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浅谈两厢车尾门的一些常规设计
2020-10-10 19:33:47· 来源：上汽安全与CAE技术
尾门总成是位于车身后部的开闭件，主要作用是为了满足行李的进出，同时其需要满足乘客舱的密封性要求等。尾门的设计需要满足相关法规要求，模态、刚度应达到设定
尾门总成是位于车身后部的开闭件，主要作用是为了满足行李的进出，同时其需要满足乘客舱的密封性要求等。尾门的设计需要满足相关法规要求，模态、刚度应达到设定目标，满足制造工艺要求。
在尾门设计初期，其人机布置问题需要首先被考虑。尾门的人机布置由总布置结合车型的定位来确定，主要涉及到尾门门槛高度H1、尾门开口尺寸W、开启开关的高度、门开启后的高度H和后上视野（见下图)。
图1 尾门总体人机布置
尾门的人机没有法规要求，主要是考虑行李进出的方便性和乘员操作的舒适性。在布置可行的前提下，一般尾门门洞的开口尺寸W越大越好，这样可以增加行李舱的储物空间，有利于行李的进出。尾门门槛高度H1 越小对人机越有利，但是考虑到尾门的设计，一般要求600≤H1≤700。对于尾门的后上视野，没有法规要求。
对于铰链的布置来说，铰链的跨距（两铰链之间的距离）要求越大越好。在旋转过程中，要保证尾门与顶盖和侧围在运动过程中有一定的安全距离，即运动间隙，根据制造工艺的差别，此安全距离略有差异，推荐为4mm。
对于尾门密封面来说，其指的是尾门密封条与车门内板接触的面，密封面的质量不仅对整车密封性能有重要影响，它还影响尾门的刚度、强度、成型性等关键特性。密封面一般需要过渡光顺、平缓，无扭曲，宽度应能够保证密封条的正常接触，密封面上一般不会有焊点。
从尾门材料角度来说，当前尾门系统主要形式分为金属尾门与塑料尾门两种。
1、金属尾门
传统的汽车尾门大部分由金属材料制成，对于金属材料来说，其具有强度高、稳定性好、尺寸与性能受温度变化的影响较小。但由于金属材料本身密度较大，所以导致尾门系统较重。研究表明，对于普通乘用车，车身质量每增加1/10，能源消耗就会增加7%左右[1]。
金属尾门主要由内外板钣金、各类加强板以及附件系统组成，附件系统包括尾门锁、锁扣、密封条、气弹簧、球头、缓冲块等。对于金属尾门来说，钣金的结构设计对于提升整车质量具有十分重要的作用。主要设计要点一般为:
（1）铰链加强板对力传递有重要作用，应注意侧翻边及贯穿加强筋的设置;
（2）锁加强板对力的传递有重要作用，其拓扑结构对性能的影响较大，应结合CAE 应力云图合理设计;
（3）尾门侧向加强板主要考虑气弹簧的安装支撑，对尾门整体框架性能也有影响，在设计时应从性能和重量两方面进行一定的平衡；
（4）当前各主机厂的内板拓扑形式差异性较大，基本无统一的可参考形式，在进行内板拓扑结构设计时，建议先进行拓扑分析，从而大致确定最高效的力传递路径；
（5）尾门气弹簧设计布置的合理性，对尾门的开关舒适性和便利性有着至关重要的影响；
（6）从NVH角度来看，尾门钣金的模态一般应达到30 Hz 以上。
图2 尾门钣金结构示意图
2、塑料尾门
热塑性材料是汽车塑料尾门板的主要原材料，目前主要有烯烃类塑料尾门板和纤维增强复合材料类塑料尾门板（PP-LGF），采用PP + LGF 材料的尾门与钣金尾门在刚度、模态、耐久等方面性能相当，但重量与钣金尾门相比可减轻30% ( 5.0 kg) ，零件数量减少20%。在加工工艺方面，金属尾门往往会由于金属材料的延展性导致冲压深度受到限制，而塑料尾门采用注塑成型，不存在冲压深度问题，造型自由度更高，同时塑料尾门也避免了腐蚀性问题。但是，受限于目前的生产工艺及进口原材料，塑料尾门的单件成本仍高于钣金尾门，在项目前期方案选择时需要综合评估模具费、单件成本、产量、减重效率等因素。以塑料取代传统金属材料已成为当前汽车工业的整体发展方向。
图3 塑料尾门板结构示意图
[1] 慕温周,杨人杰,朱珍厚,等．车身轻量化实现的思路及途径[J].重型汽车，2017 (5): 6－9．
