SUV汽车后背门设计

1、摘 要随着SUV车型市场的增长，越来越多的汽车厂商纷纷开始设计SUV汽车，市场对SUV的设计也有着很高的要求。而后背门系统作为SUV汽车设计中一个十分重要的部分，也是值得关注的地方。本课题详细分析了后背门及其附件布置设计；分析了后背门的组成结构；对后背门进行了运动校核。规范的设计开发流程和CAE分析对后背门的设计和附件布置设计起到了辅助作用，并提高了后背门设计的效率。本文用图表的方式简述了后背门的设计流程；通过CATIA软件为平台对SUV后背门做实体建模；并由同类车型对比可行性分析报告，总结了后背门及其附件的类型、结构及特性，重点对车门附件布置设计过程的内容、规则和特点进行了细致的分析和研究；

2、利用后背门结构断面图对SUV汽车后背门在结构设计上了进行了定义。在设计过程中，通过CAE分析对所设计后背门全车内后视野进行法规的校核和人机工程校核，同时也对后背门及其附件进行运动干涉校核和结构强度校核；就后背门及其附件运动干涉功能进行了详细的探索性论述，并提出了可行的解决方案。关键词：附件布置设计 设计流程 运动校核 强度校核 干涉The rear door design of SUV auto ABSTRACT “ The rear door design of SUV auto is the topic that the technique research & development c

3、enter of the SICAR vehicle in Shanghai.This topic is to analyze in detail to carry on the rear door and its enclosure to arrange to design;Analyze by process and CAE of the design development of with norm to arrange to design and enclosure which carries on the rear a door behind the design had assis

4、tance function, and raise carry on the rear door a design of efficiency.This text synopsis carries on the back a door to design after introducing of set up mold terrace-CATIA technique system;Carry on the design process of rear door after elaborating;By the same kind car type a contrast viability as

5、sessment a report, carry on the type, structure and characteristic of door and its enclosure after tallying up, the point arranges design process to the car door enclosure of contents, rule and characteristics carried on meticulous of the analysis and the research.And make use of it carry on the str

6、ucture cross section diagram to the car SUV type behind carry on the back a door to design in the structure up carried on definition.By CAE analysis during the period of designing to design. Carry on the rear door pit of laws and person the machine engineering check pit after the visual field, in th

7、e meantime to after carry on the rear door and its enclosure to carry on sport and structure strength movement check pit;Carried on the rear door the interference function of door and its enclosure movement to carry on detailed quest treatise, and put forward a viable solution.Keyword: accessories d

8、isposal design , plan , movement check , Intension check , interveneSUV汽车后背门设计顾 健 0.引言SUV汽车后背门设计是车身设计中一个重要的组成部分，后背门系统的设计也直接会影响到整车设计的质量，所以对后背门设计也有着具体的设计要求：1）.后背门系统的布置可行性。2）.后背门系统的结构强度、刚度分析。3）.后背门密封系统的可行性。4）.后备胎系统对后背门下垂影响的控制可行性。5）.后背门系统的通过性、以及运动干涉校核。6）.后背门系统关于法规的可行性。7）.后背门结构件的工艺性分析。1.绪论 1.1 CATIA技术CAD

9、技术的产生和发展计算机辅助设计及制造CAD/CAM技术是将计算机运算速度快、逻辑判断和推理精确严密，同时存和处理信息量点与设计人员丰富的经验智慧和创造性思维能力巧妙地结合起来利用计算机软硬件的新成就，尤其是计算机绘图数据库智能模拟技术等以获得现代工程系统全局的最优设计。CAITA系统在CADAM（Computer_graphics Argumented Design and Manufacturing）系统原由美国洛克希德公司开发后并入美国IBM公司基础上扩充开发的在CAD方面购买原CADAM系统的源程序在加工方面则购买了有名的APT系统的源程序，经过后期的进一步开发，从而最终形成的商品化系统

10、。它是一个大型的集成化CAD/CAE/CAM 系统，它具有统一友好的用户接口、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口，并拥有20 多个独立计价的模块。CATIA系统广泛应用于航空航天业、造船业和汽车制造业我国的汽车行业在90年代后期大量引进CATIA系统并逐渐以其作为主流三维CAD设计软件得以广泛应用。1.2 运用CATIA软件对SUV汽车后背门设计和后背门附件布置后背门是一个相对独立、比较复杂的车身总成，它通过车门铰链和门锁与车身连接。它不仅要在外形上与整车造型协调一致，还要保证具有足够的开度，并能使后背门停在最大开度，上以保证进出（货物）方便；安全可靠，车门既能锁紧，行车或撞车时又不会自动

11、打开；良好的操纵性、密封性和制造工艺性具有足够的强度刚度，不易变形下沉，行车时不振响；开关方便。在车门内、外板之间，要求安装、门锁及其限位器、锁扣等。从合理利用车身的有效空间出发，要求在一定的车身总宽情况下，尽量减小后背门的厚度以增大车身的内宽，使车内空间舒适。这就需要对后背门内部的门锁的安装、锁钮的位置、车门铰链的位置等进行布置和校核，因此后背门总成的布置设计成为车门设计中的一个重要环节。在后背门总成布置设计中，经常要进行附件布置、运动校核、结构断面设计等工作，设计过程具有明显的重复性、试探性和不确定性，因而是一个逐步细化逐步调整的过程，一般不会出现一次设计就满足要求的情况。后背门结构设计和

