汽车前门外板逆向设计

摘  要：汽车前门外板是汽车的重要组成部分，是整车零件的载体，它的质量和制造成本都占到整车的40%到60%以上。 前门外板设计在汽车设计中，占有极其重要的位置。在各大总成中，除发动机外，前门外板设计的工作量最大，最复杂，周期最长。前门外板作为轿车、载货车和大客车整车中的重要部分,是汽车上乘人和载货的容器,作为承载乘客的前门外板要求具有舒适性和安全性。近几年来，我国政府已经将汽车工业作为一项支柱产业进行发展，是我国的汽车产业有了一个蓬勃发展的春天。

关键词：汽车前门；外板；逆向工程

一、汽车车门研究状况

基于国内市场竞争和国外汽车进入中国市场的压力进一步增大，在大多数汽车生产企业都将精力投放在轿车上时我国一些汽车厂家，如：通用五菱、长安、哈飞、昌河、一汽佳宝等厂家都加大了对微型汽车的关注，并且都加大了对新车型的开发研究。许多厂家都引进先进的软件生产技术对开发的产品进行设计，并且采用计算机软件仿真系统对产品进行碰撞等仿真实验，从而缩短了新产品的开发开发时间。随着国际油价的持续走高和对环保的要求提升，新能源微型汽车（天然气微汽，电动微汽和其他能源微汽）相继问世。我国各大汽车生产厂家都根据形势加紧新车型、新部件的生产，通过改变汽车生产工艺和零部件的加工工艺来解决汽车制造中的问题，提高汽车前门外板结构强度并减少风阻。

节能、环保、安全、舒适和智能化是当今世界汽车技术发展的总趋势。其中，汽车的轻量化是节能的重要措施。减轻汽车质量对于降低油耗，节约能源，减少排放，都有现实和长远的战略意义。研究表明，减轻汽车质量的重要途径，要减轻车重，除了优化结构外，新型材料(高强度钢板、铝镁合金板、激光拼焊板)的应用成为最主要的方法。目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。激光拼焊成形也是汽车轻量化的关键技术^[5]。日本丰田汽车公司将拼焊板用于内覆盖件以改善板料的成形性和覆盖件的整体性，用于外覆盖件以改善前门外板的外观和装配精度，用于骨架件以改善前门外板的防撞性和减轻前门外板重量。美国的三大汽车公司将拼焊板主要用于门内板、侧围、立柱、横梁等零件，在门内板中应用比例高达40%。实践证明采用拼焊板技术可减少零件数量66%，材料利用率由40%增加到65%^[6]。

除了上述先进的前门外板制造技术外，已经形成商品化的成形分析CAE软件和立体建模软件CAD，也得到了许多工业部门的重视和应用，美国的通用、福特、德国的大众、奔驰、日本的丰田、日产等大型汽车制造公司，都已开始应用板料成形分析CAE软件指导板料成形件的开发和生产，产生了很好的经济效益。随着我国汽车、飞机等工业的发展，成形分析CAE软件和立体建模软件CAD在我国的应用越来越广泛^[7]。

自1988年引入中国以来，Pro/E以其先进的设计理念在工业解决方案中拥有显赫的地位，其身影遍布机械、模具、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业。Pro/E在模具设计、分析、制造中也都发挥着重要作。在本课题中将用Pro/E进行三维建模，然后将模型导入DYNAFORM,为用DYNAFORM软件进行仿真分析做好准备。CATIA系列产品已经在汽车设计制造领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案。在CATIA的设计环境中，无论是实体还是曲面，做到了真正的互操作；变量和参数化混合建模：在设计时，设计者不必考虑如何参数化设计目标，该软件提供了变量驱动及后参数化能力。对于一个企业，可以将企业多年的经验积累到CATIA的知识库中，用于指导本企业新手，或指导新车型的开发，加速新型号推向市场的时间^[8]。

二、主要研究成果

目前高强度钢和超高强度钢的大量应用是汽车工业的发展趋势。先进高强度钢板 (AHSS)包 括双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)、复相钢(CP)和马氏体钢(MART)成为汽车用钢的研发热点^[9]。这类钢有良好的强度和成型性，而且还具有良好的抗腐蚀性，是汽车减重降耗的理想材料^[10]。激光拼焊成形技术是汽车轻量化的关键技术。日本丰田汽车公司将拼焊板用于内覆盖件以改善板料的成形性和覆盖件的整体性，用于外覆盖件以改善前门外板的外观和装配精度，用于骨架件以改善前门外板的防撞性和减轻前门外板重量^[11]。实践证明采用拼焊板技术可减少零件数量66%，材料利用率由40%增加到65%。

