基于用户需求的一种车辆尾部结构设计及设计方法运用

窦晓东

摘 要：电动汽车与传统汽车相比，更加鲜明的个性化需求成为其一大卖点。公司一款微型电动车前期创意，即提出尾门向下旋转打开，除了满足货物进出通道，尾门还能够充当座椅满足两个成年人坐下的功能需求。为此我们开发了一种车身结构设计方法，怎样从满足用户这一需求到产品功能实现。

关键词：车身结构;车身强度;车身耐久

1 引言

电动汽车越来越多的出现在人们的生活中，与传统的燃油汽车相比，个性化、科技感等创新点成为其代名词，电动汽车的设计也需要更多的创新方法来满足客户的新需求。一新款微型电动车即提出这样一个使用场景：尾门向下翻转打开，打开的尾门可充当座椅，满足两个乘客坐在上面休息的需求。

通过对这一使用需求分析，参照市场上有下翻开启尾门的车型（仅可开启，不能满足坐人），通过外观造型设计、工程方案构划、三维数据模型建立、模型CAE刚度、强度分析等过程，建立了对应的车身外观造型及车身结构，然后通过样件制作、样车制造，试验验证，驾乘体验，完成新车型的开发，投入市场供用户购买使用。

2 车型的外观造型设计

2.1 尾部上半部分玻璃，下半部分可开启的尾门

车辆尾部布置首先必须满足法规需求的灯光布置（一般位于尾部两侧位置），然后由两侧的侧围结构、上部顶盖总成、下部的尾端板总成围成一个尾门洞，中部为一个可整体的向上旋转打开的尾门，后档玻璃胶粘于尾门上，随尾门一起运动，尾门轴线在车后端靠顶盖的位置。开发的新车型需求尾门可坐人，就需要将尾门向下旋打开，原结构随尾门一起运动的玻璃因避免磕碰破裂等原因，也不便再集成在尾门上。外观造型设计即：将原设计的尾门分为后挡玻璃与尾门上下两部分，上部玻璃粘胶固定于车身，此透明区域为驾驶员提供后视野。下部为高度减小后的尾门，沿底部轴线旋转刻打开，打开后尾门洞继续作为后备厢的货物通道，同时放水平的尾门提供坐人的座椅功能。

2.2 尾门向下翻转，需满足的工程要求及人机需求

尾门向下旋转，旋转轴线需布置在尾门下部，根据轴线与尾门相对位置的不同有外旋打开、内旋打开两种方式。如图1所示：

外旋打开：打开时整个尾门向车身以外区域运动。尾门铰链需要的长度较长、尾门坐人时受力点到铰链固定点的力臂也长，需要抵抗的扭矩也大。

内旋打开：打开时尾门下边缘向车身内部旋转运动，铰链臂可做的较短，为避让干涉需要尾门与后保杠之间留出足够的缝隙，此时车辆外观上也需设计有此缝隙，对造型风格的整体性破坏较大。

通过对两种打开方式在外观造型需求、乘坐时受力分析等的对比，决定为追求更佳的外观造型，采用尾门外旋打开的方式，其受力不佳的结构缺陷用更多的成本代价解决。

3 车身结构设计及模拟分析

3.1 尾门密封及后档玻璃粘接需求，增加尾部中间横梁，搭建出后档玻璃洞和下部尾门洞。

通过增加设计尾部中间横梁，为上部后档玻璃提供下部粘接，同时为尾门提供上部密封结构。如图2所示：

尾门打开时，人坐在尾门上面，整个尾门为悬臂梁结构，为优化受力，在尾门两边增加钢丝拉绳，改善受力状态，软的钢丝在尾门关闭时也可以变形收缩，不占用空间和造成干涉。如图3所示：

尾门内部装饰件保持平整及适当的柔软度，增加坐在上面的舒适度，类似座椅功能。

3.2 建立车身结构的有限元模型

通过以上方案确定及三维数据模型的建立，将数据转化为CAE分析网格数据，添加约束、施加受力，分析模型的强度、刚度。如图4所示：

尾门总成的铰链在车身上安装部分固定约束（上图车身侧），与尾门安装的铰链部分（上图车门侧_2）仅保留旋转自由度，尾门与车门侧铰链部分固定约束。两侧拉绳的直径均为2.0mm，受力极限为2000N。

受力加载：尾门定义载物为120Kg，转换为施力约为1200N，加载尾门中间部分平面上，如图5所示：

通过以上分析模型及结果对比分析，不断优化尾门铰链截面大小、钢丝拉绳直径等得到满足用户需求的最佳成本投入，实现车型的优化设计。

4 试验验证及产品投放

确定设计数据后，进行零部件的样件制作，然后制造樣车，做尾门子系统受力模拟试验、整车使用寿命下的耐久模拟试验，对出现的问题再进行优化改善，最终确定量产车型数据，按照量产车生产模式完成产品的在线生产及投放市场。

5 结论

本文通过对用户使用场景需求到最终产品投放，整个设计过程所用方法及设计结构的介绍，不仅展示了一种新型的汽车尾门结构，也阐述了电动汽车车身新功能快速开发的一种模式，对推动电动汽车开发及汽车结构多样化具有指导意义。

参考文献：

[1]黄金陵主编;汽车车身设计;机械工业出版社;出版时间2007.9.1.

[2]张平;雷雨成;高翔;汤涤军;肖杰;轿车车身模态分析及结构优化设计[J];汽车技术;2006年04期.

[3]许灵珍，李熙山;用模态试验分析汽车结构动特性[J];河北工业大学学报;1994年03期.