12、附件布置与CATIA 技术相结合专门用于汽车车门设计必将会减小车门设计人员的工作量、提高工作效率、缩短设计周期，提高车门设计的精度和准确性。1.3 CATIA软件对后背门设计的意义后背门是整个车身结构中相对独立的总成，结构比较复杂，而且附件繁多，在后背门结构设计和附件布置设计过程中，考虑的因素众多，工作量很大，CATIA将在很大程度上降低布置设计的复杂程度，帮助后背门设计人员高质量地、高效率地完成后背门的布置设计任务。如（图1.1）所示图1.1 基于CATIA设计流程数据图本课题的主要研究内容包括车门及其附件布置、设计规则和设计过程，研究车门附件参数化布置的实现、附件运动干涉校核的探讨和完善车

13、门附件受力分析和重量、价格评估的实现。1.4 本章小结计算机辅助技术并逐步发展成为CAD/CAM/CAE一体化。它除了用于设计绘图，还大量用于汽车结构分析、模拟车身外表面空气动力学试验、噪声、振动和碰撞试验等。以CATIA为设计开发平台旨在简化车门布置设计的重复性试探性和不确定性从而帮助设计人员得到最佳的车门布置方案，必将大大提高车门及其附件布置的设计效率和设计质量促进车身设计水平的提高。本次所研究的课题很多内容，比如车门及其附件布置、研究车门附件参数化布置、附件运动干涉校核正是利用CATIA在计算机上完成的。2SUV汽车后背门设计的流程2.1 SUV汽车后背门设计流程图2.1 后背门设计流程

14、图后背门设计是按照严格的设计流程操作的，正如（图2.1）表示。首先：造型可以给提供设计主题，设计特征和方向。数据可作为后背门初步设计的基础以及确定后背门特征断面、CAE初步分析等用途。然后：设计一致性要求数据与工程零件数量和状态一致，DTS、密封线和运动校核资料等最后：设计数据的检查、定型。 CAE分析是一个很重要的过程并且始终贯穿于设计中（如图2.1），CAE分析是对后背门整体的结构强度和附件布置的可行性分析，是对后背门设计结果和阶段性数据的检查，是对设计结果的评审参考。在后背门设计中，一直强调CAE的重要性，因为CAE可以建议给出后背门设计的任务（如图2.3）表2.1 CAE建议后背门设计

15、任务表后背门系统CAE所涉及到关于后背门方面的任务基本断面零部件布置运动校核重量控制结构强度实体模型法规检验 优化设计分析由（表2.1）可以看出，后背门在设计过程中是一个反复的、非一次性的、试探性的过程。在后背门的设计过程中一直贯穿着CAE分析和可行性的分析，只有符合要求的设计才可以应用到后背门的设计中去。而且后背门设计过程中，不仅仅是车身部门单独的设计任务，设计牵涉到造型部门、内饰部门、外饰部门和CAE部等，所以后背门的设计也要充分考虑到其它部门的可行性配合，只有平衡好自身和其它部门的设计要求，后背门的设计才能具备可行性。2.2 SUV汽车后背门的设计具体流程布置后背门设计在实际具体的设计过

16、程中通常会分为以下阶段：以上（如图2.2）反映了SUV汽车后背门的设计流程，5个阶段能清晰表达出后背门设计的线性思路。通过对5个步骤的分析，就可以将后背门设计分解出具体的过程了。后背门A面的确定后背门断面的分析SUV后背门后背门密封面的定义后背门结构的定义后背门的工艺制定图2.2 后背门设计顺序图2.3 本章小结以上（如图2.2）反映了SUV汽车后背门的设计流程，5个阶段能清晰表达出后背门设计的线性思路。通过对5个步骤的分析，就可以将后背门设计分解出具体的过程了。3. SUV汽车后背门造型A面3.1 什么是造型A面在后背门的设计过程中，后背门从无到有，是怎么样定义出来的呢？后背门不可能无故虚拟

17、出来的，后背门的结构也不可能没有依据定义出来的，在实际设计后背门系统的时候，是如何构思的呢？造型A面可以将虚拟的设计构想具体化、实际化。可以说A面是对设计有着指导性作用的，A面规定了设计的大方向和总体框架；A面提供了进一步设计的数据和造型特征，是设计的依据和原理。所以A面（如图3.1）是后背门设计中的一个重要开始，是对设计的一个总体指导。图3.1 SUV汽车后背门A面造型数据图3.2 后背门设计中对A面的要求设计时，后背门的造型会给设计提供设计空间。因此，对A面就有以下要求：1）A曲面上的控制点也应该按一定的规律分布，一行控制点与另一行相邻的控制点的角度变化应该有一定的规律可循，这是画高质量的

