基于數理統計的前艙蓋鉸鏈加強板設計

張保林，歐陽釗，徐振東，蔡姍姍，崔柳燕

福特汽車工程研究（南京）有限公司，江蘇南京 211106

0 引言

鉸鏈加強板主要通過鉚接或者焊接的方式與前艙蓋內板相連，同時為前艙蓋鉸鏈提供固定點，起加強固定作用。前艙蓋通過鉸鏈與車身相連，在車輛行駛過程中，受車身扭轉與振動等工況的激勵，會發生各個方向的扭轉、振動等，導致前艙蓋鉸鏈加強板處所受的應力相對集中且較大。整車開發對減重、降本、開發周期等方面的要求越來越高，使鉸鏈加強板也逐漸成為前艙蓋系統開發的難點與痛點[1]。為了使鉸鏈加強板的設計達到要求，本文從鉸鏈加強板在歷史開發過程中的經驗教訓出發，結合某公司上市車型的數據統計與分析，總結出前艙蓋外板與鉸鏈加強板外觀尺寸之間的關系，借助其在新開發車型當中的成功運用，為整車的降本增效提供合理的方法借鑒。

1 鉸鏈加強板的案例介紹及數據統計研究

在項目開發初始階段，新開發車型鉸鏈加強板的原始設計尺寸參考了同平臺車型的鉸鏈加強板尺寸（表1）[2]。在前期的CAE分析中，該車型的前艙蓋模態與抖動量分析指標無法滿足要求[3]。鑒于此，本文進行了設計數據的反復迭代與CAE分析驗證，最終在前艙蓋內板主體結構不調整的前提下，將其H1的尺寸從最初的90.0 mm不斷加大到160.0 mm，L2的尺寸也從原始的213.7 mm加長到278.4 mm，滿足了前艙蓋模態與抖動量的分析指標。圖1為前艙蓋總成的基本結構。

圖1 前艙蓋總成的基本結構

表1 新開發車型鉸鏈加強板的關鍵尺寸與CAE分析結果對比

從歷史開發的經驗教訓出發，為了有效降低此問題的發生率，同步快速求出鉸鏈加強板最優設計參數。現對已上市30款車型的前艙蓋外板與鉸鏈加強板相關尺寸進行了統計與研究[4]，見表2，旨在探索各相關尺寸之間的關系，并同步運用Minitab進行數據的理論分析。

表2 已上市30款車型的前艙蓋外板與鉸鏈加強板相關尺寸

研究30款車型的數據可以發現，隨著前艙蓋外板尺寸L1不斷增加，對應的前艙蓋鉸鏈加強板尺寸L2、H1也存在不斷增加的趨勢（確定前艙蓋鉸鏈選型后，H1的值為定值）。因此，對L1、L2、H1進行相關分析，判斷三者之間是否存在具有統計學意義的關系。對L2與L1、H1進行回歸分析，結果見表3。L2～L1及L2～H1對應的P值均小于0.05，說明數據差異顯著，具有統計學意義，可得出L1、H1是影響L2的關鍵因子,與經驗猜想相吻合。

表3 L2與L1、H1的回歸分析結果

進一步做回歸分析，建立回歸模型y=f（x），回歸分析結果見表3，回歸方程的P值小于0.05表明回歸方程有效。R-sq（調整）大于80%，說明此回歸模型L2=-192.6+0.2714L1+0.794H1對L2的變異解釋效果很好，即回歸方程擬合有效。同時，由圖2可見，L2殘差無任何異常。綜上所述，所建立的回歸模型擬合效果很好。

圖2 L2殘差圖

運用此方法，根據以往的開發經驗同步探索W2與S1、W1之間的關聯，見表4。W2與S1間的P值小于0.05，說明S1是W2的顯著影響因子。但W2與W1間的P值為0.382，大于0.05，說明W1對W2的影響很小。故應將W1從回歸模型中刪除并重新擬合模型，見表5，得到新的回歸方程W2=3.2+0.000077S1，重新擬合后的方程R-sq（調整）的擬合效果變好，同時P值與殘差分析無異常，故刪掉W1。但R-sq（調整）為65.67%，說明A面造型（關聯外板抗凹）、密封面等噪聲因子對W2的影響也較大，但考慮到此因子無法具體量化，故將其作為影響W2的噪聲因子進行控制，不納入回歸模型。

表4 W2與S1、W1的回歸分析

表5 W2與S1的回歸分析

2 在新開發車型的實際運用

在新項目的開發過程中，根據統計分析總結出來的回歸方程以及在鉸鏈加強板設計過程中的實際運用情況，通過不同階段CAE的分析驗證得出，前艙蓋板與鉸鏈加強板相關聯的CAE分析項均合格。前艙蓋模態與抖動量的分析結果見表6和圖3[3]，充分說明回歸方程的合理性。另外，同步對比了不采用此回歸方程而是運用benchmark同平臺鉸鏈加強板進行的設計，該設計中盡管與鉸鏈加強板相關聯的CAE分析項也合格，但其單車重量增加了126.8g，單車成本預計增加2元左右，導致其設計過剩，造成重量與成本的浪費，詳見表7。

圖3 前艙蓋抖動量分析位置

表6 前艙蓋模態與抖動量分析結果

表7 鉸鏈加強板前后設計對比

3 結論

通過研究理論數據及其在新開發車型的實際運用，可以總結出前艙蓋外板與鉸鏈加強板可基本滿足線性回歸方程：L2=0.2714L1+0.794H1-192.6（鉸鏈選型確定后，H1為定值）與W2=7.7×10-5S1+3.2。該結果可以作為鉸鏈加強板外形尺寸設計參考，以減少設計迭代。對比不同設計方案的CAE分析結果可有效降低鉸鏈加強板的設計重量與成本，以達到整車減重將本的目的[5]。鑒于數據統計的不斷增加與完善，其線性回歸方程也在不斷地得到修正，再加上一些潛在的影響因子無法具體量化，導致計算結果可能有一定的偏差。但總結出的回歸方程對鉸鏈加強板的設計具有很好的借鑒意義，希望能給從事相關技術的開發人員提供幫助。