提高汽车侧门垂直刚度的铰链加强板结构的改进技术

1背景

汽车侧门的垂直刚度是汽车门系统的一项重要的性能指标，门系统的设计必须在满足该项性能指标的前提下，才能通过汽车铰链侧门子系统耐久试验规范，才能保证车门的正常闭合及密封等方面的基本性能。LSR=前门铰链分布律HS/门长度DL（如图1所示），对乘用车一般要求LSR值小于等于2.5，而商用车一般要求LSR值小于等于2.7，LSR对门的垂直刚度起决定性作用，而铰链加强板的设计对增加前门垂直刚度起着至关重要的作用。

在门系统存在前期布置缺陷的时候，如果前门的铰链分布律过大及前门的限位器安装面为一大半钣金平面无加强结构，如何通过铰链加强板的结果设计来弥补门系统布置缺陷，通过铰链加强板的加强作用满足整个门系统的刚度指标，并同时满足铰链及限位器安装区域的防水防灰及防锈性能，这是本文研究的问题。

2现有技术结构缺陷

传统的前门铰链加强板结构为一块铰链螺母板焊接螺母焊接，与门内板用两个焊点搭接起来，如图l所示。此种结构与门内板铰链安装面的搭接面较小，此种结构存在的缺陷如下：在铰链分布律相对门的长度较小的情况下，前门内板与铰链加强板搭接面较小，存在应力集中，内板钣金容易因受力而变形，从而造成前门的垂直刚度不足，车门在经常使用开关门的过程中会由于安装面钣金变形而下垂，整个门钣金的错位会影响门正常的开关性能及整个门系统的密封性。

从图l可以看出，由于前门系统的布置问题，前门铰链侧的钣金的安装空间不足已在前门限位器安装面位置做特征加强限位器安装面强度，此时前门的限位器安装面只能为一大钣金平面，限位器安是运动件，限位器安装面位置在限位器运动的过程中受力，容易应力集中导致内板钣金变形开裂；此时为解决限位器安装面的钣金强度不足问题需要增加1个限位器加强板零件，图1中单个铰链加强板已经不能满足整个门系统的性能要求，单个铰链加强板不能解决垂直刚度不足及门内板变形问题，需要增加铰链加强板及限位器加强板两个零件，从而重新增加两套模具，增加成本。现有铰链加强板结构如图2所示。

3现有结构缺陷的解决方案

3.1新结构需要解决的技术问题

现有的铰链加强板的结构存在以下缺陷：当前门的铰链的分布率较大的情况下，新结构需解决前门的垂直刚度不足，导致门下垂，影响整个门系统性能的问题；同时当门系统的布置导致前门限位器安装面为一个大平面的时候，新结构需解决限位器安装面位置钣金受力导致内板钣金变形开裂问题；同时新结构还需要解决增加的零件模具开发及运输成本的问题；门系统限位器安装面位置的防尘防灰问题；加强板与内板搭接的防锈问题。

3.2新结构的技术方案

根据新结构需要解决的关键技术问题，我们制订了以下的技术方案：新的铰链加强板结构将前门铰链加强板与前门限位器加强板集成为1个加强板设计，铰链安装面位置增加前门铰链螺母板的焊接搭接，以上设计增加了铰链加强板与内板的搭接面积，同时增加了铰链安装面的材料厚度，防止应力集中，加强了前门铰链安装面的刚度，同时提高了门的垂直刚度。另外，此结构解决限位器安装面位置钣金受力导致内板钣金变形开裂问题；该设计将两个加强板零件集成为一个零件设计，减少限位器加强板零件的模具开发及包装运输和工序及人力成本。新铰链加强板改进结构如图3所示。

 

加强板的限位器安装面根据限位器的运动包络安装面要求设计与限位器完全贴合，与内板限位器安装面位置离空，防止此位置的内板及加强板无电泳液通过而导致内板及加强板的限位器安装面生锈。另外，加强板限位器安装面按照设计要求安装设计加强板与内板周围面完全贴合，焊点布置在加强板与内板焊接完全贴合位置，防止门内板此位置漏水漏灰。非焊接面位置，加强板与内板之间预留3mm以上电泳液通过的空间，形成电泳液流通腔体，使得电泳液能附着在门内板及加强板上，防止加强板与门内板完全贴合，电泳液无法通过，导致内板及加强板的钣金生锈。此结构设计完全考虑的门系统CAE性能指标及防锈、防水、防灰功能，并将零件的模具设计成本、运输成本及人工操作成本充分考虑，集成了以上设计。

3.3新结构的应用实例

某车型的前门LSR（=铰链的跨度／门长度）为994/322=3.09，如图3所示，远远超过了门的铰链分布律小于等于2.7的要求，对于在此情况下传统结构的铰链加强板，用CAE软件计算后发现，前门的垂直刚度指标的各项指标都不满足企业标准闭。使用新结构铰链加强板后，通过CAE计算，得出结果见表1，门垂直刚度的各项指标均接近满足企业设定的标准。根据表l对比结果可以得出结论，新改进的铰链加强板的结构可以有效弥补前门的系统的前期布置LSR值过大的缺陷，有效提高前门的垂直刚度，提高整个门系统使用性能。

4新结构的经济效益

将前门铰链加强板与前门限位器加强板集成为一个加强板设计消除钣金位置应力集中，避免内板限位器安装面钣金变形开裂；新的结构增加钣金强度的同时，提高侧门的垂直刚度；有效提高门系统的防水、防灰性能及防锈性能。同时，新的铰链加强板集侧门铰链加强板加强作用与限位器加强板功能于一体，减少限位器加强板零件的模具开发成本及包装运输成本和增加工序导致的时间及人力成本。加强板的设计从提高门系统的性能和降低零件开发成本方面完成了整个加强板的结构改进。

5结语

在前门的铰链分布律相对门的长度较大，前门的垂直刚度不足，及前门限位器安装面布置空间不足导致钣金容易应力集中而受力变形的情况下，通过对铰链加强板结构改进弥补了前门体统的布置缺陷，完成了整个门体统性能的质量提升，并将零件成本及人工成本方面控制融人到加强板的结构设计中，总结了新的前门铰链加强板的结构设计经验，为新车型开发的结构设计提供参考。