两厢车后背门铰链加强板设计解析

张德华

(奇瑞商用车(安徽)有限公司，安徽芜湖 241000)

两厢车后背门铰链加强板设计解析

张德华

(奇瑞商用车(安徽)有限公司，安徽芜湖 241000)

介绍两厢车掀背式后背门铰链加强板的布置方法，并针对某车型路试时后背门铰链处内板钣金开裂问题，提出整改措施并进行分析和验证，最终得出一个最优的设计方案，为后期掀背式后背门的开发提供参考。

后背门；铰链加强板；结构分析；可靠性

0 引言

随着经济的快速发展，具有载货拉客等优点的两厢微车在人们的生活中发挥着越来越重要的作用，七座MVP也逐渐走进百姓家庭。掀背式后背门类型的两厢车，设有宽大的举升式后背门和活动后座椅，这就为扩展其用途提供了良好条件，折起后座椅，就可以比三厢车多了一个后货仓，越来越受到广大消费者的喜爱。为了方便乘员上下车和货物的搬运及通过性，通常将后背门尺寸做得较宽大，相应的后背门门框的尺寸很小。这种两厢车车身扭转刚度和模态相对于三厢车较低，尤其是后背门门框的扭转刚度较差，在车辆行驶过程中，由于车身的振动和扭转等因素，后背门随之发生扭转、横摆和下垂，后背门铰链、锁扣、限位器处局部钣金易发生永久变形或者开裂，与侧围、后围、后尾灯、后保险杠磕碰、掉漆甚至是损坏的现象。除此之外，后背门框和后背门的变形会导致门难关，密封防尘降噪性能下降。

随着汽车三包政策的实施，因质量问题退换车的规定对汽车产品质量有着更严格的要求。为了车身系统的可靠性，工程师需要合理地设计后背门钣金结构，达到结实耐用、顾客满意的目的。文中仅针对两厢车掀背式后背门在路试过程中遇到的铰链处内板开裂问题，对其整改措施进行一些分析和验证，并就整改解决过程作一个总结，为后期掀背式后背门开发提供参照和指引。

1 后背门铰链加强板布置简介

两厢车掀背式后背门通过2个铰链悬挂在车身后顶横梁上，后风挡玻璃用玻璃胶粘接在后背门上，并与后保险杠、尾灯、后侧围组成整个厢式车尾部表面，具有良好的外形、间隙和结构匹配。

一般的后背门钣金总成包括：后背门内板、后背门外板、左/右铰链加强板、铰链螺母板、气弹簧加强板、雨刮电机加强板、尾灯安装板、限位器加强板、门锁加强板。后背门零部件爆炸图如图1。

1.1 后背门铰链加强板的作用

在车辆行驶过程中，由于车身的扭转和振动，后背门铰链

受到前后左右上下各个方向的力，使其发生扭转、横摆和振动等各种工况。为保证后背门和车身连接的可靠性，后顶横梁和后背门铰链安装处都必须有足够的强度，以保护驾驶舱内部不受外部环境，起到防水防尘隔音的作用。后背门铰链加强板正是为了满足铰链和后背门之间连接的可靠性要求而设计的。

1.2 后背门铰链加强板的布置

通常在设计阶段，有了cas面就可以开始后背门铰链布置，可以做出顶盖、后背门内板的断面以及相关数据。与铰链加强板相关的截面有03A和03C截面，如图2所示。

03A截面可体现相关零部件的结构、料厚以及相关件的匹配关系，还能根据顶盖与后背门的分缝线，查看后背门在旋转时与顶盖的最小运动间隙是否在3.5 mm以上。

03C截面主要表达的是后背门铰链处的结构，要表达的零件有：后背门外板、后背门内板、后背门玻璃、高位刹车灯、

铰链、顶盖外板、顶盖加强板、顶棚、后背门内饰、密封条、扰流板，主要表达的关键尺寸有：各个零件的材料和料厚、关键间隙与面差、焊接边长度、后背门打开角度，参考图3。

截面定义好之后，开始详细的结构设计，这时需要综合考虑各个方面的要求，如后雨刮系统洗涤管路、线束所需的内部通道空间，还有冲压工艺、焊接工艺、涂装工艺、总装工艺是否符合实际生产状况。几种BM车型的铰链加强板见图4。