18、曲线所必需的。2）A曲面模型的曲面的边界线又该可以被编辑、移动以生成另外一个曲线，同时这个新生成的曲线可以重新加入曲面来控制区面。 3）是说关于拔模角度、对称性、间歇以及同相关曲面德关系等都要考虑，这个要求造型是对相关的工程问题的重要性。3.2.1 A级曲面光顺原则A面是设计过程中最直观的，也是设计前的第一个数据，设计根据给出的大致A面基础上用软件再进行结构和附件布置，所以对A面是有要求的，尤其是光顺性的要求如下：1）所有特征都必须具有可扩展性和可编辑性。2）所有特征间的连接偏差小于0.0001mm。3.3 A面对后背门设计的指导A面为设计提供了主要设计方向和设计框架，让设计在允许的框架下能对

19、后背门结构上进行各种设计，A面对设计有着指导性的作用。例如，A面为设计提供了后背门大致的的形状和特征：窗框大小、总长总宽、背门形状等等，使后背门设计有了可操作性。3.3.1 A面针对后背门规定DTS图图3.2 SUV汽车后背门DTS图由上（图3.2）可以在设计之前提前考虑后背门与其它车身部位的接触间隙。因为间隙大小在车门的密封件布置和后背门各部位的附件布置等都属于设计考虑因素之一。3.4 本章小结A面作为设计过程的开端，是造型的反映；是设计的大前提和大框架，对设计有着指导作用。设计可以根据A面并在A面的基础上进行，后背门的设计也是如此，在A面所确定的设计方向上，逐步将后背门的设计具体化，从设计

20、的构想或者是一个概念逐步将后背门数据化和具体化，所以A面是非常重要的。4.后背门的断面确定和分析根据造型A面，后背门的设计就更进一步了。后背门设计具体化其中最主要的就是确定和分析断面。断面是反映车身结构的重要标志，设计中如果确定了后背门断面，那么从某个角度来讲也就确定了后背门的大致结构了。4.1 断面的确定在确定断面时，是根据A面来确定断面轮廓的，断面可以体现后背门的结构特性，再设计安放后背门附件的位置，断面可以清晰的体现后背门结构以及附件布置的是否合理，活动件是否存在干涉等等一系列问题。4.2 SUV汽车后背门主断面及参考断面对比在设计SUV汽车后背门断面时。设计采用与T11车型对比分析的方

21、法来使SUV汽车断面更科学更合理。图4.1 SUV汽车车型后背门主断面图SUV汽车主断面及参考断面 03A 图4.2 后背门03A断面图由图（图4.2），断面反映了后背门与车顶之前密封跳连接的形式、高位刹车灯位置和清洁喷头的位置。SUV汽车主断面及参考断面 06A 采用T11安装支架方式固定后备胎 图4.3 后背门06A断面图由（图4.3）对06A断面可以做出以下分析：1）SUV汽车内板定位面为与基准面平行，T11本身后背门弧度较大，内板定位面也为大弧面，与外板间距最近处为约37mm， 最近处为约47mm，设计可以对备胎加强板高度减小，在中间位置可与内板打焊点，增加强度。2）备胎安装方式都参考

22、T11用安架支架固定在内板上。通过对上图（图4.3）的断面的分析，设计可能会遇到的问题是：备胎固定方式采用T11结构，对内板受力过大，但是现设计的备胎尺寸大于T11备胎尺寸。SUV汽车主断面及参考断面 20A 图4.4 后背门20A断面图由（图4.4）20A断面体现出，铰链结构及安装固定方式采用T11方式，密封面角度及密封间隙也与T11对应。通过对上（图4.4）的断面的分析，设计可能出现以下的问题：T11铰链反应结构不强，导致后背门下垂，后背门各因素比T11还要复杂，铰链采用T11结构存在强度结构和刚性不好，无法承受备胎系统重量的风险。SUV汽车主断面及参考断面 20C（图4.5）是20C断面

23、是在后背门门锁处的特征断面，体现了次处的安装方式和结构。 图4.5后背门20C断面图通过对上（图4.5）的断面的分析，设计可能会遇到的问题：由于后尾灯从顶盖处一直延伸至下部，导致后背门锁扣安装方式不好，采用单独焊接板来安装，会影响此处的外观。SUV汽车主断面及参考断面 20E 图4.6 后背门20E断面图由（图4.6）的20E断面可以看出的是铰链接构及安装固定方式采用T11方式，密封面角度及密封间隙也与T11对应。通过对上图的断面的分析，设计可能会遇到的问题：T11铰链反应结构不强，导致后背门下垂，后背门各因素比T11还要复杂，铰链采用T11结构存在后背门下垂明显的风险。SUV汽车主断面及参考

24、断面 20F 图4.7 后背门20F断面图由（图4.7）20F的断面可以得出限位器结构及安装固定方式采用T11方式，密封面角度及密封间隙也与T11对应。 通过对上（图4.7）的断面的分析，设计可能会遇到的问题：后尾灯造型导致侧围柱外板结构不同于T11，保证限位器的安装，柱外板结构难以成形。SUV汽车主断面及参考断面 20M图4.8 后背门20M断面图由（图4.8）20M的断面可以看出，由于有后尾灯，所以流水槽处结构不同于T11，整体结构参考T11通过对上（图4.8）的断面的分析，设计可能会遇到的问题：为达到后视野要求，后背门钣金的冲压角小于T11。流水槽也小于T11。4.3 本章小结设计中如果

