某车型后背门开裂问题分析及解决

李国亮 辛勇 师德钦

（海马轿车有限公司）

某车型在海南试验场进行道路耐久试验时，多次反馈后背门上部铰链安装面出现焊点及钣金开裂问题。文章结合CAE分析的结果和该部位结构及受力特点，提出了一系列优化方案，最终通过了道路试验验证，问题得到成功解决。

1 问题分析

1.1 问题情形

该车型前期开发时，在不同的道路试验里程出现后背门铰链安装点处，钣金和焊点开裂，开裂情形，如图1和图2所示。裂纹从焊点处发展，向外延伸，随试验进行不断扩展。

对出现该问题的试验车和其行驶里程进行统计，如表1所示。

表1 某车型后背门试验问题统计表

试验里程无法达到预期的要求，且试验车出现开裂频次很高，需要有针对性地进行强度分析，进行优化整改。

1.2 开裂区域耐久强度分析

对后背门该部位进行耐久强度分析，分析结果，如图3所示。从图3可以看出，可以看到铰链安装部位钣金存在4个主要疲劳损伤点，与道路试验中反馈的开裂部位完全一致。按照前期设定的目标，损伤值不能超过0.2，否则开裂风险会大大增加。图3中数值为分析计算的疲劳耐久累积损伤值与目标设定值的比值，要求BM（车身基础材料）≤0.2，S（焊点）≤1.0，W（焊缝）≤1.0，图3中红色和紫色区域即表示已超过目标值。

该车型耐久强度分析是通过实测，获取标准工况下作用在车轮上的载荷谱，再通过多体动力学计算分解到白车身与悬吊系统的连接点上，结合有限元的非线性强度分析和失效疲劳分析，完成对基于实测载荷下的疲劳寿命的计算和预测，分析过程，如图4所示。

1.3 开裂区域结构设计分析

1）铰链安装面比较小，两螺栓安装间距只有40mm，后背门总成装配完毕后，质量比较大，直接导致安装平面的受力集中，图5示出后背门铰链安装面型面。

2）铰链加强板焊点分布不合理。图6示出铰链安装面焊点分布情况。图6中，焊点集中分布在铰链安装面附近（上部），其次是距离较远的部位（下部），焊点分布缺少连续过渡，中间区域缺少焊点，使得铰链的受力没有很好地分散出去，加强板虽然尺寸较大，但没有充分起到加强作用。

3）铰链安装面处型面比较复杂，从图5可知，缺少平缓的型面过渡，道路试验中应力和应变局限在铰链安装面的四周，使应力得不到传递和释放。

2 改善措施

2.1 更改焊接工艺改善应力集中

图7示出后背门铰链加强板新增焊点示意图。

1）在铰链加强板的上部中间直接增加一个焊点，即图7中间圆圈处。2）在左右两侧增加2个凹坑，使此处加强板与后背门内板贴合，从而可以分别增加2个焊点，即图7两侧圆圈处。通过实施此方案，铰链安装面附近焊点从原来6个增加到11个，可大大减弱此处钣金和焊点的应力集中。

2.2 改善焊点焊接质量

实际生产中由于操作原因，点焊工艺容易产生钣金扭曲及凹痕过大等缺陷，并形成以焊点为中心的残留应力。后期在汽车行驶产生的疲劳应力作用下，往往会成为钣金开裂的源头，并导致裂纹的扩展，是车身严重开裂失效的直接诱因。后期经工艺控制，该问题得到改善。

2.3 优化后背门限位方式

为防止后背门在行车中产生左右摆动，减小铰链及锁承受的应力，该车型还设计了限位装置。限位装置由限位块和限位座组成，分别安装在车身和后背门上，后背门关闭时两者接触并配合。限位装置可通过防止后背门过大摆动，从根本上减轻铰链及安装部位的受力变形，预防钣金过早开裂。

该车型原来限位方式是下部限位，如图8所示，左右两套限位装置安装在后背门下部。经试验对比，限位装置更改成侧面限位，如图9所示，左右两套限位装置安装在后背门左右两侧，直接限制后背门下部的左右摆动，限位效果明显改善。

2.4 改善效果

通过以上措施的同步实施，该车型后背门铰链安装面开裂的几率大幅下降，试验里程大大延长，达到了预期要求，问题得到圆满解决。改善后试验情况，如表2所示。

表2 某车型后背门改善后试验情况统计表

3 结论

结合道路试验的CAE耐久强度分析，有助于车身强度薄弱点的准确识别；CAE分析的前期应用，可在工程样车试制前及时发现潜在的疲劳寿命问题，并加以改进，大大降低后期道路试验的反复次数和试验周期，有效地降低了车型研发成本和开发周期。问题的改善措施既要针对薄弱点强度的直接改善，更要从根源上查找问题，从预防上下手。同时改善措施也要考虑工艺的影响和优化。