2 后背门铰链加强板的结构分析

后背门铰链加强板与后背门内板进行焊接，为铰链安装点提供一定的强度。铰链区域的钣金应力集中且过大导致钣金开裂，是两厢车掀背式后背门比较常见的问题。因此，如何降低此应力值是铰链加强板结构设计中重要的研究内容。文中结合某车型在强化路试时铰链处焊点和钣金开裂情况，通过优化铰链加强板结构，利用CAE分析，寻求降低应力值的最优方案。

2.1 铰链处内板开裂问题描述与分析

某车型在初期强化路试时，其掀背式后背门左侧铰链处出现内板开裂，最大裂纹约15 mm，如图5所示。

经实车铰链拆解确认，并对此处数据进行校核，发现开裂处处于后背门铰链活动页板靠近内外板包边的料边，如图6所示；同时对设计状态的数据进行CAE强度分析，计算结果如图7所示。

由CAE计算可知：最大应力为165 MPa，超出了内板的屈服强度140 MPa，且分析显示的区域和实车开裂位置一致。

2.2 铰链处内板开裂问题优化及改进

参考CAE分析出的应力分布，结合设计数据状态和周边约束，制定了几个比较方便实施的优化方案。并对几种优化方案分别进行CAE分析，比对铰链区域内板钣金应力值，获得最优的更改方案。几种优化方案及CAE分析结构见图8。

对比分析结果，方案二和方案三内板应力值降低较为显著，远低于内板的屈服强度。为了进一步的验证方案的有效性，按照方案二和方案三制作了更改零部件的手工件，并按照方案要求涂结构胶和点焊，搭载整车进行可靠性路试验证。路试完成后未发现铰链处内板开裂问题，说明方案二和方案三成功解决此开裂问题。因方案三比方案二多一个螺母板需增加单车成本，理论分析对内板应力改善不大，道路试验时方案二也验证成功，故后期正式实施改进方案时选取方案二。

2.3 铰链加强板结构设计思路

通过对实际问题的分析、优化、CAE分析和道路试验验证后，得到最优的铰链加强板的结构改进设计方案，为后续的掀背式后背门设计提供参考。在设计后背门铰链处截面(03C)时要充分考虑铰链加强板往包边处延伸，与内板贴合增加焊点。焊接宽度不够时可考虑使用结构胶粘接，或者铰链加强板继续延伸到门包边上，先与内板焊接，再进行内外板包边。因焊接变形容易导致外板包边处变形，内边避让铰链加强板的沉台区域容易包边不实、涂胶困难等感官质量和工艺便利性下降，而铰链加强板和内板之间涂结构胶，因涂胶设备和结构胶使用环境限制也存在诸多不便，故在铰链布置时，尽量采用图9方式，将铰链加强板上端与内板的焊接面放到内外板包边面外。有扰流板配置时，可采取内板、铰链加强板、外板三层板焊接；若无扰流板遮盖时，铰链加强板与外板之间预留出3 mm以上间隙。

3 结论

由上述优化方案和CAE分析结构，可得知铰链加强板的形状(结构、加强筋、翻边等)和铰链处内板的应力值有密切关系。但由于造型、结构、成本等因素的影响，在满足后背门铰链布置的情况下，铰链加强板的结构会受到一定限制。这时就需要工程师综合考虑，并结合CAE分析，将铰链加强板结构做到最优。与经过后期道路试验来暴露结构设计的不足相比，在设计初期时，考虑增大铰链安装板周边内板与铰链加强板的接触面积，改善铰链加强板的结构，优化加强板上筋的位置和形状以及增加翻边等方式，来提升铰链区域刚度，避免应力集中，确保车身质量的可靠性。

【1】林程，王文伟，陈潇凯.汽车车身结构与设计[M].北京：机械工业出版社，2013.

