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淺談兩廂車尾門的一些常規(guī)設計
2020-10-10 19:33:47· 來源：上汽安全與CAE技術
尾門總成是位于車身后部的開閉件，主要作用是為了滿足行李的進出，同時其需要滿足乘客艙的密封性要求等。尾門的設計需要滿足相關法規(guī)要求，模態(tài)、剛度應達到設定
尾門總成是位于車身后部的開閉件，主要作用是為了滿足行李的進出，同時其需要滿足乘客艙的密封性要求等。尾門的設計需要滿足相關法規(guī)要求，模態(tài)、剛度應達到設定目標，滿足制造工藝要求。
在尾門設計初期，其人機布置問題需要首先被考慮。尾門的人機布置由總布置結合車型的定位來確定，主要涉及到尾門門檻高度H1、尾門開口尺寸W、開啟開關的高度、門開啟后的高度H和后上視野（見下圖)。
圖1 尾門總體人機布置
尾門的人機沒有法規(guī)要求，主要是考慮行李進出的方便性和乘員操作的舒適性。在布置可行的前提下，一般尾門門洞的開口尺寸W越大越好，這樣可以增加行李艙的儲物空間，有利于行李的進出。尾門門檻高度H1 越小對人機越有利，但是考慮到尾門的設計，一般要求600≤H1≤700。對于尾門的后上視野，沒有法規(guī)要求。
對于鉸鏈的布置來說，鉸鏈的跨距（兩鉸鏈之間的距離）要求越大越好。在旋轉(zhuǎn)過程中，要保證尾門與頂蓋和側圍在運動過程中有一定的安全距離，即運動間隙，根據(jù)制造工藝的差別，此安全距離略有差異，推薦為4mm。
對于尾門密封面來說，其指的是尾門密封條與車門內(nèi)板接觸的面，密封面的質(zhì)量不僅對整車密封性能有重要影響，它還影響尾門的剛度、強度、成型性等關鍵特性。密封面一般需要過渡光順、平緩，無扭曲，寬度應能夠保證密封條的正常接觸，密封面上一般不會有焊點。
從尾門材料角度來說，當前尾門系統(tǒng)主要形式分為金屬尾門與塑料尾門兩種。
1、金屬尾門
傳統(tǒng)的汽車尾門大部分由金屬材料制成，對于金屬材料來說，其具有強度高、穩(wěn)定性好、尺寸與性能受溫度變化的影響較小。但由于金屬材料本身密度較大，所以導致尾門系統(tǒng)較重。研究表明，對于普通乘用車，車身質(zhì)量每增加1/10，能源消耗就會增加7%左右[1]。
金屬尾門主要由內(nèi)外板鈑金、各類加強板以及附件系統(tǒng)組成，附件系統(tǒng)包括尾門鎖、鎖扣、密封條、氣彈簧、球頭、緩沖塊等。對于金屬尾門來說，鈑金的結構設計對于提升整車質(zhì)量具有十分重要的作用。主要設計要點一般為:
（1）鉸鏈加強板對力傳遞有重要作用，應注意側翻邊及貫穿加強筋的設置;
（2）鎖加強板對力的傳遞有重要作用，其拓撲結構對性能的影響較大，應結合CAE 應力云圖合理設計;
（3）尾門側向加強板主要考慮氣彈簧的安裝支撐，對尾門整體框架性能也有影響，在設計時應從性能和重量兩方面進行一定的平衡；
（4）當前各主機廠的內(nèi)板拓撲形式差異性較大，基本無統(tǒng)一的可參考形式，在進行內(nèi)板拓撲結構設計時，建議先進行拓撲分析，從而大致確定最高效的力傳遞路徑；
（5）尾門氣彈簧設計布置的合理性，對尾門的開關舒適性和便利性有著至關重要的影響；
（6）從NVH角度來看，尾門鈑金的模態(tài)一般應達到30 Hz 以上。
圖2 尾門鈑金結構示意圖
2、塑料尾門
熱塑性材料是汽車塑料尾門板的主要原材料，目前主要有烯烴類塑料尾門板和纖維增強復合材料類塑料尾門板（PP-LGF），采用PP + LGF 材料的尾門與鈑金尾門在剛度、模態(tài)、耐久等方面性能相當，但重量與鈑金尾門相比可減輕30% ( 5.0 kg) ，零件數(shù)量減少20%。在加工工藝方面，金屬尾門往往會由于金屬材料的延展性導致沖壓深度受到限制，而塑料尾門采用注塑成型，不存在沖壓深度問題，造型自由度更高，同時塑料尾門也避免了腐蝕性問題。但是，受限于目前的生產(chǎn)工藝及進口原材料，塑料尾門的單件成本仍高于鈑金尾門，在項目前期方案選擇時需要綜合評估模具費、單件成本、產(chǎn)量、減重效率等因素。以塑料取代傳統(tǒng)金屬材料已成為當前汽車工業(yè)的整體發(fā)展方向。
圖3 塑料尾門板結構示意圖
