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(yè)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(fā)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(chǎn)品的使用質(zhì)量有重要的影響。因此，對汽車開閉件的開發(fā)流程、設計方法及驗證手段進行探究，對于提升汽車品質(zhì)有著十分重要的意義。

2 開發(fā)流程

汽車開閉件系統(tǒng)的開發(fā)流程，可大致分為前期分析、工程設計、后期分析、實車驗證、產(chǎn)品定型等五個階段。

2.1 前期分析

汽車開閉件系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫，作為重要的設計參考。根據(jù)所開發(fā)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(tài)、通用化、DFMEA等方面在內(nèi)的設計思路。

根據(jù)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(jù)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(shù)據(jù)。

在市場部門的產(chǎn)品調(diào)研、造型部門的創(chuàng)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(fā)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(zhì)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(shù)據(jù)的設計，更多的是2D數(shù)據(jù)和相關技術文件的編制，主要包括公差定義、技術條件、產(chǎn)品特性清單等。

3D數(shù)據(jù)體現(xiàn)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(jù)零件的不同用途，以及同一零件中不同區(qū)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(shù)據(jù)發(fā)布后，應通過軟件模擬的手段，對設計數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(tài)、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(jīng)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(tǒng)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(xiàn)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(zhì)量問題，從而進行有目的性的整改。

開閉件系統(tǒng)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(zhì)量提出進一步的改進方向。

2.5 產(chǎn)品定型

經(jīng)過實車驗證合格后的產(chǎn)品，隨著整車開發(fā)項目通過投產(chǎn)簽署，應進入產(chǎn)品定型階段。產(chǎn)品定型階段的工作主要包括數(shù)據(jù)歸檔、技術文件編制及歸檔等。

歸檔的數(shù)據(jù)包括主斷面圖、3D、2D、技術條件，應按統(tǒng)一的要求進行歸檔，并確保數(shù)據(jù)的可讀性和正確性。

3 設計方法

從開發(fā)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(jù)不同車型的要求和實際的裝配環(huán)境，設計出滿足該車型和環(huán)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(jīng)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(xiàn)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(xiàn)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(huán)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(fā)揮，同時還存在專利侵權的隱患。

4 驗證手段

開閉件系統(tǒng)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(jīng)在前文有所提及，這里僅對涉及開閉件系統(tǒng)的試驗作簡要介紹。

4.1 剛性試驗

開閉件系統(tǒng)的主要剛性試驗項目和評價標準如下：

（1）發(fā)蓋扭轉剛性試驗：所測得的載荷—位移曲線圖應連續(xù)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(xù)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(xù)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(tǒng)的疲勞試驗主要項目和評價標準如下：

（1）發(fā)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(fā)蓋及各附件工作應良好；發(fā)蓋和車身上無破壞、變形等現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(nèi)。

（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(xiàn)象。

5 結語

開閉件系統(tǒng)的設計在整車開發(fā)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(fā)流程、設計方法、驗證手段等方面進行了簡單的概述。在開發(fā)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(fā)中將采用模塊化設計，其具有減少裝配時間，在規(guī)?；a(chǎn)中更節(jié)約成本、維修方便、結構簡單等優(yōu)點，同時對零部件的設計、開閉件材料的開發(fā)提出來更高的挑戰(zhàn)。