伴随着有限元分析技术的发展，计算机辅助设计已经成为研发的有效手段^[12]。已经形成商品化的成形分析CAE软件和立体建模软件CAD，也得到了许多工业部门的重视和应用，使产品的研发周期大幅度缩短，为企业创造了很高的经济价值。同时随着软件模拟技术的发展，为汽车碰撞模拟及其各部件刚度模拟提供了依据和方法。

三、发展趋势

在未来汽车前门外板整个卡法过程中，将全面采用前门外板虚拟开发技术。采用虚拟开发技术可以省去许多费时耗工的实体样车制造和实验过程，及早发现解决样车性能和生产工艺过程中的问题。它在降低成本、缩短开发周期、提高开发质量方面有极大的优势和潜力，是汽车工业竞争取胜的关键技术^[13]。

随着人们对汽车环保、节能、安全和舒适的要求逐渐增高，在汽车前门外板设计制造中使用高强度材料已经成为当今微型汽车发展的一个重要的方面。使用高强度轻型材料可以在满足汽车安全性能时减轻汽车总重量，从而使汽车更加的节能，保证微型汽车能在当今能源危机的情况下得到更好的生存空间。也能够满足更多的消费者的需要^[14]。

最后，除了研究上述整车碰撞标准、前门外板轻量化、前门外板模态和刚度等关键技术外，还关注整车生产中的冲压、焊接、装配和性能等技术向汽车产品开发的优化，从而降低汽车产品开发的成本。

四、存在的问题

国产微型车除存在质量不稳定外，整车技术性能和基本结构方面的一些薄弱环节日渐显露，急需改进。

由于汽车生产过程中加工工艺的影响使得许多汽车的平部件存在问题，这使得现在很多汽车生产厂家生产的产品不能满足汽车行驶需求。近年来，汽车设计软件发展迅速，但是由于国内的汽车生产厂家对汽车设计软件引进的比较晚，没有足够的经验，导致在零部件设计和汽车整体布置上存在着一定的缺陷。使得国产汽车的生产研发周期较长。这在很大程度上影响了汽车的发展速度。

前门外板作为汽车生产中的大型覆盖部件，焊接技术在其生产中大量的应用。而我国多数汽车生产厂家采用传统的焊接手段，由于焊点的实际数量较多且位置不连续，为了保证实际焊点位置和节点位置相对应，就需要细化局部网格，这样使得建模和计算的工作量大大增加，且焊点位置也很难保证。

此外，国产几种微型车由于底板结构单薄，本体下部太轻，整车质心偏高（大发厢式车为620mm，长安厢式车为615mm），高顶车尤其显著，同时轮距、轴距偏小等原因，整车行驶稳定性较差。高速行驶时，在5级以上风速、较滑路面条件下，出现车体漂移，不走直线；应急制动时，易出现前翻和原地打转；急转弯时发生倒翻等现象^[15]。

五、主要参考文献

1. 张爱梅.微型汽车市场现状与发展趋势.汽车与配件——商用车&发动机 CVE,2008,(21):34~36

2.  席庶林.我国微型汽车发展简述.航空工业经济研究,2009,(1):31~34

3.  郭竹亭.汽车前门外板设计.吉林科学技术出版社,1992

4.  阮国莱、宋书全等.轿车前门外板结构技术动向.天津汽车,2007,(5):25~29

5.  Benedict J C. Light metals in automotive applications[J].Light Metal Age, 2000,58(9/10):34.

6.  柏建仁.轿车前门外板与高强度钢.吉林一汽轿车股份有限公司,2005:1~18

7.  孙印杰.Pro/E野火版教程.北京电子工业出版社,2004

8.  缪德建.模具制造中CAD/CAM/CAE的应用.模具技术,2002,(2):45~46

9.  A M ingtu. PROGRESS IN RESEARCH AND APPL ICATION OF

AUTOMOBILE STEELS IN CHINA[J]. IRON AND STEEL，2001，36（8）：

64~69.

10.  刘华初、何燕霖等.汽车用先进高强度钢板的可镀性与Wagner模型预测效果研究现状.材料保护,2009.9,9,(42):1~4

11.  Takech i H. P roc. of Advanced Automobile Materials[J], Beijing, China, 1997:1～9.

12.  兰凤崇、周云郊等.前门外板覆盖件电焊结构虚拟节点建模及应用.计算机集成制造系统,2009,8,(15):35~38

13.  黄祖勇.微型客车前门外板结构设计新特点.企业科技与发展,2009,(16):37

14.  牛胜福、李炜等.汽车前门外板轻量化技术.上海汽车,2009,(34):34

15.  向生寅.国产微型汽车存在的问题及发展方向.当代汽车,1992,(5): 28~30