[1] 慕溫周,楊人杰,朱珍厚,等．車身輕量化實現(xiàn)的思路及途徑[J].重型汽車，2017 (5): 6－9．
[2] 周其,任帥,朱建.兩廂式乘用車尾門設計[J].輕型汽車技術,2019（1-2）
[3] 邢號彬,付燕鵬,譚敦松,等.工藝材料[J].2017(37-39)
在尾門設計初期，其人機布置問題需要首先被考慮。尾門的人機布置由總布置結合車型的定位來確定，主要涉及到尾門門檻高度H1、尾門開口尺寸W、開啟開關的高度、門開啟后的高度H和后上視野（見下圖)。
圖1 尾門總體人機布置
尾門的人機沒有法規(guī)要求，主要是考慮行李進出的方便性和乘員操作的舒適性。在布置可行的前提下，一般尾門門洞的開口尺寸W越大越好，這樣可以增加行李艙的儲物空間，有利于行李的進出。尾門門檻高度H1 越小對人機越有利，但是考慮到尾門的設計，一般要求600≤H1≤700。對于尾門的后上視野，沒有法規(guī)要求。
對于鉸鏈的布置來說，鉸鏈的跨距（兩鉸鏈之間的距離）要求越大越好。在旋轉(zhuǎn)過程中，要保證尾門與頂蓋和側圍在運動過程中有一定的安全距離，即運動間隙，根據(jù)制造工藝的差別，此安全距離略有差異，推薦為4mm。
對于尾門密封面來說，其指的是尾門密封條與車門內(nèi)板接觸的面，密封面的質(zhì)量不僅對整車密封性能有重要影響，它還影響尾門的剛度、強度、成型性等關鍵特性。密封面一般需要過渡光順、平緩，無扭曲，寬度應能夠保證密封條的正常接觸，密封面上一般不會有焊點。
從尾門材料角度來說，當前尾門系統(tǒng)主要形式分為金屬尾門與塑料尾門兩種。
1、金屬尾門
傳統(tǒng)的汽車尾門大部分由金屬材料制成，對于金屬材料來說，其具有強度高、穩(wěn)定性好、尺寸與性能受溫度變化的影響較小。但由于金屬材料本身密度較大，所以導致尾門系統(tǒng)較重。研究表明，對于普通乘用車，車身質(zhì)量每增加1/10，能源消耗就會增加7%左右[1]。
金屬尾門主要由內(nèi)外板鈑金、各類加強板以及附件系統(tǒng)組成，附件系統(tǒng)包括尾門鎖、鎖扣、密封條、氣彈簧、球頭、緩沖塊等。對于金屬尾門來說，鈑金的結構設計對于提升整車質(zhì)量具有十分重要的作用。主要設計要點一般為:
（1）鉸鏈加強板對力傳遞有重要作用，應注意側翻邊及貫穿加強筋的設置;
（2）鎖加強板對力的傳遞有重要作用，其拓撲結構對性能的影響較大，應結合CAE 應力云圖合理設計;
（3）尾門側向加強板主要考慮氣彈簧的安裝支撐，對尾門整體框架性能也有影響，在設計時應從性能和重量兩方面進行一定的平衡；
（4）當前各主機廠的內(nèi)板拓撲形式差異性較大，基本無統(tǒng)一的可參考形式，在進行內(nèi)板拓撲結構設計時，建議先進行拓撲分析，從而大致確定最高效的力傳遞路徑；
（5）尾門氣彈簧設計布置的合理性，對尾門的開關舒適性和便利性有著至關重要的影響；
（6）從NVH角度來看，尾門鈑金的模態(tài)一般應達到30 Hz 以上。
圖2 尾門鈑金結構示意圖
2、塑料尾門
熱塑性材料是汽車塑料尾門板的主要原材料，目前主要有烯烴類塑料尾門板和纖維增強復合材料類塑料尾門板（PP-LGF），采用PP + LGF 材料的尾門與鈑金尾門在剛度、模態(tài)、耐久等方面性能相當，但重量與鈑金尾門相比可減輕30% ( 5.0 kg) ，零件數(shù)量減少20%。在加工工藝方面，金屬尾門往往會由于金屬材料的延展性導致沖壓深度受到限制，而塑料尾門采用注塑成型，不存在沖壓深度問題，造型自由度更高，同時塑料尾門也避免了腐蝕性問題。但是，受限于目前的生產(chǎn)工藝及進口原材料，塑料尾門的單件成本仍高于鈑金尾門，在項目前期方案選擇時需要綜合評估模具費、單件成本、產(chǎn)量、減重效率等因素。以塑料取代傳統(tǒng)金屬材料已成為當前汽車工業(yè)的整體發(fā)展方向。
圖3 塑料尾門板結構示意圖
[1] 慕溫周,楊人杰,朱珍厚,等．車身輕量化實現(xiàn)的思路及途徑[J].重型汽車，2017 (5): 6－9．
[2] 周其,任帥,朱建.兩廂式乘用車尾門設計[J].輕型汽車技術,2019（1-2）
[3] 邢號彬,付燕鵬,譚敦松,等.工藝材料[J].2017(37-39)
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