林美隨

?

低成本乘用車內(nèi)開把手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

林美隨

（延鋒汽車內(nèi)飾系統(tǒng)有限公司，上海 201206）

文章主要論述了運(yùn)用CAE分析對(duì)乘用車門內(nèi)開把手的背面安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得內(nèi)開把手在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢開模時(shí)滿足剛度及濫用力要求，同時(shí)，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)同平臺(tái)車型內(nèi)開把手零件共用從而實(shí)現(xiàn)降本目標(biāo)。

CAE分析；內(nèi)開把手；共用

前言

汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷高速發(fā)展后，逐漸進(jìn)入發(fā)展的平穩(wěn)期，伴隨著近年來(lái)汽車互聯(lián)網(wǎng)模式對(duì)傳統(tǒng)汽車商業(yè)模式的沖擊，以及人民生活水平的日益提高帶來(lái)汽車行業(yè)的高速發(fā)展和汽車技術(shù)的不斷更新使得汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钣闷返囊徊糠?。良好的汽車性能，舒適的車內(nèi)環(huán)境，以及低廉的汽車價(jià)格是消費(fèi)者對(duì)汽車美好的需求?；ヂ?lián)網(wǎng)造車企業(yè)的發(fā)展加劇了汽車市場(chǎng)的爭(zhēng)奪。高端汽車消費(fèi)市場(chǎng)品牌意識(shí)已經(jīng)形成，因此，降低汽車生產(chǎn)成本，以適應(yīng)目前汽車市場(chǎng)的消費(fèi)環(huán)境，同時(shí)搶占中低端汽車消費(fèi)市場(chǎng)，在消費(fèi)者心里建設(shè)起高性價(jià)比的品牌意識(shí)是汽車企業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。

外觀臉譜化，家族化是近年來(lái)汽車外觀造型的趨勢(shì)，外觀家族化指的是為強(qiáng)化汽車某個(gè)造型特征而將該特征運(yùn)用到品牌旗下的所有產(chǎn)品中去，家族化外觀特征有利于強(qiáng)化品牌意識(shí)，同時(shí)，家族化的外觀設(shè)計(jì)可以使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到傳承，延續(xù)化的設(shè)計(jì)能夠使得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)化。當(dāng)外觀造型完全一致時(shí)，工程往往尋求產(chǎn)品零件完全沿用，節(jié)省模具開發(fā)費(fèi)用，便于最大程度的節(jié)省產(chǎn)品生產(chǎn)成本。然而由于產(chǎn)品周邊環(huán)境件及工藝條件的全然不同，同一產(chǎn)品沿用在一個(gè)全新車型上，對(duì)功能將產(chǎn)生諸多不確定的影響因素，產(chǎn)品的匹配及性能都需要重新驗(yàn)證。本文主要論述通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及CAE分析手段，使得產(chǎn)品共用得以實(shí)現(xiàn)，從而降低生產(chǎn)成本。

1 內(nèi)開把手性能要求指標(biāo)

內(nèi)開把手是汽車內(nèi)飾重要的安全零件，功能失效將帶來(lái)車門無(wú)法開啟的風(fēng)險(xiǎn)。因此要求內(nèi)開把手在各個(gè)工況條件下都能夠保證功能正常。內(nèi)開把手性能指標(biāo)要求如下：

濫用力測(cè)試：分別在40±3℃/20±3℃/80±3℃/+38 ℃ 95% RH 四種工況條件下進(jìn)行濫用力測(cè)試，濫用力作用方向：垂直向上濫用力F7，垂直向下濫用力F8，水平負(fù)載濫用力F9，將門板總成按照使用狀態(tài)安裝在固定支架上，在內(nèi)開把手手柄中央位置垂直向上施加250N濫用力，保持3s；在不同環(huán)境溫度下，分別測(cè)試3塊門板總成測(cè)試完畢后，要求所有測(cè)試門板總成零件功能正常，零件表面無(wú)發(fā)白現(xiàn)象，B面結(jié)構(gòu)完好，無(wú)破損現(xiàn)象。

疲勞耐久測(cè)試：分別在20±3℃/+38 ℃ 95% RH/80±3℃/40±3℃四種工況條件下進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，將門板總成按照使用狀態(tài)安裝在固定支架上，按照常溫5.5W次、高溫高濕2.5W次、高溫1W次、低溫1W次共10W次模擬實(shí)車開關(guān)門循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)試完畢后，零件功能正常，零件表面無(wú)發(fā)白現(xiàn)象。

