竇曉東

摘 要：電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比，更加鮮明的個(gè)性化需求成為其一大賣點(diǎn)。公司一款微型電動(dòng)車前期創(chuàng)意，即提出尾門向下旋轉(zhuǎn)打開，除了滿足貨物進(jìn)出通道，尾門還能夠充當(dāng)座椅滿足兩個(gè)成年人坐下的功能需求。為此我們開發(fā)了一種車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，怎樣從滿足用戶這一需求到產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：車身結(jié)構(gòu);車身強(qiáng)度;車身耐久

1 引言

電動(dòng)汽車越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們的生活中，與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，個(gè)性化、科技感等創(chuàng)新點(diǎn)成為其代名詞，電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)也需要更多的創(chuàng)新方法來(lái)滿足客戶的新需求。一新款微型電動(dòng)車即提出這樣一個(gè)使用場(chǎng)景：尾門向下翻轉(zhuǎn)打開，打開的尾門可充當(dāng)座椅，滿足兩個(gè)乘客坐在上面休息的需求。

通過(guò)對(duì)這一使用需求分析，參照市場(chǎng)上有下翻開啟尾門的車型（僅可開啟，不能滿足坐人），通過(guò)外觀造型設(shè)計(jì)、工程方案構(gòu)劃、三維數(shù)據(jù)模型建立、模型CAE剛度、強(qiáng)度分析等過(guò)程，建立了對(duì)應(yīng)的車身外觀造型及車身結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)樣件制作、樣車制造，試驗(yàn)驗(yàn)證，駕乘體驗(yàn)，完成新車型的開發(fā)，投入市場(chǎng)供用戶購(gòu)買使用。

2 車型的外觀造型設(shè)計(jì)

2.1 尾部上半部分玻璃，下半部分可開啟的尾門

車輛尾部布置首先必須滿足法規(guī)需求的燈光布置（一般位于尾部?jī)蓚?cè)位置），然后由兩側(cè)的側(cè)圍結(jié)構(gòu)、上部頂蓋總成、下部的尾端板總成圍成一個(gè)尾門洞，中部為一個(gè)可整體的向上旋轉(zhuǎn)打開的尾門，后檔玻璃膠粘于尾門上，隨尾門一起運(yùn)動(dòng)，尾門軸線在車后端靠頂蓋的位置。開發(fā)的新車型需求尾門可坐人，就需要將尾門向下旋打開，原結(jié)構(gòu)隨尾門一起運(yùn)動(dòng)的玻璃因避免磕碰破裂等原因，也不便再集成在尾門上。外觀造型設(shè)計(jì)即：將原設(shè)計(jì)的尾門分為后擋玻璃與尾門上下兩部分，上部玻璃粘膠固定于車身，此透明區(qū)域?yàn)轳{駛員提供后視野。下部為高度減小后的尾門，沿底部軸線旋轉(zhuǎn)刻打開，打開后尾門洞繼續(xù)作為后備廂的貨物通道，同時(shí)放水平的尾門提供坐人的座椅功能。

2.2 尾門向下翻轉(zhuǎn)，需滿足的工程要求及人機(jī)需求

尾門向下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線需布置在尾門下部，根據(jù)軸線與尾門相對(duì)位置的不同有外旋打開、內(nèi)旋打開兩種方式。如圖1所示：

外旋打開：打開時(shí)整個(gè)尾門向車身以外區(qū)域運(yùn)動(dòng)。尾門鉸鏈需要的長(zhǎng)度較長(zhǎng)、尾門坐人時(shí)受力點(diǎn)到鉸鏈固定點(diǎn)的力臂也長(zhǎng)，需要抵抗的扭矩也大。

內(nèi)旋打開：打開時(shí)尾門下邊緣向車身內(nèi)部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鉸鏈臂可做的較短，為避讓干涉需要尾門與后保杠之間留出足夠的縫隙，此時(shí)車輛外觀上也需設(shè)計(jì)有此縫隙，對(duì)造型風(fēng)格的整體性破壞較大。

通過(guò)對(duì)兩種打開方式在外觀造型需求、乘坐時(shí)受力分析等的對(duì)比，決定為追求更佳的外觀造型，采用尾門外旋打開的方式，其受力不佳的結(jié)構(gòu)缺陷用更多的成本代價(jià)解決。

3 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模擬分析

3.1 尾門密封及后檔玻璃粘接需求，增加尾部中間橫梁，搭建出后檔玻璃洞和下部尾門洞。

通過(guò)增加設(shè)計(jì)尾部中間橫梁，為上部后檔玻璃提供下部粘接，同時(shí)為尾門提供上部密封結(jié)構(gòu)。如圖2所示：

尾門打開時(shí)，人坐在尾門上面，整個(gè)尾門為懸臂梁結(jié)構(gòu)，為優(yōu)化受力，在尾門兩邊增加鋼絲拉繩，改善受力狀態(tài)，軟的鋼絲在尾門關(guān)閉時(shí)也可以變形收縮，不占用空間和造成干涉。如圖3所示：

尾門內(nèi)部裝飾件保持平整及適當(dāng)?shù)娜彳浂龋黾幼谏厦娴氖孢m度，類似座椅功能。

3.2 建立車身結(jié)構(gòu)的有限元模型

通過(guò)以上方案確定及三維數(shù)據(jù)模型的建立，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CAE分析網(wǎng)格數(shù)據(jù)，添加約束、施加受力，分析模型的強(qiáng)度、剛度。如圖4所示：

尾門總成的鉸鏈在車身上安裝部分固定約束（上圖車身側(cè)），與尾門安裝的鉸鏈部分（上圖車門側(cè)_2）僅保留旋轉(zhuǎn)自由度，尾門與車門側(cè)鉸鏈部分固定約束。兩側(cè)拉繩的直徑均為2.0mm，受力極限為2000N。

受力加載：尾門定義載物為120Kg，轉(zhuǎn)換為施力約為1200N，加載尾門中間部分平面上，如圖5所示：

通過(guò)以上分析模型及結(jié)果對(duì)比分析，不斷優(yōu)化尾門鉸鏈截面大小、鋼絲拉繩直徑等得到滿足用戶需求的最佳成本投入，實(shí)現(xiàn)車型的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證及產(chǎn)品投放

確定設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行零部件的樣件制作，然后制造樣車，做尾門子系統(tǒng)受力模擬試驗(yàn)、整車使用壽命下的耐久模擬試驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題再進(jìn)行優(yōu)化改善，最終確定量產(chǎn)車型數(shù)據(jù)，按照量產(chǎn)車生產(chǎn)模式完成產(chǎn)品的在線生產(chǎn)及投放市場(chǎng)。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)用戶使用場(chǎng)景需求到最終產(chǎn)品投放，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程所用方法及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的介紹，不僅展示了一種新型的汽車尾門結(jié)構(gòu)，也闡述了電動(dòng)汽車車身新功能快速開發(fā)的一種模式，對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車開發(fā)及汽車結(jié)構(gòu)多樣化具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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