于顯峰 趙兵 喬鑫 劉瑩 陳龍

（1.華晨汽車集團控股有限公司；2.華晨汽車工程研究院）

隨著人們生活質量的提高和汽車的廣泛使用，人們對汽車使用性能的要求也日益提高。近些年“智能化”技術在汽車上的應用得到了快速的發(fā)展，比如電動座椅、電動車窗和電動尾門等[1]。電動尾門結構復雜，在設計與生產過程中是否能做到開關自如，是否滿足不同工況要求，以及能否和主車身協(xié)調匹配且不會對車身性能造成影響是比較突出的技術難題。文章結合設計過程中的實際案例，分析了電動尾門電撐桿在關閉過程中對車身安裝位置的影響，通過CAE仿真分析找出了電動尾門關閉過程中，電撐桿－車身安裝點處變形過大的因素，并提出了改善該問題的優(yōu)化方案，為后續(xù)車型的設計與開發(fā)提供了參考。

1 汽車電動尾門工作原理

汽車電動尾門是通過駕駛員操作儀表板上的按鈕、遙控車鑰匙或操作尾門上的開關按鈕等實現(xiàn)自動開關后背箱門系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括驅動模塊、控制模塊、電動鎖模塊和防夾功能模塊，可實現(xiàn)手自一體、緊急停止、智能防夾及高度記憶等功能[2]。其中，驅動模塊主要由電撐桿組成，如圖1所示。其一端連接在尾門上，另一端連接在車身上，撐桿通過內部的電機和齒輪驅動螺母螺桿實現(xiàn)尾門的開閉。

圖1 汽車尾門電撐桿實物圖

2 電撐桿-車身安裝點變形CAE仿真分析及優(yōu)化

2.1 電撐桿-車身安裝點變形

某車型汽車尾門開啟到最大行程狀態(tài)后，在向下關閉過程中，發(fā)現(xiàn)電撐桿傳遞到車身安裝點處的壓力較大，造成電撐桿－車身安裝點處部件變形過大，如圖2所示。若長期反復執(zhí)行此操作，會存在相關零件疲勞失效的風險，嚴重影響汽車的設計質量。

圖2 汽車尾門電撐桿-車身安裝點

2.2 CAE仿真模型分析

為了分析發(fā)生變形的影響因素以及量化電動尾門關閉過程中車身安裝點處的變形量，需測量問題車型尾門關閉過程中人對尾門施加的力值。具體測量方法為：將測力計安裝在汽車尾門鎖鉤處，沿與地面垂直方向向下關閉尾門，同時觀察車身安裝點處變形情況，讀出當車身安裝點處發(fā)生明顯變形時的力值并記錄。按此方法，測量出車身安裝點處發(fā)生明顯變形時人手施加的力為170 N。

采用CAE仿真分析方法，不僅能節(jié)省時間、降低成本，并且能優(yōu)化建模方法，達到簡化分析的效果?，F(xiàn)根據(jù)實際狀態(tài)建立仿真初版模型：1）截取部分車身并約束切割邊界全部自由度；2）尾門處于安裝狀態(tài)，并按實際質量進行配重；3）對各零件賦予相應的材料信息，使用ABAQUS軟件進行分析；4）采用聯(lián)接單元模擬電撐桿；5）對尾門施加荷載，即在尾門鎖鉤中心位置施加-z向170 N荷載，初版模型，如圖3所示。

圖3 某車型部分車身CAE仿真分析初版模型

由于模型帶車身且尾門處于安裝狀態(tài)，結構較復雜，按照以上建模方法，無法直接得出電撐桿－車身安裝點處沿電撐桿方向的位移大小，因此將模型進行簡化：1）截取部分車身并約束切割邊界全部自由度；2）正確賦予各零部件相關材料信息，使用ABAQUS軟件進行分析；3）在電撐桿車身側球頭位置建立局部坐標系，在沿尾門開啟到最大行程位置時的電撐桿方向施加荷載，荷載大小可由尾門的荷載值通過換算得到，數(shù)值為1 065.6 N。簡化模型，如圖4所示。

圖4 某車型部分車身CAE仿真分析簡化模型

2.3 CAE仿真模型優(yōu)化

按上述方法分析，電撐桿車身安裝側球頭沿電撐桿方向的位移為1.942 mm，如圖5所示。為了更好地說明其變形過大的程度以及進行后續(xù)的優(yōu)化，文章對其它現(xiàn)有已上市的車型按上述方法進行了計算，得到電撐桿（或氣彈簧）車身安裝側球頭位移均為0.6 mm左右，并觀察實車，發(fā)現(xiàn)在尾門開啟最大角度狀態(tài)下，尾門關閉過程中，在車身-電撐桿（或氣彈簧）支架安裝位置的車身相關零件無明顯變形，因此設定以位移0.6 mm為優(yōu)化目標。

圖5 某車型尾門電撐桿-車身安裝點CAE模型分析位移云圖

通過該車型與其它車型的結構和CAE分析結果對比，可以看出，該車電撐桿支架安裝位置變形過大，主要原因有：1）電動尾門結構復雜，尾門關閉過程中，電撐桿對車身安裝點處施加力較大；2）車身安裝點處相關零件結構、聯(lián)接較弱。因此，主要通過更改車身安裝點處零件結構及增加聯(lián)接來優(yōu)化出現(xiàn)的問題。主要更改方案，如圖6所示。

圖6 某車型尾門電撐桿-車身安裝點結構優(yōu)化方案

修改電撐桿－車身安裝點處背板結構，并增加背板與側圍的焊點，如圖6a所示；修改側圍及流水槽結構，增加側圍與流水槽之間的焊點，如圖6b所示；修改電撐桿安裝支架結構，如圖6c所示。從按以上優(yōu)化方案進行的CAE分析結果可以得出，電撐桿車身安裝側球頭位移為0.54 mm，小于0.6 mm，滿足優(yōu)化目標要求，即在以上優(yōu)化方案基礎上，電撐桿－車身安裝點變形在合理范圍內，達到了優(yōu)化目的。

3 結論

汽車尾門作為車身結構的重要組成部分，其外部造型，內在零部件的剛強度以及匹配度等必須滿足整車性能的要求。設計過程中，應在保證電動尾門自身結構性能和不影響車身整體性能的前提下，實現(xiàn)尾門的智能化[3]。經過CAE仿真模型分析，提出了在背板與側圍、側圍與水槽間增加焊點及修改安裝支架結構的優(yōu)化措施，并經試驗驗證，方案可行，使該車型在上市之前解決了電撐桿－車身安裝點變形過大問題，為后續(xù)車型的設計提供了參考。