外板支撑板在提升汽车车门抗凹性中的应用

前言

随着汽车产业的飞速发展，工艺技术水平日益提高，性能提升与轻量化均衡已经成为推动汽车产业进步的重点课题。车门作为汽车外覆盖件的重要组成部分，充当外观、性能兼并的重要作用。

由于车门抗凹作为用户主观评价车门的重要因素之一。在使用过程中，车门外板抗凹性能强弱将直接导致客户的购买选择性和使用满意度等指标下降。在高速行驶过程中外板会因抗凹性能差，而出现肉眼可见的变形，抖动。为了保证车门外板具有足够的刚度抵抗外力的变形，我们可通过优化车门性能，以此提高车门外板的抗凹能力。

1 车门外板抗凹方案

1.1 提升车门外板抗凹性的方法

提升车门外板抗凹性能的方法主要有：

（1）增加车门外板钣金料厚

通过增加车门外板的料厚，可以提高零件自身刚度，以此提高整体抗凹的目的。虽然可以提高车门抗凹性能。但是，一方面会大大增加车门整体的重量，另一方面，车门制造成本也会有一定上升。既不符合汽车轻量化设计理念，也不利于整车成本控制。故不建议采取此种方式提升外板抗凹性能。

（2）提高车门外板钢材牌号

通过提高车门外板钢材牌号的方法，就是选择屈服强度更高的钢材，增加零件自身性能入手，进而提升车门的抗凹性能。但由于高牌号的钢材存在加工成本提高、成型困难、钢材采购成本上升等诸多因素影响，仅作为备选解决方案，不建议在造型犀利且复杂的车型上选用。

（3）于车门外板内面增加补强胶片

通过在车门外板内表面增加补强胶片，实现外板局部料厚增加的效果，以达到提高车门局部抗凹刚度的目的。但是此方式受操作空间、成本目标等限制，增强范围有限，故一般作为辅助增强手段，配合其他增强方案共同作用。

（4）外板支撑板的加强结构

优化外化外板支撑板的加强结构，如：增加加强筋数量、增加翻边数量、加深主要特征深度、优化减重孔布局、优化涂胶槽布局、优化连接结构等手段，可以达到提升车门抗凹性能的前提下，车门外板与外板支撑板的料厚和材料可以进一部选用更加轻量化的方案，达到进一步降低成本，保持甚至提高性能的效果。是面对车门抗凹不足问题时，较为行之有效的一种解决方案。

2 车门外板CAE 抗凹分析

2.1 车门外板抗凹指标简介

汽车车门抗凹指标一般只需要针对外板进行采样监测点刚度进行评价依据，即测算外板的抗凹刚度是否满足工程标准，设计依据计算结果进行优化处理。

2.2 某车型车门有限元分析模型建立及说明

约束车门铰链与车身连接孔的自由度123456，约束锁扣点自由度123，约束缓冲块法向自由度。详见图1。

图1 车门边界条件约束示意图

图2 原始车门方案抗凹分析加载点位置示意图

在某款车型车门外板表面施加一定压力，预选出4 个薄弱抗凹点作为加载点位置，根据对加载点同时施加一定力值的载荷，分别得出同一加载点的初始刚度和最终刚度，作为抗凹刚度的判断指标，具体见图2。

2.3 原始方案外板抗凹刚度计算结果及分析

分析结果见表1。从计算结果中看出：P2、P3 相对应的初始刚度低于目标范围，因此需对P2、P3 所在外板部位刚度进行增强。

表1 原始方案抗凹刚度分析结果

3 车门外板支撑板的优化设计

3.1 优化方案

为提高车门外板抗凹刚度，经分析提出了如下的优化方案，该方案主要更改的是：

调整外支撑板位置，尽量靠近抗凹刚度较弱的加载点附近。在外板支撑板涂胶点周圈边界，间隔增加数个3mm 直线翻边，且翻边延伸至两侧端部焊接面平顺过渡消失。同时将外板支撑板上下涂胶槽间的主梁深度增加至20mm 以提高零件整体刚度，在槽底部均布数个腰型减重孔量，优化后的方案见图3。

图3 优化后的外板支撑板位置和形状示意图

3.2 优化后的外板抗凹刚度计算结果及分析

优化后，对车门外板表面施加相同的均布压力，预选3个薄弱抗凹点作为加载点位置，根据对加载点同时施加一定力值的载荷，分别得出同一加载点的初始刚度和最终刚度，具体见图4。

图4 优化后车门方案抗凹分析加载点位置示意图

分析结果见表2。从计算结果中看出：车门外板抗凹性能有显著提升，抗凹薄弱点由4 个减至3 个，且加载点经过优化后均达到目标范围。因此外板支撑板结构优化可提升车门抗凹性能。

表2 优化后的抗凹刚度分析结果

4 结论

外板支撑板在汽车车门上应用广泛，随着市场需求的不断提高，对车门抗凹性能提出了更高的要求。在设计阶段，既要考虑每个零件和整体的经济性、工艺性，还要综合考虑整车轻量化要求。本例即是通过优化外板支撑板结构，在不过分增加车门重量的前提下，合理利用加强结构，并兼顾减重目标的思路，通过CAE 分析辅助设计验证，对车门设计是一种行之有效的方法。