淺談分體式后擾流板的設計與應用

蔣丕平　裴鐳

摘 要：文章主要闡述了后擾流板總成注塑成型工藝及其結構設計，簡單介紹多種后擾流板的結構設計及其工藝，結合成本、外觀質量、設計強度等方面，詳細介紹一種分體式后擾流板的結構設計方案。

關鍵詞：后擾流板 結構設計 注塑成型

1 引言

汽車后擾流板常被稱為尾翼，一般安裝在SUV車型及運動型轎車的尾部，用于汽車尾部的裝飾，能夠體現汽車運動化的造型風格。汽車后擾流板在設計上主要有以下功能：①作為空氣動力學部件之一，通過改善汽車尾流提高整車氣動性能[1]，減少車輛高速行駛時的上浮力節省燃料，保障汽車高速行駛時的穩定性[2]。②同時為高位剎車燈提供安裝位置。③提供尾門玻璃洗滌噴嘴的安裝位置。隨著汽車工業的快速發展，汽車造型風格越來越趨于年輕化，為滿足年輕化群體的需求，后擾流板的設計也越來越趨于多樣化，為滿足不同方案的設計需求，需采用不同的結構設計來實現造型風格。本文主要介紹了分體式后擾流板的總成方案，并對其結構設計及其要求進行說明。

2 后擾流板總成設計

行業內根據后擾流板的成型方式不同，主要分為吹塑成型和注塑成型。吹塑成型雖然有結構簡單，工藝簡單，模具成本低等優點;但是工序相對來說比較復雜，產品需要100%打磨，一次性合格率低，材料利用率低，外觀質量較差。

注塑成型又可分為單層注塑成型和雙層注塑成型。單層注塑成型工藝簡單，重量輕，成本低，但是單品的剛性比較弱。雙層板注塑的后擾流板即分體式后擾流板總成，該成型方式將產品分為內外板兩層結構，雖然質量較大，工裝及設備投入較大，但可滿足造型復雜多變的需求，外觀感知質量較好，常用于中高端車型。分體式后擾流板總成的結構形式可分為雙層板+焊接成型、雙層板+粘接成型兩種結構形式。

2.1 雙層板+焊接成型后擾流板總成

采用雙層板+焊接方式的后擾流板常見于SUV車型。該結構可以解決單層板結構設計強度不足、剛性弱等問題。在安裝時采用機械方式緊固與車身鈑金連接，機械方式緊固主要是采用螺栓或卡扣與車身鈑金進行連接（如圖1、圖2所示），內外板之間則是采用振動熔接進行連接。該產品結構相對結構比較復雜，裝配過程中需從背門內部進行組裝，安裝操作便利性差。并且采用專門的焊接設備，對于產量較小的車型來說，投入成本較大。

2.2 雙層板+粘接擾流板總成

采用雙層板設計時，如果外板一體成型，則不能滿足造型方案不同顏色的需求。結合造型方案及成本考慮，在滿足剛性需求的情況下，可采用雙層板+粘接結合的結構形式來實現不同效果的造型方案。本文以某車型后擾流板總成設計為例，重點介紹該總成結構的設計。

2.2.1 后擾流板總成的組成

后擾流板總成的主要包括外板、內板、側翼、安裝蓋板、定位卡扣、安裝卡扣、粘接膠條等組成（如圖3所示）。內板顏色可以根據造型方案需求噴涂不同顏色，實現內外板顏色的多樣化。

2.2.2 后擾流板的總裝方式

該后擾流板總成采用一個定位插銷、2個卡扣組件、4顆螺栓與背門外板鈑金鏈接。安裝時先利用定位插銷沿著插銷方向插入預先安裝在鈑金中的卡扣中，再將兩側卡扣卡入鈑金，卡扣卡入后可實現預安裝作用，然后再將螺栓從車輛后方打入鈑金，無需將背門打開即可實現安裝，最后將安裝孔蓋扣入后擾流板內板。此安裝方式簡單、快捷，適用于中期改款車型在車身背門鈑金最小改動的情況下新設追加后擾流板。