2 沿用內(nèi)開把手?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)及周邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)內(nèi)開把手平臺(tái)共用，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化內(nèi)開把手平臺(tái)化對(duì)周邊環(huán)境件的設(shè)計(jì)限制。由于內(nèi)開把手支架材料用料少，因此一般選擇模量較高性能優(yōu)異的塑料材料，同時(shí)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是將螺釘安裝到鈑金的連接點(diǎn)直接設(shè)計(jì)在內(nèi)開把手支架上，便于當(dāng)內(nèi)開扳手受力時(shí)，力能夠直接通過(guò)把手支架直接傳遞到鈑金上，從而保證內(nèi)開把手性能滿足要求。內(nèi)開把手平臺(tái)化設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到固定螺釘點(diǎn)如長(zhǎng)在把手支架上，將加大金屬鈑金件的設(shè)計(jì)難度，并存在固定點(diǎn)布置導(dǎo)致鈑金無(wú)法沖壓成型，從而無(wú)法完全沿用內(nèi)開把手的風(fēng)險(xiǎn)。因此，內(nèi)開把手平臺(tái)化設(shè)計(jì)將螺釘移到門板本體上，使得沿用內(nèi)開把手的車型可以重新布置螺釘連接點(diǎn)，不受內(nèi)開把手沿用限制。內(nèi)開把手設(shè)計(jì)上采用4個(gè)焊接點(diǎn)連接在門板本體上，焊接點(diǎn)布置在受力區(qū)域，當(dāng)內(nèi)開把手受力時(shí)，有利于力的傳遞。當(dāng)門板本體材料為傳統(tǒng)PP+EPDM-TD15材料時(shí)，內(nèi)開把手CAE 分析能夠滿足濫用要求（由于材料無(wú)相關(guān)疲勞試驗(yàn)參數(shù)，因此疲勞需使用產(chǎn)品實(shí)際驗(yàn)證）。

圖1 內(nèi)卡把手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

作為低成本車型，減重降本，降低油耗，提高車子性價(jià)比是產(chǎn)品質(zhì)量要求的重中之重。EIPP注塑工藝相比普通注塑可以減重20%，但EIPP填充時(shí)候如背部加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)多且未形成閉環(huán)，產(chǎn)品表觀將產(chǎn)生流痕等缺陷。因此初期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，門板本體上結(jié)構(gòu)只有提供用于安裝定位內(nèi)開把手的焊接柱及定位結(jié)構(gòu)。內(nèi)開把手正反面初期結(jié)構(gòu)如圖1。

3 CAE模型建立及分析優(yōu)化

初期內(nèi)開把手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，按照1*1網(wǎng)格大小劃分網(wǎng)格后導(dǎo)入ANSYS 分析軟件進(jìn)行濫用力分析。根據(jù)分析結(jié)果評(píng)估產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，利用CAE 分析結(jié)果，優(yōu)化產(chǎn)品數(shù)據(jù)，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。在低溫及常溫狀態(tài)下，CAE 分析內(nèi)開把手濫用力，本體應(yīng)變不大于20%且焊接點(diǎn)位置受拉力不超過(guò)100N（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值判斷門板本體在應(yīng)變≥40%，焊接點(diǎn)在低溫/常溫狀態(tài)下受力不超過(guò)150N，高溫狀態(tài)下不超過(guò)100N為安全值）。判定低溫及常溫兩種狀態(tài)內(nèi)開把手剛度符合設(shè)計(jì)要求。但由于EIPP 注塑發(fā)泡的原因，在高溫條件下材料性能急劇衰減，CAE 計(jì)算也同時(shí)反饋出了高溫情況下門板本體受濫用力存在破壞風(fēng)險(xiǎn)。初版內(nèi)開把手?jǐn)?shù)據(jù)高溫濫用力CAE 分析結(jié)果如下圖2：

圖2 初版內(nèi)開把手?jǐn)?shù)據(jù)高溫濫用力CAE分析

將內(nèi)開把手4個(gè)固定點(diǎn)編號(hào)設(shè)置為16～19號(hào)，圖二顯示，連接門板到鈑金件的螺釘點(diǎn)區(qū)域應(yīng)變達(dá)到了100%，在受向上濫用力時(shí)，18號(hào)點(diǎn)受120N拉力，在受向下濫用力時(shí)，16號(hào)點(diǎn)受132N拉力，在受水平濫用力是，17號(hào)點(diǎn)受127N拉力，此三處均存在內(nèi)開把手濫用力失效的風(fēng)險(xiǎn)。需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