【2】黄金陵.汽车车身设计[M].北京：机械工业出版社，2007.

【3】刘鸿文.材料力学[M].4版.北京：高等教育出版社，2004.

燃油限值持续收紧车企如何迈过平均油耗5 L这道坎

持续多发的雾霾天气，成为近期困扰国内多座城市、亟待解决的难题。相关环保专家指出，乘用车快速发展所造成的超标排放，是造成雾霾天气的最大元凶。为了有效降低乘用车排放，工信部等五部委发布乘用车燃油限值标准，将分阶段降低车企平均油耗，到2020年，燃油限值要降至5升/百公里。

车企油耗限值面临大考

如何拉低平均油耗，成为车企面临的一件头疼事。我国从2005年7月开始实施乘用车燃油限值标准以来，已经历三个阶段，并且每年的燃油限值都在不断下降。然而，车企的完成情况并不令人满意。

根据工信部公布的“2014年度乘用车企业平均燃料消耗量情况”显示：在91家国产乘用车企业中，有25家未达标；29家进口车企业中则有10家未能达标。其中，长安、一汽等大型国有车企因未达标而被点名。

同时，数据显示，2014年自主品牌车辆百公里油耗不降反升。如果不考虑新能源车的核算影响，2014年国内乘用车的平均燃油消耗为7.22升/百公里，同比仅下降1.5%。此外，自主品牌企业平均燃油消耗量，同比甚至还增加了3%。明年，乘用车燃油限值目标将降至6.7升/百公里，车企的达标压力进一步加大。

投放多种动力技术产品

面对逐渐递减的燃油限值考核红线，国内车企开始在技术上狠下功夫。有传统能源技术储备的企业，将重心放在小排量增压发动机的研发上。而传统能源技术实力偏弱的企业，则一边引进小排量增压发动机，一边加速新能源车的投放力度。

大众拥有多个排量的涡轮增压发动机，轻松应对燃油限值标准，在国内车市下滑的大背景下依然能够实现较高的销量表现。丰田依靠国产双擎动力车型，也大幅降低了平均燃油消耗量。奔驰、宝马、奥迪等车企在大规模投放小排量涡轮增压车型的同时，也在新能源车方面加大投入力度，以插电式混合动力车型切入市场，应对燃油限值目标的完成。与此同时，以上汽为代表的自主品牌，也在燃油车与新能源车上齐发力。

小排量发动机以及新能源技术已成为车企实现燃油限值目标最为现实的两大技术，持续深挖技术潜力，将有助于车企在2020年实现燃油限值5升/百公里的目标。

加大自主研发力度

与外国品牌燃油发动机、新能源技术“两条腿”走路相比，大多数自主品牌在动力技术领域仍处弱势地位。在降低平均燃油消耗量方面，很多自主品牌车企依然需要借助购买发动机技术以及新能源技术的方式进行新产品的研发。

自主品牌只有拥有自主研发的动力技术，才能在降低车辆制造成本的同时进行可持续发展。

(来源：北京商报)

Some Expounds on the Designs of Reinf Hinge Tailgate of Hatchback

ZHANG Dehua

(Chery Commercial Vehicle(Anhui)Co.,Ltd.,Wuhu Anhui 241000,China)

Some layout methods about reinf hinge tailgate in hatchback were introduced. For a type of hatchback,inner panel of tailgate was cracked in road testing process. To solve the problem, related solutions were presented, analyzed and verified, then an optimal scheme was gotten. The research provides reference for tailgate design in future.

Tailgate; Reinf hinge tailgate;Structural analysis;Reliability

2015-07-18

张德华，男，工学学士 ，工程师，从事车身开闭件设计及开发工作。E-mail：zhangdehua@mychery.com。