2.2.3 后擾流板本體的設計

后擾流板的本體由內板、外板、側翼及安裝孔蓋組成。內外板之間通過4顆螺釘及雙面膠鏈接，螺釘將內外板緊固后，螺釘與外板的安全距離設置在3.0mm（如圖4所示），這樣可以盡可能地降低螺釘座與外板的距離，增加緊固后的強度。

為保證螺釘安裝座的強度，安裝座根部追加R2以上的圓角以減少應力集中，降低開裂風險。在內外板與背門鈑金搭接處設計緩沖泡棉，可以避免在安裝過程中后擾流板刮掉車身鈑金的漆面;同時可以消除車輛行駛過程中后擾流板與背門鈑金之間相互碰撞產生的異音。內板與背門玻璃搭接的地方也同樣設計有緩沖泡棉，以消除安裝過程中后擾流板對背門玻璃的刮擦及行駛過程中的異響。

外板在設計時為了增加汽車尾部的下壓力，降低汽車的升力[3]，通過風洞試驗將其與L向下傾的角度設置為13.3°。此設計方式可以降低車輛行駛過程中背門處的風阻系數，增加車輛行駛的穩定性，提高燃油經濟性。在設計內板時，考慮到水汽會凝結在內外板之間形成的空腔內形成水滴，所以在內板最低處設置直徑為5mm的排水孔（如圖5所示）。同時內板與背門雨刮距離較近，為防止雨刮在作動過程中與內板產生干涉，設計時內板與背門雨刮包絡距離需大于10mm。內外板在L方向懸出尾門鈑金的長度，需通過CAE分析，在端部施加5kg的載荷后確保變形量在2.0mm以下。同時在保證洗車作業時后擾流板不脫落，在設計時需通過4點以上螺栓締結的方式與背門鈑金連接。

2.2.4 安裝孔蓋的設計

安裝孔蓋直接設計在后擾流板的內板上，通過卡扣與內板緊固（如圖4所示），能夠方便拆裝。為了防止孔蓋安裝后突出內板表面形成段差，在設計時孔蓋的表面相對于內板的表面低0.5mm。安裝孔蓋與內板的安裝配合的卡爪的卡接量，為保證卡接強度，將卡接量設計在2mm。安裝孔蓋是為了遮蓋螺栓安裝空間而設計的。在設計時，需考慮螺栓的安裝空間需求，根據螺栓尺寸而采用工具的安裝空間大小預留直徑23mm的安裝工具空間，并保證安裝軌跡不與安裝孔蓋結構產生干涉。同時考慮后擾流板的安裝操作方便性，在設計安裝孔蓋時在上部邊界設計開啟口。

2.2.5 后擾流板側翼的設計

后擾流板側翼采用PMMA免噴涂材料，其定位方式采用3個長方形的插銷進行定位，中間定位銷控制上下左右方向，兩側的2個定位銷控制左右方向。緊固方式采用2個螺釘組合件與內板本體連接（如圖6所示），同時通過熱熔方式與內板連接。在與內板配合處采用雙面膠進行粘接，以保證裝配后的外觀感知質量。在側翼與背門玻璃的配合處設置有緩沖泡棉，能夠在消除安裝過程中與玻璃的刮擦及行駛過程中的異音。

3 結語

為滿足消費者個性化需求，目前汽車行業設計更新迭代速度逐步加快，需要在較短的開發周期內以較低的開發成本實現安裝簡單、結構強度可靠的個性化造型設計。分體式擾流板的結構設計，即雙層注塑+粘接的結構形式，在既能滿足設計的強度要求，滿足設計品質的同時，又可實現造型風格的多樣化需求，相比于雙層注塑振動焊接結構方式，能夠避免投入較多的工裝設備，降低開發成本，可適用于中小改款車型開發，提高開發效率。

參考文獻：

[1]黃永輝.基于CFD的汽車外流場數值模擬及車身造型優化[D].長沙：湖南大學，2011.

[2]任斌.后擾流板對汽車空氣動力學特性影響的模擬研究[D].南京：南京航空航天大學，2008.

[3]任斌，趙又群.后擾流板攻角對汽車氣動特性影響的模擬研究.現代交通技術，2009（4）：98-101.