某車型車門鉸鏈安裝點剛度的優化

廖小平　謝貴山　覃鵬飛

摘 要：文章對某車型車門鉸鏈安裝點剛度差的原因進行分析，使用六西格瑪方法進行優化設計，識別影響剛度的關鍵零件，利用實驗設計方法確定設計空間獲取結構設計方案，經過分析和對比最終確定實施方案，結果表明方案顯著提升了鉸鏈點安裝剛度。

關鍵詞：車門鉸鏈 安裝點剛度 六西格瑪設計

1 引言

隨著汽車行業的快速發展，人們對汽車外觀、質量、性能的關注和要求也越來越高，外觀、質量、性能也成為用戶對汽車評價的關鍵考慮因素，各個主機廠投入更多的資金和人力研究汽車產品和技術來提高用戶滿意度進而提高口碑和銷量。消費者對汽車外觀的關注度除了造型以外還有零件匹配狀態，比如零件之間的零件間隙大小和間隙均勻性，匹配狀態也體現了汽車制造廠的工藝水平和汽車質量。車門和車身側圍的匹配間隙是汽車用戶經常關注到的外觀間隙，在開關門時候更是高關注度，車門與側圍的匹配是用戶關注汽車外觀的重要區域。影響車門與側圍間隙除了零件尺寸合格率以外，車門鉸鏈安裝點剛度也是重要影響因素。車門鉸鏈安裝點剛度差會導致車身在車門重力作用下出現變形，導致出現車門下垂與側圍間隙變小，下垂嚴重情況還會出現車門與側圍在開關過程中干涉，引起用戶使用體驗。

六西格瑪設計方法是運用統計方法把產品系統性能與相關設計參數之間的關系量化，設計的產品不僅能六西格瑪質量水平的前提下實現低成本、高質量，而且產品還能抵抗各種因素干擾，保證質量的可靠性。六西格瑪設計方法有問題識別、需求定義、概念開發、優化設計、確認和實施共5個工作步驟。汽車市場競爭日趨激烈，為適應市場需求，產品需加快更新迭代速度，同時繼續保持成本領先的核心競爭力，六西格瑪開發出的低成本高質量的產品才更有市場競爭力[1-2]。本文以解決某車型的車門鉸鏈安裝點剛度為例，用六西格瑪設計方法解決車身側的鉸鏈安裝的剛度差的問題，在設計開發階段通過六西格瑪方法識別影響車門與側圍間隙的關鍵控制因素，通過優化設計提高安裝點剛度，提高質量穩定性，避免了車門與側圍外觀匹配間隙小的問題，提升了汽車設計界質量的可靠性。開發的經驗可供其他項目和新項目借鑒。

2 問題識別

問題來源于目前市場一些車型存在車門與側圍外觀間隙上段大，下段小，間隙不均勻的問題，這些問題在、車門尺寸大重量重的車型尤為明顯。一些新車型造型相對以前外造型曲面更加多變，鉸鏈安裝點跨距小，實現剛度目標難度加大。如圖1所示，側門是通過上、下鉸鏈與車身連接、開啟、關閉；鉸鏈是通過2顆安裝螺栓與車身側圍連接，其中1顆是車外往車內打，1顆是在車內往車外打。要提高車身側圍的鉸鏈安裝點剛度，需要通過設計安裝點結構、材料、厚度等方面來實現。[3]

3 定義要求

產品設計的結構涉及到項目工程師、制造部、財務部、質量部、客戶等區域，相關區域對車門鉸鏈安裝結構的要求見表1。

其中設計結構的剛度要求見圖2：把側門打開200mm，在門鎖中心位置加載負Z向800N，測量門鎖中心位置的位移量，位移量＜6.5mm則滿足剛度要求。影響剛度的因素：（1）參數A-上、下鉸鏈的跨距，鉸鏈跨距越長對剛度越有利，反之跨距越短對剛度越不利；（2）參數B-門分縫到門末端的距離，距離越；（3）側圍B柱、鉸鏈的結構。結構設計需要根據上述要求展開研究。

4 開發設計方案

項目團隊采用經驗方法、結構對標、頭腦風暴等方式確定以下4種開發方案，見表2，對4個方案進行了簡單的分析、確認。

采用普氏矩陣對4個方案的衡量指標進行了初步的分析、對比，案D得分74分，優于方案A、B、C，剛度接近目標要求而且有重量、成本優勢，因此選擇方案D做為基礎方案進行相關的改進分析?；A方案也就是維持B柱加強板借用不變，新增內加強板和鉸鏈螺母板，通過優化內加強板和螺母板的形狀、厚度、材料來達到成本、性能最優。

5 優化設計

從最新的平臺化材料庫選擇3種材料規格、3種厚度進行內加強板和螺母板的分析優化，見表3。

表3的方案有4個控制因子，每個控制因子有3個水平，因此選擇L9正交列表來計算。利用軟件模擬在不同的控制因子水平和不同的噪音因子水平下，計算側門鉸鏈安裝點的剛度，計算結果見表4。

GM DFSS正交陣列設計和優化工具計算得到的剛度信噪比S/N、均值β如下圖3、圖4所示，A、B說明材料對于剛度影響不明顯，C3和D3說明料厚越厚剛度越好（車身變形量越小剛度越好，屬望小特性）。從右圖來看，剛度最優的選擇是：A、B任選一種規格，C、D選擇C3、D3。因子設計優化：重量、成本方面，優勢是L1＞L2＞L3，即屈服越低越便宜，厚度越小重量越輕。C1不滿足剛度要求，所以不可選。綜上考慮，最佳狀態是A1B1C2D1，剛度變形量為6.305。

6 確認產品/過程性能

將最終方案的性能、重量、成本、制造性、平臺化進行確認，見表5。

最終方案的經濟效益：單車成本實現了降低，降低了48元（目標）-41.28元（實際）=6.72元，年收益6.72*8萬=53.76萬/年，其中銷量按一年8萬輛計算；單車重量實現了減輕，減輕4kg（目標）-3.44kg（實際）=0.56kg；模具費實現了降低，節省120萬元。（左/右B柱加強板模具費）

7 結語

文章以六西格瑪設計方法對車門鉸鏈安裝點結構進行設計，通過問題識別、需求定義、概念開發、優化設計、確認和實施步驟實現了剛度提升，結果表明：

（1）結構創新是結構輕量化、節省費用的最佳方法；

（2）材料對于剛度沒有直接影響，在滿足安全、剛度的前提下應選擇等級低的材料，實現低成本設計；

（3）對于料厚，越厚剛度越高。

參考文獻：

[1]葛運朋.六西格瑪方法在汽車外觀間隙改善中的應用[J].中小企業管理與科技，2021（02）：178-179.

[2]覃鵬飛，謝貴山，徐志丹，等.基于DFSS設計方法的車身結構開發[J].機械設計，2021，38（01）：108-114.

[3]滕平.鈑金式側門鉸鏈結構形式與車門垂直剛度分析[J].企業科技與發展，2019（05）：45-46+48.

[4]曹德樂.鉸鏈門垂直剛度優化研究[J].企業科技與發展，2015（05）：22-23.