汽车尾门电撑杆－车身安装点变形过大的分析

于显峰 赵兵 乔鑫 刘莹 陈龙

（1.华晨汽车集团控股有限公司；2.华晨汽车工程研究院）

随着人们生活质量的提高和汽车的广泛使用，人们对汽车使用性能的要求也日益提高。近些年“智能化”技术在汽车上的应用得到了快速的发展，比如电动座椅、电动车窗和电动尾门等[1]。电动尾门结构复杂，在设计与生产过程中是否能做到开关自如，是否满足不同工况要求，以及能否和主车身协调匹配且不会对车身性能造成影响是比较突出的技术难题。文章结合设计过程中的实际案例，分析了电动尾门电撑杆在关闭过程中对车身安装位置的影响，通过CAE仿真分析找出了电动尾门关闭过程中，电撑杆－车身安装点处变形过大的因素，并提出了改善该问题的优化方案，为后续车型的设计与开发提供了参考。

1 汽车电动尾门工作原理

汽车电动尾门是通过驾驶员操作仪表板上的按钮、遥控车钥匙或操作尾门上的开关按钮等实现自动开关后背箱门系统。该系统包括驱动模块、控制模块、电动锁模块和防夹功能模块，可实现手自一体、紧急停止、智能防夹及高度记忆等功能[2]。其中，驱动模块主要由电撑杆组成，如图1所示。其一端连接在尾门上，另一端连接在车身上，撑杆通过内部的电机和齿轮驱动螺母螺杆实现尾门的开闭。

图1 汽车尾门电撑杆实物图

2 电撑杆-车身安装点变形CAE仿真分析及优化

2.1 电撑杆-车身安装点变形

某车型汽车尾门开启到最大行程状态后，在向下关闭过程中，发现电撑杆传递到车身安装点处的压力较大，造成电撑杆－车身安装点处部件变形过大，如图2所示。若长期反复执行此操作，会存在相关零件疲劳失效的风险，严重影响汽车的设计质量。

图2 汽车尾门电撑杆-车身安装点

2.2 CAE仿真模型分析

为了分析发生变形的影响因素以及量化电动尾门关闭过程中车身安装点处的变形量，需测量问题车型尾门关闭过程中人对尾门施加的力值。具体测量方法为：将测力计安装在汽车尾门锁钩处，沿与地面垂直方向向下关闭尾门，同时观察车身安装点处变形情况，读出当车身安装点处发生明显变形时的力值并记录。按此方法，测量出车身安装点处发生明显变形时人手施加的力为170 N。

采用CAE仿真分析方法，不仅能节省时间、降低成本，并且能优化建模方法，达到简化分析的效果。现根据实际状态建立仿真初版模型：1）截取部分车身并约束切割边界全部自由度；2）尾门处于安装状态，并按实际质量进行配重；3）对各零件赋予相应的材料信息，使用ABAQUS软件进行分析；4）采用联接单元模拟电撑杆；5）对尾门施加荷载，即在尾门锁钩中心位置施加-z向170 N荷载，初版模型，如图3所示。

图3 某车型部分车身CAE仿真分析初版模型

由于模型带车身且尾门处于安装状态，结构较复杂，按照以上建模方法，无法直接得出电撑杆－车身安装点处沿电撑杆方向的位移大小，因此将模型进行简化：1）截取部分车身并约束切割边界全部自由度；2）正确赋予各零部件相关材料信息，使用ABAQUS软件进行分析；3）在电撑杆车身侧球头位置建立局部坐标系，在沿尾门开启到最大行程位置时的电撑杆方向施加荷载，荷载大小可由尾门的荷载值通过换算得到，数值为1 065.6 N。简化模型，如图4所示。

图4 某车型部分车身CAE仿真分析简化模型

2.3 CAE仿真模型优化

按上述方法分析，电撑杆车身安装侧球头沿电撑杆方向的位移为1.942 mm，如图5所示。为了更好地说明其变形过大的程度以及进行后续的优化，文章对其它现有已上市的车型按上述方法进行了计算，得到电撑杆（或气弹簧）车身安装侧球头位移均为0.6 mm左右，并观察实车，发现在尾门开启最大角度状态下，尾门关闭过程中，在车身-电撑杆（或气弹簧）支架安装位置的车身相关零件无明显变形，因此设定以位移0.6 mm为优化目标。

图5 某车型尾门电撑杆-车身安装点CAE模型分析位移云图

通过该车型与其它车型的结构和CAE分析结果对比，可以看出，该车电撑杆支架安装位置变形过大，主要原因有：1）电动尾门结构复杂，尾门关闭过程中，电撑杆对车身安装点处施加力较大；2）车身安装点处相关零件结构、联接较弱。因此，主要通过更改车身安装点处零件结构及增加联接来优化出现的问题。主要更改方案，如图6所示。

图6 某车型尾门电撑杆-车身安装点结构优化方案

修改电撑杆－车身安装点处背板结构，并增加背板与侧围的焊点，如图6a所示；修改侧围及流水槽结构，增加侧围与流水槽之间的焊点，如图6b所示；修改电撑杆安装支架结构，如图6c所示。从按以上优化方案进行的CAE分析结果可以得出，电撑杆车身安装侧球头位移为0.54 mm，小于0.6 mm，满足优化目标要求，即在以上优化方案基础上，电撑杆－车身安装点变形在合理范围内，达到了优化目的。

3 结论

汽车尾门作为车身结构的重要组成部分，其外部造型，内在零部件的刚强度以及匹配度等必须满足整车性能的要求。设计过程中，应在保证电动尾门自身结构性能和不影响车身整体性能的前提下，实现尾门的智能化[3]。经过CAE仿真模型分析，提出了在背板与侧围、侧围与水槽间增加焊点及修改安装支架结构的优化措施，并经试验验证，方案可行，使该车型在上市之前解决了电撑杆－车身安装点变形过大问题，为后续车型的设计提供了参考。