解讀CAE 分析及對(duì)比初版CAE 數(shù)據(jù)，一：由于內(nèi)開把手螺釘蓋板安裝結(jié)構(gòu)布置不合理，導(dǎo)致螺釘固定點(diǎn)周邊門板本體結(jié)構(gòu)弱，應(yīng)變大；因此需要優(yōu)化螺釘安裝點(diǎn)周邊結(jié)構(gòu)。二：應(yīng)變大導(dǎo)致零件發(fā)生撕裂失效通常發(fā)生在零件結(jié)構(gòu)突變位置，因此加強(qiáng)固定點(diǎn)底部門板本體結(jié)構(gòu)降低門板本體受力產(chǎn)生撕裂風(fēng)險(xiǎn)。三，焊接固定點(diǎn)在受壓力情況下不易壓潰，但受拉力情況下容易產(chǎn)生斷裂，因此，如果能夠針對(duì)受拉力嚴(yán)重的固定點(diǎn)上施加反向作用力，能夠解決安裝點(diǎn)受力斷裂的問(wèn)題。然而門板本體由于模具加工問(wèn)題，無(wú)法直接做結(jié)構(gòu)向內(nèi)開把手施加方向作用力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上根據(jù)周邊環(huán)境件條件，采用門板上裝支架上的結(jié)構(gòu)，壓住內(nèi)開把手，提供反向作用力。

根據(jù)CAE 分析優(yōu)化內(nèi)開把手環(huán)境件數(shù)據(jù)，同時(shí)，根據(jù)新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行CAE 分析，結(jié)果如圖3。由CAE 分析結(jié)果顯示，原應(yīng)變大導(dǎo)致失效的螺釘安裝點(diǎn)區(qū)域，數(shù)據(jù)優(yōu)化后無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。編號(hào)18&19號(hào)點(diǎn)高溫情況下濫用力滿足要求，但16&17號(hào)點(diǎn)受力值超過(guò)100N，存在高溫失效風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 優(yōu)化后CAE分析結(jié)果

根據(jù)CAE 分析結(jié)果，更換16&17號(hào)點(diǎn)連接為螺釘連接（螺釘連接點(diǎn)高溫濫用力150N為安全值）。

4 零件結(jié)構(gòu)確定，試驗(yàn)開始

按照CAE 分析確定的數(shù)據(jù)狀態(tài)，進(jìn)行模具加工，并對(duì)總成零件進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。在高溫條件下，內(nèi)開把手受250N濫用力(F7/F8/F9三種濫用力狀態(tài))試驗(yàn)條件下，外觀完好，功能完好，拆下總成零件，背部結(jié)構(gòu)完整未破壞，判定試驗(yàn)結(jié)果滿足要求。在濫用力合格條件下，對(duì)內(nèi)開把手進(jìn)行疲勞耐久試驗(yàn)。循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后，內(nèi)卡把手功能正常，未失效，滿足目標(biāo)要求。

5 總結(jié)

汽車平臺(tái)化設(shè)計(jì)有助于強(qiáng)化汽車品牌意識(shí)及家族特征，零部件平臺(tái)化共用設(shè)計(jì)能夠極大的降低零件開發(fā)成本。汽車內(nèi)飾零件要實(shí)現(xiàn)共用除了自身外觀造型完全一致外，零件自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也需要盡量簡(jiǎn)單，便于周邊環(huán)境件能夠與其匹配。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮零件自身的性能要求，充分利用CAE分析工具優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得零件性能滿足輸入要求。最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既提高了試驗(yàn)一次性通過(guò)率，也對(duì)降本增質(zhì)做了充分的補(bǔ)充。

[1] 班正逸,周利民,劉少峰.車門內(nèi)把手設(shè)計(jì)開發(fā)[J].汽車實(shí)用技術(shù), 2013, (9).

[2] 簡(jiǎn)正偉.車門內(nèi)飾板設(shè)計(jì)開發(fā)[J].汽車工程師, 2012, (3).

Optimization of the structure design of the open handle in low-cost passenger cars

Lin Meisui

( Yanfeng Automotive Interior Systems Co., Ltd., Shanghai 201206）

This paper mainly discusses the application of CAE analysis to optimize the B side structure of the inside release handle of vehicle. So that the insider release handle meets the requirements of stiffness and abuse of power when the structure design is finished. In the mean time, the structure optimization design is used to realize sharing with the parts of the inside relaese handle of the platform car, so as to achieve the goal of cost reduction.

CAE Analyzes; Inside Release Handle (ISRH); Share

A

1671-7988(2019)03-57-03

U463.83

A

1671-7988(2019)03-57-03

U463.83

林美隨，就職于延鋒汽車內(nèi)飾系統(tǒng)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.016