[2] 周其,任帅,朱建.两厢式乘用车尾门设计[J].轻型汽车技术,2019（1-2）
[3] 邢号彬,付燕鹏,谭敦松,等.工艺材料[J].2017(37-39)
在尾门设计初期，其人机布置问题需要首先被考虑。尾门的人机布置由总布置结合车型的定位来确定，主要涉及到尾门门槛高度H1、尾门开口尺寸W、开启开关的高度、门开启后的高度H和后上视野（见下图)。
图1 尾门总体人机布置
尾门的人机没有法规要求，主要是考虑行李进出的方便性和乘员操作的舒适性。在布置可行的前提下，一般尾门门洞的开口尺寸W越大越好，这样可以增加行李舱的储物空间，有利于行李的进出。尾门门槛高度H1 越小对人机越有利，但是考虑到尾门的设计，一般要求600≤H1≤700。对于尾门的后上视野，没有法规要求。
对于铰链的布置来说，铰链的跨距（两铰链之间的距离）要求越大越好。在旋转过程中，要保证尾门与顶盖和侧围在运动过程中有一定的安全距离，即运动间隙，根据制造工艺的差别，此安全距离略有差异，推荐为4mm。
对于尾门密封面来说，其指的是尾门密封条与车门内板接触的面，密封面的质量不仅对整车密封性能有重要影响，它还影响尾门的刚度、强度、成型性等关键特性。密封面一般需要过渡光顺、平缓，无扭曲，宽度应能够保证密封条的正常接触，密封面上一般不会有焊点。
从尾门材料角度来说，当前尾门系统主要形式分为金属尾门与塑料尾门两种。
1、金属尾门
传统的汽车尾门大部分由金属材料制成，对于金属材料来说，其具有强度高、稳定性好、尺寸与性能受温度变化的影响较小。但由于金属材料本身密度较大，所以导致尾门系统较重。研究表明，对于普通乘用车，车身质量每增加1/10，能源消耗就会增加7%左右[1]。
金属尾门主要由内外板钣金、各类加强板以及附件系统组成，附件系统包括尾门锁、锁扣、密封条、气弹簧、球头、缓冲块等。对于金属尾门来说，钣金的结构设计对于提升整车质量具有十分重要的作用。主要设计要点一般为:
（1）铰链加强板对力传递有重要作用，应注意侧翻边及贯穿加强筋的设置;
（2）锁加强板对力的传递有重要作用，其拓扑结构对性能的影响较大，应结合CAE 应力云图合理设计;
（3）尾门侧向加强板主要考虑气弹簧的安装支撑，对尾门整体框架性能也有影响，在设计时应从性能和重量两方面进行一定的平衡；
（4）当前各主机厂的内板拓扑形式差异性较大，基本无统一的可参考形式，在进行内板拓扑结构设计时，建议先进行拓扑分析，从而大致确定最高效的力传递路径；
（5）尾门气弹簧设计布置的合理性，对尾门的开关舒适性和便利性有着至关重要的影响；
（6）从NVH角度来看，尾门钣金的模态一般应达到30 Hz 以上。
图2 尾门钣金结构示意图
2、塑料尾门
热塑性材料是汽车塑料尾门板的主要原材料，目前主要有烯烃类塑料尾门板和纤维增强复合材料类塑料尾门板（PP-LGF），采用PP + LGF 材料的尾门与钣金尾门在刚度、模态、耐久等方面性能相当，但重量与钣金尾门相比可减轻30% ( 5.0 kg) ，零件数量减少20%。在加工工艺方面，金属尾门往往会由于金属材料的延展性导致冲压深度受到限制，而塑料尾门采用注塑成型，不存在冲压深度问题，造型自由度更高，同时塑料尾门也避免了腐蚀性问题。但是，受限于目前的生产工艺及进口原材料，塑料尾门的单件成本仍高于钣金尾门，在项目前期方案选择时需要综合评估模具费、单件成本、产量、减重效率等因素。以塑料取代传统金属材料已成为当前汽车工业的整体发展方向。
图3 塑料尾门板结构示意图
[1] 慕温周,杨人杰,朱珍厚,等．车身轻量化实现的思路及途径[J].重型汽车，2017 (5): 6－9．
[2] 周其,任帅,朱建.两厢式乘用车尾门设计[J].轻型汽车技术,2019（1-2）
[3] 邢号彬,付燕鹏,谭敦松,等.工艺材料[J].2017(37-39)
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