汽車開閉件系統開發概述

張雷 房長江 蔡金偉 姚征

1.北京汽車股份有限公司 北京市 101300 2.博坦德工業工程技術（上海）有限公司長春分公司 吉林省長春市 130013 3.長春凱迪汽車車身設計有限公司 吉林省長春市 130000 4.錦州師范高等專科學校 遼寧省錦州市 121001

1 引言

汽車開閉件包含了可以開閉的車身構件，例如發蓋、車門和行李箱蓋。汽車開閉件是車身的關鍵運動件，其靈活性、堅固性、密封性等方面的特點，對汽車產品的使用質量有重要的影響。因此，對汽車開閉件的開發流程、設計方法及驗證手段進行探究，對于提升汽車品質有著十分重要的意義。

2 開發流程

汽車開閉件系統的開發流程，可大致分為前期分析、工程設計、后期分析、實車驗證、產品定型等五個階段。

2.1 前期分析

汽車開閉件系統的前期分析，首先是參考車、競爭車的解析對標，形成相應的數據庫，作為重要的設計參考。根據所開發車型的市場和用戶群定位，以及造型主題，確定關鍵零部件的初步技術方案，包括結構形式、裝配狀態、通用化、DFMEA等方面在內的設計思路。

根據初步的技術方案，應對所涉及的零件進行涉及成本的VA/VE分析，確定低成本方案，以及是否需要引進低成本供應商的結論性分析。同時，還要根據初步的技術方案，向造型輸入設計硬點，特別是影響造型的相關零件數據。

在市場部門的產品調研、造型部門的創意草圖和重要硬點的總布置完成后，最終確定關鍵零部件的技術方案，包括詳細的設計思路、技術開發要求、DFMEA等。

在造型效果圖、CAS面、模型、A面完成后，應對其在零部件布置、制造工藝性、質量控制等方面進行分析，并向造型反饋分析結果，跟蹤問題的解決情況，另外還應在模型制作前提出外觀間隙斷差要求，在模型凍結時，涉及外觀的初步主斷面應同時凍結。

2.2 工程設計

工程設計階段的工作并不僅僅限于3D數據的設計，更多的是2D數據和相關技術文件的編制，主要包括公差定義、技術條件、產品特性清單等。

3D數據體現的是零件的外觀、結構和裝配關系，詳細的尺寸、公差應通過2D圖來定義。2D圖應根據零件的不同用途，以及同一零件中不同區域的功能，對尺寸和公差進行合理定義，既要避免因公差偏大而造成的裝配和使用誤差，又要避免公差偏小而造成的不必要的制造要求。

2.3 后期分析

在工程數據發布后，應通過軟件模擬的手段，對設計數據進行驗證，主要包括DMU檢查、CAE分析和SE分析三個部分。

DMU檢查即電子樣車單元檢查，是指將全車數據裝配成一個整體，對相互之間的裝配、間隙等關系，以及運動軌跡、包絡進行檢查。

CAE分析是對整車零件進行網格劃分，利用有限元方法，對碰撞安全、車體結構性能、開閉件剛度、整車模態、NVH等方面進行計算機模擬分析。

SE分析是借助工藝成形軟件及工藝人員的實際經驗，對整車零件的工藝性進行詳細分析，包括沖壓、焊接、涂裝、總裝四大工藝的檢查。

2.4 實車驗證

實車驗證包括兩個重要組成部分，樣車裝配和試驗驗證。

樣車裝配過程中，可以對開閉件系統的裝配關系、運動軌跡、公差設計等方面進行充分驗證，這一階段出現的問題，都應反饋回設計上進行仔細檢查，由此判斷是設計問題、工藝問題還是質量問題，從而進行有目的性的整改。

開閉件系統的試驗主要包括疲勞試驗、剛度試驗等臺架試驗，以及作為整車的組成部分，進行碰撞、NVH等試驗。試驗是對CAE分析結果的進一步驗證，同時也對工程設計、樣車裝配、零件質量提出進一步的改進方向。