25、想把后背门设计具体化，那么断面图就是个最好的途径，可以依据断面图来确定后背门的结构，从而将设计具体化，也可以通过断面图清晰的看清后背门设计中的一些干涉、结构不合理的问题。按照断面图的表示，可以基本形成一个后背门初步结构模型，为后背门更进一步的设计做好了基础。5.后背门系统可行性分析在整个后背门设计流程中，后背门系统的可行性是设计过程中必须要分析的，是设计成型之前的关键阶段，也是整个设计中最为重要过程。后背门可行性分析的质量好坏也决定了整个后背门设计的质量高低，更在设计的流程中减少了反复设计的次数，提高设计的效率和成本。5.1后背门系统可行性分析后背门在设计过程中是一个反复的、非一次性的、试探性

26、的过程。在后背门的设计过程中一直贯穿着CAE分析和可行性的分析，只有符合要求的设计才可以应用到后背门的设计中去。而且后背门设计过程中，不仅仅是车身部门单独的设计任务，设计牵涉到造型部门、内饰部门、外饰部门和CAE部等，所以后背门的设计也要充分考虑到其它部门的可行性配合，只有平衡好自身和其它部门的设计要求，后背门的设计才能具备可行性。可行性分析是设计中不可缺少的过程，通过可行性分析，使设计的合理化。本次对SUV汽车车行的设计可行性分析采取了对比分析的方法，分析了设计车型与竞争车型的各种数据5.1.1 SUV汽车与T11内板总成整体结构对比分析图5.1 SUV汽车与T11内板结构图由（图5.1）分

27、析出SUV汽车车型和T11车型的后背门内板在整体结构中，最显著的是SUV汽车车型的后备胎加强板比T11要厚实和坚固。5.1.2 SUV汽车后背门铰链分析后背门铰链是一个非常重要的组成部分，铰链主要是承受后背门总重的作用。由于SUV汽车是款SUV车型，要适应于各种路况要求，在行车过程中，尤其是山地或不平坦路面的时候，车辆的颠簸和震动是难免的，铰链就是防止车门在这些情况下下垂或者是倾斜。 SUV汽车在后背门还要配备后背胎，所以对铰链的要求则更加严格。在设计过程中，SUV汽车的铰链中心距离为355mm，而其它对比车型的铰链中心距离都大。（如图5.2）图5.2 竞争车型铰链中心距图铰链对比车型分析SU

28、V汽车后背门铰链原布置方案采用T11铰链，但T11反映后背门铰链结构强度不够，导致后背门下垂，铰链变形而产生异响又因为后背门重量等各因素会比T11严重，参考类似结构车型本田CRV，后背门铰链采用宽大铸钢铰链，如图（5.3），现设计车型的铰链根据要求要使后背门能承受门自重、备胎系统重量以及在各种路面行驶时，后背门的下垂趋势。在设计中，还要通过运动的模拟仿真和颠簸路面行驶的反馈，并要求CAE对SUV汽车后背门铰链进行强度分析，由分析结论确定方案。图5.3 SUV汽车与本田CRV背门铰链对比要求CAE对SUV汽车后背门铰链进行强度分析，由分析结论确定方案。5.1.3 SUV汽车后背门限位器分析后背门

29、现布置方式（如图5.4）采用限位器限位，限位角度为85。对于限位器的安装面，侧围柱外板结构复杂，可能影响冲压。图5.4 竞争车型限位功能件对比参考车型HONDA CRV，采用气弹簧结构。（如图5.4）5.1.4 SUV汽车后背门备胎方案分析SUV汽车后备胎安装尺寸（如图5.5）,安装方式采用T11结构,T11轮胎型号：235/60R16；SUV汽车轮胎原计划用：225/75R16 现计划用：225/70R17图5.5 竞争车型备胎安装对比图由（图5.5）可得，为了减少后背门下垂趋势，SUV汽车将后背胎往下移动以减少备胎系统对车门的力矩，达到此预期效果。在备胎系统中。备胎中心到铰链中心轴的长短也

30、是减少后背门下垂趋势的重要因素之一，就比如SUV汽车、T11后背胎与铰链距离比较。 图5.6竞争车型备胎对比图SUV汽车的备胎比对比车型的更靠近铰链轴（如图5.6），使力臂减小，减小后备胎系统对后背门造成的下垂影响。以上的断面可以得到的结论是，设计有些是采用T11的设计形式，但是也由于新设计车型有着自己的设计要求和特性。如果沿用T11设计就会有各种潜在问题，称之为风险。对风险问题就要进行分析并提出整该方案。5.2 SUV汽车后背门风险分析 风险预测是指对可能出现的设计漏洞或是考虑不周全处进行审核，防止在设计后期定型时出现重大失误，保证设计周期的一种审核形式 风险预测：1）后背门Z方向下垂风险；

