举升门铰链加强板的结构设计改进描述及分析

近年来，我国汽车产业快速发展，特别是自主品牌与合资品牌的加入，使得汽车的价格逐步走低，汽车正以年产干万台的数量充斥着消费市场。而随着时代的进步和人们收入水平的提高，汽午作为一种提高生产效率和生活质旨的交通工具走进了千家万户。

在汽车行业中因设计问题所导致的汽车召回事件频频发生，这些事件从侧面告诉我们在开发新产品时不仅要注重开发周期及成本，而且要注重产品质量及用户的需求。即将推出新的家用汽车产品三包法，对汽车产品及质量有着更严格的要求：整车“三包”有效期应不低于2年或者4万km；主要总成和系统的一泡”有效期应不低于3年或者6万km。为此， 我们应该把主要精力放在产品开发前期，尽量把结构做到最优，避免“亡羊补牢”的现象发生。

铰链加强板与举升门内板（及外板）进行焊接，为铰链提供安装点且为铰链安装点提供一定强度。对于举升门系统，不管是车身侧还是门侧，铰链区域镀金应力集中且过大一直是个棘手的问题，因此如何降低此应力值是举升门铰链加强板设计中重要的研究内容。

本文针对举升门铰链加强板在实车路试中遇到的铰链处内板开裂问题，研究如何降低铰链区域钣金应力值。通过埘铰链加强板的结构进行优化，以达到最优的状态，进而达到降低应力值、改善举升门系统性能的目的。在结构优化过程中利用CAE工具进行辅助设计，不仅可以提高结构设计质量，而且可以缩短设计周期。节省大量的试验和生产费用。

1、举升门铰链处内板开裂问题描述及分析

车辆在海南试验场进行整车可靠性路试试验时，来完成规定的粗糙路里程（2.6万km)就发现举升门铰链处内板开裂现象，最大裂纹约15mm，如图1所示。

经实车检查确认，并对此处设计数据进行校核，发现铰链安装两端边界与铰链加强板上端边界是交错的，图2为结构设计状态（圆圈表示焊点）。同时对设计状态的数据进行CAE强度分析（计算方法及加载约束均按CM标准），计算结果如图3所示。

经过分析及计算，得出内扳开裂的根本原因如下：

(1)在车辆运行中，田铰链安装面i端边界与铰链加强板下端边界是交错的，此时内板为单层板受力，且铰链加强板没 有起到应有的保护内扳的作用，铰链安装面上端边界对内板形成切割加大此处内板开裂的风硷。

(2)铰链安装面下端处应力集中且最大值选293MPa．门内板材料为BUSD，厚度t=0.75(冲压用冷连轧钢板，宝钢企业标准Q/BQB 408-2009)，其屈服强度为120 - 210MPa，根据CAE分析计算得出最大应力值为293 MPa (>210 MPa)．已 经超出板材的屈服极限，存在极大的开裂风险，且分析得出的开裂位置与实车故障位置一致。板材的力学性能如图4所示。

2、举升门铰链处内板开裂问题优化方案

从图2的铰链加强板设计结构状态来看，铰链加强板上端 边界到内板包边圆角约有5 5 mm的距离，可适当延长铰链加 强扳的上端边界以消除铰链安装面上端边界与铰链加强板上端 边界交错的状态（门内板单层受力状态）。结合设计数据的状 态及其周边约束，制定了以下优化方案。

方案1：在原来一块加强板的基础上新增一块螺母板(板材为SPCC．厚度1:2.0 mm)，铰链安装螺母焊接在螺母板上， 同时扩大原有加强板的铰链安装7L．螺母板与原有加强板焊接 后再与门内板进行焊接。

