某車型后背門開裂問題分析及解決

李國亮 辛勇 師德欽

（海馬轎車有限公司）

某車型在海南試驗場進行道路耐久試驗時，多次反饋后背門上部鉸鏈安裝面出現焊點及鈑金開裂問題。文章結合CAE分析的結果和該部位結構及受力特點，提出了一系列優化方案，最終通過了道路試驗驗證，問題得到成功解決。

1 問題分析

1.1 問題情形

該車型前期開發時，在不同的道路試驗里程出現后背門鉸鏈安裝點處，鈑金和焊點開裂，開裂情形，如圖1和圖2所示。裂紋從焊點處發展，向外延伸，隨試驗進行不斷擴展。

對出現該問題的試驗車和其行駛里程進行統計，如表1所示。

表1 某車型后背門試驗問題統計表

試驗里程無法達到預期的要求，且試驗車出現開裂頻次很高，需要有針對性地進行強度分析，進行優化整改。

1.2 開裂區域耐久強度分析

對后背門該部位進行耐久強度分析，分析結果，如圖3所示。從圖3可以看出，可以看到鉸鏈安裝部位鈑金存在4個主要疲勞損傷點，與道路試驗中反饋的開裂部位完全一致。按照前期設定的目標，損傷值不能超過0.2，否則開裂風險會大大增加。圖3中數值為分析計算的疲勞耐久累積損傷值與目標設定值的比值，要求BM（車身基礎材料）≤0.2，S（焊點）≤1.0，W（焊縫）≤1.0，圖3中紅色和紫色區域即表示已超過目標值。

該車型耐久強度分析是通過實測，獲取標準工況下作用在車輪上的載荷譜，再通過多體動力學計算分解到白車身與懸吊系統的連接點上，結合有限元的非線性強度分析和失效疲勞分析，完成對基于實測載荷下的疲勞壽命的計算和預測，分析過程，如圖4所示。

1.3 開裂區域結構設計分析

1）鉸鏈安裝面比較小，兩螺栓安裝間距只有40mm，后背門總成裝配完畢后，質量比較大，直接導致安裝平面的受力集中，圖5示出后背門鉸鏈安裝面型面。

2）鉸鏈加強板焊點分布不合理。圖6示出鉸鏈安裝面焊點分布情況。圖6中，焊點集中分布在鉸鏈安裝面附近（上部），其次是距離較遠的部位（下部），焊點分布缺少連續過渡，中間區域缺少焊點，使得鉸鏈的受力沒有很好地分散出去，加強板雖然尺寸較大，但沒有充分起到加強作用。

3）鉸鏈安裝面處型面比較復雜，從圖5可知，缺少平緩的型面過渡，道路試驗中應力和應變局限在鉸鏈安裝面的四周，使應力得不到傳遞和釋放。

2 改善措施

2.1 更改焊接工藝改善應力集中

圖7示出后背門鉸鏈加強板新增焊點示意圖。

1）在鉸鏈加強板的上部中間直接增加一個焊點，即圖7中間圓圈處。2）在左右兩側增加2個凹坑，使此處加強板與后背門內板貼合，從而可以分別增加2個焊點，即圖7兩側圓圈處。通過實施此方案，鉸鏈安裝面附近焊點從原來6個增加到11個，可大大減弱此處鈑金和焊點的應力集中。

2.2 改善焊點焊接質量

實際生產中由于操作原因，點焊工藝容易產生鈑金扭曲及凹痕過大等缺陷，并形成以焊點為中心的殘留應力。后期在汽車行駛產生的疲勞應力作用下，往往會成為鈑金開裂的源頭，并導致裂紋的擴展，是車身嚴重開裂失效的直接誘因。后期經工藝控制，該問題得到改善。

2.3 優化后背門限位方式

為防止后背門在行車中產生左右擺動，減小鉸鏈及鎖承受的應力，該車型還設計了限位裝置。限位裝置由限位塊和限位座組成，分別安裝在車身和后背門上，后背門關閉時兩者接觸并配合。限位裝置可通過防止后背門過大擺動，從根本上減輕鉸鏈及安裝部位的受力變形，預防鈑金過早開裂。

該車型原來限位方式是下部限位，如圖8所示，左右兩套限位裝置安裝在后背門下部。經試驗對比，限位裝置更改成側面限位，如圖9所示，左右兩套限位裝置安裝在后背門左右兩側，直接限制后背門下部的左右擺動，限位效果明顯改善。

2.4 改善效果

通過以上措施的同步實施，該車型后背門鉸鏈安裝面開裂的幾率大幅下降，試驗里程大大延長，達到了預期要求，問題得到圓滿解決。改善后試驗情況，如表2所示。

表2 某車型后背門改善后試驗情況統計表

3 結論

結合道路試驗的CAE耐久強度分析，有助于車身強度薄弱點的準確識別；CAE分析的前期應用，可在工程樣車試制前及時發現潛在的疲勞壽命問題，并加以改進，大大降低后期道路試驗的反復次數和試驗周期，有效地降低了車型研發成本和開發周期。問題的改善措施既要針對薄弱點強度的直接改善，更要從根源上查找問題，從預防上下手。同時改善措施也要考慮工藝的影響和優化。