31、2）后背门扭转风险，导致门锁侧平度差；3）后背门与侧围（尾灯）外观间隙风险； 风险分析：风险问题1：后背门Z方向下垂风险。（如图5.7）目前SUV汽车后背门铰链借用T11的后背门铰链，存在如下问题：1）T11上下两铰链的中心的距离为407mm，SUV汽车此处的值为355 mm；所以SUV汽车门Z方向下垂刚度比T11更恶劣（T11有门下垂）；有明显的Z向下垂风险；2）T11在后背门最大开度时门外板与铰链安装在车身上的螺栓只有12 mm，有干涉隐患；SUV汽车的现在情况和T11一样，要想解决干涉问题，在现有基础上必须把铰链在车身上的安装面下沉（见图5.7），但会加大铰链轴线到安装面的距离，整个铰链

32、的刚度下降，加剧门下垂风险；图5.7 后背门开启时干涉风险图3）车身上铰链安装处采用深冲压成形，该处的强度难以保证；强度也不够；这也可引起门下垂的风险；4）铰链加强板和备胎安装板间无刚性连接，整个备胎重量靠门内板承担，有门下垂隐患；见下（图5.8）；图5.8 后背门内板结构强化方案风险问题2：后背门扭转风险，导致门锁侧平度差。由于SUV汽车的整个备胎布置在后背门外板之外（X方向），备胎的重心相对与铰链和锁所确定平面的距离较大，会产生由于备胎自重绕Y轴旋转的转矩，该转矩会导致门锁侧平度差的风险；希望增加后背门扭转刚度，并提高安全系数作CAE分析。风险问题3：后背门与侧围（尾灯）外观间隙风险。后背

33、门由于较大（Y方向）、较重，加之又要承担备胎质量，所以在焊装调整时需要把后背门锁处调整很大的高度来平衡由于备胎等因素引起的门下降；但调整时一定会以牺牲门与尾灯的间隙和该间隙平行度为代价，有很大的外观间隙差的风险。T11靠下（图5.9）斜长圆孔来调整门的高度，但门的间隙和间隙平行度很差。考虑其它的调整方案，不能靠开大孔或和T11同等方式调整；图5.9 T11铰链安装孔形式针对风险问题3的改进设计：1）尽可能的增大两铰链之间的距离，采用铸造或型材结构铰链来增加铰链的刚度和争取必要的布置空间。2）增加门的整体刚度（Z 向下垂和绕X 轴旋转），将锁安装板延伸至窗台以上位置；增大窗框加强板和铰链加强板、

34、锁加强板的连接面积，布置必要的焊点。（如图5.8）3）增加斜向支撑，把铰链加强板和备胎安装支架刚性连接起来，但需校核连接处的应力集中情况。（如图5.8）4）考虑新的后背门调整方式，建议考虑调整铰链轴线的微量倾斜来实现高度的调节，但需注意调整过程中的上下轴线的理论同轴性；也可考虑设计时后背门已经有防下垂的预留高度，但需注意尺寸的合理性。5）增加车身铰链安装处的刚度；6）布置合适的限位块，减少由于备胎重量和车的颠簸运动对车门的影响。5.3 法规的可行性分析是否满足法规是设计不得不考虑的因素之一，如果设计的产品不符合法规的要求，那么产品将无法在市场上顺利的上市销售，影响企业的利益。因此，设计中也想尽

35、办法设计出最好的产品来满足地区的法规。是否满足法规的要求也是评价这个产品设计成功好坏的标准之一。在SUV汽车后背门设计时，也要考虑后背门上的所涉及的一些地方法规，为了符合产品的设计定位和企业标准，SUV汽车的设计不仅仅要满足国家标准也还要满足国外法规标准，以便于出口为企业带来利润。5.3.1 SUV汽车后背门关于内后视野校核由于欧标ECE R46-1998与国标GB 15084-2006法规要求相同，内容为驾驶员借助内后视镜必须能在水平路面上看见一段宽度至少为20m的视野区域，其中心平面为汽车纵向基准面，并从驾驶员的眼点后60m处延伸至地平线（见图5.10示）。根据以上要求，经校核，以目前的内

36、后视镜尺寸和位置可以满足国标、欧标法规的要求（见下图5.11）。试验条件：在指定的环境下，驾驶员的眼点通过后视镜所观察的车后景象，最大距离控制为50mm。（如图5.10）所示图5.10 内后视野示意图图5.11 SUV汽车车型对内后视野校核图根据FMVSS111的规定，对车内后视镜的要求为：1）双眼水平后视角最小值为20；2）垂直方向视角应能看见最后H点后方60.96m处水平路面上一段宽度至少为20m的视野区域。根据以上要求，经校核，以目前的内后视镜尺寸和后背门结构所限，双眼水平后视角为18.57小于法规20的要求，故不满足法规的要求（见下图5.12）。图5.12 SUV汽车车型目前内后视野范

37、围5.4 本章小结通过对后背门设计的可行性分析，采用对比竞争车型的论证方法，对现有的设计的进行对比论证，本身设计与竞争车型的设计的相同之处和不同之处。通过可行性分析，才能使设计具有合理性，并且通过可行性对比分析，能体现自身后背门设计与其它车型设计的后背门的区别，对自身设计的产品有了一个评价的标准，才能意识到自身设计的产品的优点和不足，对以后的设计起着一个规范性作用。另外，可行性分析针对设计产品是否能达到法规标准也有着预警的作用，产品的设计达到法规要求使产品能顺利进入市场，创造价值。总之，可行性分析是产品设计中的重要环节，是设计出的产品是否具有价值的判定标准。6.密封面的确定在可行性分析后，确定