方案2：在方案l的基础上，延长原有加强板及螺母板上 端边界5mm。

方案3：在方案2的基础上，在铰链安装面区域的铰链加强板及门内板贴合而处增加结构胶。

方案4：在铰链处内板起一沉台，将加强板延长到门包边上，塞进门内板与外板包边中间，先于内板焊接后再进行内外板包边。

各优化结构方案如图5所示。

3 、各优化方案CAE计算结果

下述共设计了4种不同的结构优化方案，分别时其内板应力值进行计算（计算结果见表1），然后进行对比分析(见表 2)．以获得最优可行的更改方案。

4、方案的对比、选定及验证

对比4个靠案的分析结果，可以看rm每一次的优化措施都 是十分有效的，此时最大的应力值均在板材的屈服范嗣内，尤其是方案4对应的内板应力值降低最为显著，比方案1降低了约26%。较原方案降低了约51%，可以认为方案4的铰链加 强板结构为最优结构设计。但目前所有零件均为全工装状态， 如果按方案4进行改进，将导致门内板成型横模具和铰链加强板成型模、落料模匣内外板的包边机工艺更改，如此大的更改量，不但需要一大笔修模费用，还需要花费较长时间整修模具及调试工艺。方案3的效果也很明显．较方案l降低于约20%，如果不采用专用舯涂结构腔的设备，用胶枪进行打股， 会影响生产节拍。尤其是冬季，胶罐颁加热，结构胶的使用条件相当苛刻且难以控制，如果采用专用的涂结构胶的设备，生产不能停线，再则会造成了胶管堵塞，导致出胶浪费，结构胶本身的价格也相当昂贵，且相关设备的维护费用也很高。

结构胶适合于不同类型金属的高强度粘接。作为一种粘接胶，它可以和点焊、铆钉和螺丝等其他机械周定方式一起使用；在某些情况下，可以代替E述机械固定方式。结构胶在室温下的黏度较高，因此在室温下较难施工。但是，其黏度随温度的升高而降低，因此使用前需加热到55一60℃。加热时要均匀，腔内部和外部的温度要一致。结构胶多用于前舱、车架及侧围需要焊接但不能实现的部位。

在保证产品性能的前提下，我们对更改零件与原零件互换性最大、产生费用最小、修模时间最短的方案进行更改。综合对比，我们采用方案2较原方案降低于约35%，具有一定的可行性。

对以上4个方案中更改的零件做出手工样件，按各方案的零件状态厦焊点信息跟踪造车并进行整车可靠性路试。路试结果显示：方案1验证失败，在未完成2万km粗糙路即发现铰链处内板开裂的问题重现，其余3个方案均验证成功。

5、举升门铰链加强板的前期设计

通过以上对实际问题的分析、优化、CAE分析及路试验证，得到了最优的铰链加强板的改进结构设计方案（方案4）， 为后续整车项目举升门系统中铰链加强板的结构设计作了指引，在阿期铰链处(T03C)截面设计时要充分利用上述改进结构方案的经验。但方案4中内板起沉台，延长的铰链加强板卫是寨进门内板与外扳的包边中问之后再进行包边操作，将导致在内板有沉台的此段区域包边雎不实、涂密封胶时因涂胶而不平整造成涂胶不均匀，工艺便利性及感知质量均有所降低。为了提高工艺操作的便利性及感知质量，在方案4的结构上作了进一步的改进：将加强板上端与内板的焊接面退后至内外板包边外，取消内板处的沉台，将铰链加强板延伸至窗框角处，加强板、内板及外板进行焊接，这样的结构设计既能有数避免铰链安装面边界与铰链加强板上端边界交错的状态，又保 证r铰链处内板及加强板两层板受出，同时提高了工艺操作的便利性，也解决了包边处涂密封胶时因跳枪而导致涂腔不连续的感知质量问题。T03C设计截面如图6所示。

根据以上设计截面进行铰链加强板的具体结构设计，如图7所示。经CAir工具分析计算，此种结构铰链处内板最大的碰力值为65MPa。

 

6、总结

根据以上4个方案的CAE分析结果，可以看出铰链处内板应力值的降低与铰链加强板的结构有着密切的关系。从方案 1、2与原方案之间的对比可以看出，单纯地增加板料对降低内扳应力值的效果不是特别明显，不但使工艺变复杂且成本增加；方案3采用特殊工艺取得了较好的效果，同样使工艺变复杂且成本增加；方案4更改了铰链加强板的结构，应力值相对降低虽多，效果最为明显，特别是借鉴之前的经验后，在后续项目中经过改进的铰链加强板结构达到最优的状态。