2.5 產品定型

經過實車驗證合格后的產品，隨著整車開發項目通過投產簽署，應進入產品定型階段。產品定型階段的工作主要包括數據歸檔、技術文件編制及歸檔等。

歸檔的數據包括主斷面圖、3D、2D、技術條件，應按統一的要求進行歸檔，并確保數據的可讀性和正確性。

3 設計方法

從開發思路上來看，開閉件的設計方法分為正向和逆向兩種形式。

3.1 正向設計

正向設計是通過CATIA等設計軟件，全新地設計零件的結構形式、裝配關系，由此確定零件的尺寸公差、性能要求、材料要求等。

正向設計的靈活度高，可以根據不同車型的要求和實際的裝配環境，設計出滿足該車型和環境所要求的零件，但由于是全新設計，不僅周期長，而且設計可靠性較低，依賴于設計人員的經驗和水平，同時要通過相關的試驗進行驗證，設計風險大，成本高。

3.2 逆向設計

逆向設計是通過掃描現有的零件，在計算機中形成點云，并通過相應的軟件（如Surface等）進行后期分析處理，得到零件的結構形式、裝配關系，從而參考現成零件確定尺寸公差、性能要求、材料要求等。

逆向設計的周期短，設計可靠性較高，可以減少甚至取消相關的試驗，設計風險小，成本低，但其靈活度低。由于受到車型和裝配環境的限制，可能會為了借用而影響到周邊零件以及自身功能的充分發揮，同時還存在專利侵權的隱患。

4 驗證手段

開閉件系統的驗證包括計算機驗證和實物驗證兩大類。DMU、CAE、SE等計算機分析驗證手段已經在前文有所提及，這里僅對涉及開閉件系統的試驗作簡要介紹。

4.1 剛性試驗

開閉件系統的主要剛性試驗項目和評價標準如下：

（1）發蓋扭轉剛性試驗：所測得的載荷—位移曲線圖應連續變化無突變（臨界點除外）；剛性指標應大于2000Nm/rad。

（2）門柱（15°角和全開）剛性試驗：對于轎車車門，當載荷為1000N時，最大位移量應不大于8mm，永久變形量應不大于0.5mm。

（3）車門窗框變形測量：所測得的載荷—位移曲線圖應連續變化無突變（臨界點除外）；當載荷為200N時，位移量應不大于8mm。

（4）背門開啟位置和鎖止位置的扭轉剛度：所測得的載荷位移曲線圖應連續變化無突變；當載荷為50N時，最大位移量應不大于6.00mm（開啟）和3.00mm（鎖止）。

4.2 疲勞試驗

開閉件系統的疲勞試驗主要項目和評價標準如下：

（1）發蓋加力開閉、完全開閉和側向加載疲勞試驗：進行5000次開閉試驗后發蓋及各附件工作應良好；發蓋和車身上無破壞、變形等現象。

（2）背門加力開閉和完全開閉疲勞試驗：進行15000次開閉試驗后背門及各附件工作應良好；背門和車身上無破壞、變形等現象。

（3）旋轉門加力疲勞試驗：試驗后旋轉門及各附件工作應良好；旋轉門和車身上無破壞、變形等現象。（玻璃全開25000次，半開25000次）。

（4）旋轉門完全開閉疲勞試驗：進行40000次開閉試驗，試驗結束后前門及各附件工作應良好；試驗中和結束后前門開關不應有異響；前門開門限位器不能有變形、損壞；扭矩不應下降；前門開關力變化在10%以內。

（5）旋轉門邊緣加載和垂直加載疲勞試驗：進行50000次試驗后旋轉門及各附件工作應良好；旋轉門、鉸鏈立柱無破壞、變形等現象。

5 結語

開閉件系統的設計在整車開發過程中是一個相對獨立但又非常復雜的工作，本文只是簡單的對其開發流程、設計方法、驗證手段等方面進行了簡單的概述。在開發過程中還有許多更具體更復雜的工作。在將來的開閉件開發中將采用模塊化設計，其具有減少裝配時間，在規模化生產中更節約成本、維修方便、結構簡單等優點，同時對零部件的設計、開閉件材料的開發提出來更高的挑戰。