38、了即将设计的产品和产品附件的方案了。产品设计进入了新的一个阶段即数据阶段了，在设计考虑时，将可行性分析作为一个设计的基础并且做为参考，可以有的放矢地将原来构想的后背门方案进行数据化设计，如果设想的数据与可行性分析有了冲突，那设计就进行更改设计来满足可行性分析对设计产品的要求。6.1后背门的密封面后背门的密封面在汽车设计上也没有准确的定义，密封面只是反映了后背门的大小，也可以理解为门洞线即后背门的轮廓线，让设计更为具体化。6.2 背门密封面确定的作用在设计后背门的时候，不可能在虚无的想象中设计后背门这么个具体的数据，在设计过程中，门的大小、高度、宽度都是有根据的，根据造型A面或者就是密封面。图6

39、.1 SUV汽车车型后背门的密封面如图（图6.1）即后背门的密封面也叫门洞线，而图（图6.2）上门内板中蓝色的区域就是密封面区域。蓝色部分为密封面区域图6.2 SUV汽车密封面位置图密封面是按照后背门的附件和车窗边缘定义的，对附件的位置也要让出合适的空间。（见图6.2）6.2.1 密封面反映后背窗视野图6.3 SUV汽车后背门内后视野通过图按（图6.3）看出目前数据不能满足后视野要求，在向部位安装后背门护板后，玻璃的涂黑区域超出后视野极限区域，现将后背门内板密封面往内移5mm，改善后视野。（如图6.4）后视野要求极限边界线后背门内板焊接边边界线玻璃涂黑区图6.4 后背门边界结构与视野关系图6.

40、3 密封面与密封系统之间关系设计定了密封面则也定了后背门的走势，根据其走势就可以在背门上布置附件，而密封条系统与密封面的关系（如图6.5）也更为直接。密封条密封面密封面图6.5 密封面与密封条的布置6.4 本章小结通过对密封面的简单描述，对密封面设计有了更直观的认识，了解了密封面的特征、用途和对设计起到了的作用。通过设计密封面，设计进而可以对后背门系统进行附件的布置了。7.后背门的结构和附件布置设计7.1 后背门设计概述 后背门总成是汽车车身结构中相对独立的重要总成之一，是供乘员或货物进出的必要通道。它主要由车门骨架及盖板、车门护面、门窗车门玻璃、门锁及其手柄、车门铰链、车门密封条和车门开关机

41、构组成。后背门设计的好坏直接影响到整车的造型效果、安全性、进出方便性、整车视野性、密封性、噪声控制以及乘座空间等各方面的优劣。后背门设计与附件布置考虑的因素较多，既要保证后背门与整车在造型和结构方面的协调一致，还要保证后后背门本身的技术和工艺要求。7.1.1 后背门结构后背门的结构类型多种多样。按开启方式可分为旋转门、拉门、和外摆式车门；按车门结构可分为整体式车门和分开式车门；按有无窗框可分为有窗框和无窗框式车门；按旋转方向可分为顺开门逆开门和上开门。本次设计的SUV车型的后背门是采用了拉门形式，所以其结构也是考虑打开形式，见下（图7.1）图7.1 SUV汽车车型后背门结构爆炸图7.2 后背门

42、造型与功能要求后背门作为汽车的重要组成部分，是车身最富变化和最受人关注的对象。车门造型是通过结构设计来实现的。不同的造型对结构设计和车门附件的要求各异，两者必须统筹兼顾。尤其当车门附件不作全新而是选用时，造型与结构设计更是密切相关。首先，根据造型要求，在车身外形线和车门开缝线已定时，为保证车门在开启时不与车身其它部分干涉，需仔细确定门铰链轴线位置。一般铰链轴线应尽可能地靠近车身外侧，同时，要做门铰链的结构设计与运动校核。其次，车窗玻璃的形状采用平面还是曲面，需要统筹考虑车身造型的曲面形状、玻璃升降器类型及玻璃运动时的位置关系等，拟定适当的结构。 最后，车门锁的类型和安装厚度直接关系到车门的结构

43、与质量。在造型和车门锁等附件选型完成后，车门结构设计中还要考虑车门锁与玻璃升降器、玻璃导槽的关系以及车门各附件的相互位置。总之，在结构设计中，为了满足造型的需要，常常要求不断改进车门结构方案，以求达到二者的统一。7.3 后背门的装配顺序树型图后背门树型图（图7.2）其实是根据后背门的焊接的顺序定义的，后背门的零部件的焊接顺序在以下的树型图中得到了体现。图7.2 背门结构安装焊接树焊接树是设计产品在实际生产时所要遵从的顺序，如果出现颠倒或者错误则是设计的不足，因此是设计中也要考虑的。7.4 后背门附件布置过程及特点的研究后背门附件是指具有独立功能并装置于车门上的零部件总成,它和壳体、内饰盖板一起

