存在一定差異，有些結構在設計上存在不同的需求。本文針對全鋁車身開發過程中后背門鉸鏈安裝點靜剛度不足問題進行了研究，通過對后背門鉸鏈安裝點處的截面、搭接結構及料厚進行了對比分析，提出了多個方面的改進方案，并將優化后的數模進行CAE仿真分析，最終優化后的后背門鉸鏈靜剛度達到了設計目標值的要求。目前針對全鋁車身后背門鉸鏈靜剛度的設計驗證研究文獻較少，本文對后續同類車型的研發提供了一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張攀，雷剛，廖林清.某汽車白車身靜剛度分析[J].重慶工學院學報，自然科學版，2008（4）：12-14，35.

[2]馬驪溟，朱智民，楊斌.轎車白車身有限元靜剛度與試驗靜剛度對比[J].長安大學學報：自然科學版，2013，33（6）：110-114.

[3]詹雯，時西芳，沈紅榮.后背門鉸鏈安裝點（骨架側）性能提升方案[J].農業裝備與車輛工程，2016，54（5）：82-84.

[4]于海博.車身結構設計與相關問題探討[J].技術與市場，2011（5）：126.

[5]劉鵬輝，徐家川，李迪，等.基于斷面的后背門設計方法[J].汽車科技，2019（5）：33-38.

[6]袁海波，褚東寧，康明，等.輕金屬材料鋁和鎂在東風汽車上的應用[J].汽車科技，2011（4）：1-5.