44、组成车门。由（表7.1）中给出了主要附件的功能要求，其中铰链与门锁是车门承力件，开门时两铰链受力，关门时两铰链和门锁三点受力。因此，铰链、门锁对强度和刚度的要求较重要，车门限位器虽然不直接承受车门重力，但起开关限位作用，与门锁和铰链在寿命、可靠性方面要求应一致。另外，玻璃升降器、锁操纵手柄、按钮等的可靠性、耐久性也不可忽视。其它附件的结构和功能一般应与主要附件的要求相适应。由（表7.1）中给出了主要附件的功能要求，其中铰链与门锁是车门承力件，开门时两铰链受力，关门时两铰链和门锁三点受力。因此，铰链、门锁对强度和刚度的要求较重要，车门限位器虽然不直接承受车门重力，但起开关限位作用，与门锁和铰链在

45、寿命、可靠性方面要求应一致。另外，玻璃升降器、锁操纵手柄、按钮等的可靠性、耐久性也不可忽视。其它附件的结构和功能一般应与主要附件的要求相适应。后背门附件的布置过程是一个逐步调整、逐步优化的过程。参数化布置中的参数化的对象是指各附件的定位参数，而不是附件模型本身的几何参数参数。化布置就是实现各附件定位点的参数化，从而通过对参数的修改实时地实现附件位置的变化。表7.1 后背门系统功能附件表7.4.1铰链布置 铰链是后背门总成中的受力构件，当车门关闭时，车门上的承力件为门锁和铰链，当打开车门时，车门的重力完全由铰链来承受。铰链轴线的布置会影响车门的开度、门柱的尺寸以及车门开缝线的位置和形状。在布置铰

46、链时,应注意以下几方面的问题：1) 在结构允许的情况下车门上下两铰链之间的距离应尽可能大。图7.3铰链布置规则图图7.4 铰链受力图其中R为手柄上的力沿竖直方向的分力，P 为车门重力，S、Q为铰链处的受力沿竖直和水平两个方向的分力。计算得（7.1）（7.2）见断面B B t h 由材料力学理论，可忽略剪应力即忽略S 的作用：则下铰链处的应力可表示以下形式 （7.3）由于上下铰链的变形方向相反，这样就会造成车门下垂。由式 后背门外型和附件设计基本定形后，R、 P 、a、 d 为定值为减小 ，只有加大铰链中心距或加大铰链的横截面积。当Q 减小时， 减小，则铰链提高，这对于减小车门的下垂有好处。但铰

47、链的间距b 的大小要受到车门外板曲线的限制，曲线的曲率越大要求铰链间距越小，从而导致铰链处受力较大，车门容易出现下沉。一般情况下，取b=300- 500mm 大多保持在400mm 左右。2) 布置铰链时，为了避免打开车门时与其它部分干涉，铰链的轴线应尽可能外移，使其靠近车身侧面。如（图7.5）所示，当铰链轴线的投影中心从O2 外移到O1 处时它与车身外表面的距离从R2 减小为R1，显然干涉可能性降低。但由于受外型的影响，铰链轴线又不可能无限地向外移，如图2-3 所示。当铰链轴线向外移，由1 移到1处时，如果还要求上下铰链间距L=L， 由于车门外板有弧度，那么铰链就要布置到外板以外了，这显然不符

48、合实际。因此铰链轴线外移到一定程度之后，必然导致铰链间距L减小，这时，下铰链处的应力增加，强度、刚度降低车，门下沉的可能性加大。图7.5 铰链转动图示但由于受外型的影响，铰链轴线又不可能无限地向外移，如（图7.5）所示。当铰链轴线向外移，由1 移到1处时，如果还要求上下铰链间距L=L， 由于车门外板有弧度，那么铰链就要布置到外板以外了，这显然不符合实际。因此铰链轴线外移到一定程度之后，必然导致铰链间距L减小，这时，下铰链处的应力增加，强度、刚度降低车，门下沉的可能性加大。所以，前两项布置原则是互相矛盾、此消彼长的，需要设计人员在满足强度的条件下从实际出发，将铰链轴线适当外移，以获得最优设计。图

49、7.6 铰链内倾布置3） 车门上下铰链必须不自在统一直线上。从车的侧面看过去，一般是一条垂直于地面的直线；从车的正面看过去，应为一条向内倾的直线，如图所示，从（图7.6）上可看出，铰链轴线有内倾角B，则车门在自由开启状态时只受重力G 的作用。将G分解沿轴线方向的分力G2=GcosB，沿垂直轴线方向的分力G1= GsinB。显然，G2方向平行于轴线，不产生力矩；G1垂直于轴线并与轴线之间的距离设为a，所以产生了图上的力矩M，其为M=G1 a= G1sinBa。M使得车门绕铰链轴线向内旋转，即使得车门在自由开启状态时有自闭的铰链轴线内倾布置趋势。7.4.2门锁系统的设计布置7.4.2.1 门锁外手

50、柄位置的确定图7.7 车门锁高度如（图7.7）及表（7.2），所示为后背门的门锁外手柄的确定方法，H 是指外手柄的高度，从表中的数据看，H 的选择是从人机工程学的角度出发，考虑驾驶员站在地面或踏板上开门时的方便性另一方面H 值也受汽车造型的影响希望与侧面的棱线相适应。表7.2 门锁高度的分类标准全车额定总质量（kg）门锁外手柄高度 H （mm）7.4.2.2 门锁的位置确定门锁一般安装在车门内板的后端部，其高度位置应与车门质心位置在同一水平线上，由外手柄的位置来确定，但又要考虑车门铰链的影响以及整个车门高度方向的尺寸。门锁的位置对密封条的布置产生直接的影响，门锁外侧布置时，密封条若靠近车门外板

51、布置，则空间紧张；内侧布置刚好相反，而中间布置型有利于两道密封的布置，提高了密封性。7.4.3密封条布置在车门密封条的截面形状和尺寸选定后，就要着手布置密封条。它的布置型式主要有三种：车身装配型图（7.8a） 布置在车身门框上，这种方式不如以下两种安装方式好，但是这种方式可以使安装在车上的嵌条和密封条一体化，减少零件个数。欧洲车多采用这种方式。车门装配型图（7.8b） 固定在车门上的方式。两面装配型图（7.8c） 这种方式密封效果特别好，有利于提高高速行驶时和高压水洗车时的密封性，而且隔音效果非常好。具体采用哪种型式，可根据结构和工艺要求而定。密封条的固定方式有以下三种：1）粘结：用粘结剂。2

52、）机械固定：多用卡扣或卡槽。3）夹持：带金属骨架的密封条可直接夹持在门框上，但是这种密封条的制造工艺复杂。为了使车门框在拐角处也能保持密封条的夹紧，拐角处的弯曲半径不能太小或密封条在拐角处采用模压接头。图7.8 密封条装配方式现在广泛采用后两种固定方式，为了方便使用和充分发挥密封条的功能，采用将变形部分置于致密型橡胶部位上，这样就兼顾了两种密封条固有的良好效果。7.4.4后备胎布置后备胎是SUV汽车的一个重要特征，也是后背门设计上不可或缺的一个系统，因为后背胎安装在后背门上（如图7.9），所以对其结构，设计也要尽可能的细致。图7.9 SUV汽车车型备胎系统图7.10 SUV汽车车型后备胎造型图

53、7.5 基于车门布置基础上的后背门运动校核后背门结构设计完毕，后背门上的附件也随之布置完毕，接下来设计师考虑的事则为后背门运动分析和后背门运动件的分析了。在上面的段落中，也提到了一些关于运动校核方面的内容。运动校核对于设计来说，是个实际检验的过程，是设计的产品是否可以实际运用的标准。在后背门设计中，主要是后背门运动件的分析。在运动件的运动校核分析中，主要是后背门铰链的分析，因为后背门铰链的布置直接关系到后背门所开启时是否干涉的问题。如果铰链轴线的布置角度与后背门开启方向出现了干涉，背门则不能顺利打开。所以，在设计背门时候，需要CAE校核，让CAE分析设计进行理论分析。图7.11 后背门开启运动

54、校核图铰链轴采用内倾4.5度，左倾1度的方案。（如图7.11）干涉分析：1)与后保险杠上表面的干涉分析在后背门运动中满足大于2.5mm的间隙，并且与后保险杠上表面没有干涉。（如图7.12） 图7.12 后保险杠上部与门的干涉风险2)与后保险杠侧面的干涉分析保证后保险杠成型角度1度的状态下，在后背门运动中满足大于2.5mm的间隙，并且与后保险杠上表面没有干涉。（如图7.13） 图7.13 后保险杠侧部与门的干涉风险3)后背门与铰链的干涉分析在后背门到最大开度85度时（见图7.14）与上铰链的最小间隙是7.189mm与下铰链间隙10.408mm大于2.5，因此满足要求。图7.14 后背门与铰链的干

55、涉风险7.6 本章小结后背门是汽车车身中一个相对独立的总成，内部附件数目繁多，结构较为复杂。它的设计质量直接影响到整车的安全性、乘员的操作方便性、密封性及噪声。在后背门的设计过程中，车门的附件布置占有很重要的地位和很大的工作量，而车门的结构设计大部分任务是解决车门附件布置、运动校核、安全校核、附件的紧固及保证附件在使用中的可靠性和方便性。后背门设计特别是车门附件的布置是一个试探性、重复性很强的过程，其间许多不确定性因素都有可能导致整个布置的失败和返工。车门附件布置设计的多目标，多约束的特点决定了后背门附件的布置需要大量领域专家的经验和知识作为指导，才能够顺利实现。本章主要是在对后背门附件及其布置过程进行详细分析、研究的基础上进行了总结和研究。8. 后背门材料和工艺在后背门的设计大致趋于结束的时候，在后背门的附件布置完毕的时候，设计在此刻开始考虑后背门工艺方面的设计了和后背门制造材料的选择考虑了。8.1 后背门材料后背门的制造材料的选择和车身制造材料选择是相同的，后背门属于车身，是车身既结构的一部分，所以在选择材料时，按照车身所提供的材料即可。8.1.1 后背门材料的选择原则在设计后背门的时，设计师就已经要考虑后背门的制造材料了。选材原则：安全、节能、环保；前期做好用材规划，包括新材料、新工艺可行性分析；设计与冲压仿真分析互相渗透；