某三厢轿车行李箱盖肩部拱起的解决措施

杨学渊 叶华 王镇斌 邱潇 李目佳 王斌 韦衍杰 周杨

（东风汽车公司技术中心）

据车主反映，某车型的行李箱盖在使用一段时间后出现拱起现象，虽不影响使用，但外观上不美观，对主机厂的品牌形象造成了比较严重的负面影响。类似问题一般出现在现生产汽车的使用过程中，问题的整改经常会涉及到大模具的更改甚至重新开发，涉及到的整改费用较多，周期较长。为最大限度地降低公司损失，文章通过逆向思维，寻求成本更低、周期更短的整改方案，来解决该质量问题，并为后续车型开发开辟了一条新思路。

1 问题描述

有车主反应行李箱出现了较为严重的肩部拱起现象，如图1所示。该车行李箱盖里板左侧在铰链安装板周边发生明显形变,右侧在铰链加强板发生变形，如图2所示。

2 原因解析

针对以上现象（左右基本一致），初步分析原因可能为：

1）行李顶到铰链，暴力关闭行李箱盖导致行李箱盖里板发生变形；

2）行李箱盖关闭速度过快，行李箱盖里板发生变形；

3）板件强度不够，行李箱盖里板多次使用后发生变形。

2.1 模拟试验

为甄别故障产生原因，通过试验模拟上述工况的方式找出质量问题产生的最主要因素。

1）工况1：在铰链下弯臂处用钢管顶住（模拟行李），用手关闭行李箱，模拟行李箱铰链被行李顶住的工况，如图3所示，图3中红色长方形为钢管。试验后行李箱盖里板局部出现了明显的形变，行李箱盖拱起，与问题汽车现象一致。

2）工况2：大力关闭行李箱盖，观察行李箱盖肩部面差变化。试验后未发现变化。

3）工况3：查看并分析行李箱盖耐久试验报告、8万km耐久试验以及四通道振动试验相关报告。未发现行李箱盖在耐久或振动后出现肩部拱起现象。

根据以上试验工况模拟及相关报告分析，排除工况2和工况3这2项因素。可以初步判断行李箱盖肩部拱起的原因为：大量行李塞满行李箱，且行李中有硬物，当行李箱盖关闭时，硬物顶住行李箱盖铰链，但客户仍然强行关闭行李箱盖，导致行李箱盖被强行折弯，使得行李箱盖里板的铰链加强板焊接周边区域发生较大形变，外观表现为行李箱盖肩部拱起。

2.2 CAE分析

找到了问题出现的方向后，通过CAE分析来模拟工况，寻找行李箱盖里板的薄弱点，为后续改进提供基础数据。

分析工况为行李箱盖突然关闭。将行李箱盖打开到最大位置或挡块位置时，在行李箱盖最外缘处（中间位置）加载200 N垂直向下（设计规范目标值）的力[1]，其模拟工况示意图，如图4所示。

经CAE计算后，行李箱盖里板应力云图，如图5所示。根据图5可以发现，行李箱盖里板肩部区域出现应力集中，最大应力为173 MPa。行李箱盖里板材料为DC04，其屈服强度为170 MPa。因而可以判断，在突然关闭的工况下，行李箱盖里板发生屈服，并产生了形变。因此，加强方案的主要方向为：缓解行李箱盖里板的应力集中，降低最大应力，消除行李箱盖里板的形变。

3 改进目标设定

根据问题解决方向，设定改进目标，具体表现为：1）设置最大应力的性能目标；2）设置合理的应力分布云图。针对上述问题，查看以往3款车型的CAE报告，进行对比分析，如图6所示。

从图6可以发现：应力集中不明显，并未出现大面积的红色危险区域；最大应力值均小于屈服值。根据以上模拟分析结果，初步设定目标如下：

1）最大应力降低至160 MPa；

2）减缓应力集中，防止出现红色区域大面积连续。

4 对策研究

4.1 传统方案

原始行李箱盖里板与铰链加强板焊接示意图，如图7所示。

针对此类生产质量问题，制定改善方案的前提为：更改成本不能过高且周期不能过长。如果更改行李箱盖里板结构，则需制造一套新模具，成本约200万元，周期约10个月；而更改行李箱盖铰链，则需要重新匹配设计环境件，成本及周期的代价同样非常巨大，均不可行。因此，常规更改方案分为2种思路。

4.1.1 增加行李箱盖里板肩部加强支架（方案1）[1]

采用与行李箱盖里板相同的材料DC04，料厚为0.9 mm，将其焊接在铰链加强板和行李箱盖里板上，共10个焊点，如图8所示。

提交给CAE分析，根据CAE结果调整数模方案，最终优化完毕后，CAE分析结果云图，如图9所示。

根据图9，方案1的CAE最终分析结果为：内板折弯处应力为173 MPa（＞160 MPa），里板屈服强度为170 MPa，未达成目标。因此，方案1无法解决行李箱盖里板在突然关闭工况下出现形变的质量问题，不可行。

4.1.2 延伸铰链加强板到肩部位置（方案2）

铰链加强板材料为H340LAD，料厚1.8mm，将其延伸到行李箱盖里板肩部位置，增加3个焊点，如图10所示。

提交给CAE分析，结合CAE结果调整数模方案，完成多轮数据优化后，最终版本数据的CAE分析结果，如图11所示。

根据图11，方案2的CAE最终分析结果为：内板折弯处应力为171 MPa（＞160 MPa）；里板屈服强度为170 MPa。未达成最大应力降低至160 MPa的目标，但对于应力集中，红色区域大面积连续有较大缓解。对比方案1，方案2有较大的改进，但最大应力值仍然高达171 MPa，不可行。

综上，常规方案均无法彻底解决该质量问题，必须寻找新的解决办法。

4.2 创新方案

为寻求解决方案，决定先通过CAE虚拟仿真，寻找一种虚拟解决方案，并以此为方向来设计结果，反过来再实现模拟效果。

根据此逆向思维，进行CAE仿真，结果显示：如果将原铰链加强板延伸区域的行李箱盖里板料厚由0.7 mm增加至1.5 mm，则可以将最大应力值降低至150 MPa左右，可以满足质量改善的设定目标。

根据此思路考虑，行李箱盖里板在该处无支撑，无法实现应力释放，而常规的2个方案虽然在此处有加强支架，但由于该面为密封面，无法设计焊点，所以支架与里板之间有空腔，无法实现支撑，应力无法顺利释放，导致加强效果达不到设定目标。对此，在查阅技术文件，与专家供应商会谈后，决定使用焊接结构胶来填充加强板和行李箱盖里板的空腔，来模拟里板料厚增加，实现应力释放。

在方案2基础上，增加焊接结构胶[2]，如图12中红色区域所示。因密封面上不能够打焊点，只通过加强板效果不明显，必须增加密封面与加强板之间的支撑。延伸铰链加强板到肩部位置，铰链加强板材料为H340LAD，增加2个焊点。密封面增加结构胶，弹性模量约为400 MPa。

提交给CAE分析，结合CAE结果调整数模方案，完成多轮数据优化后，最终版本数据CAE分析结果，如图13所示。

根据图13，创新方案的CAE最终分析结果为：内板折弯处应力为157.3 MPa（＜160 MPa）；里板屈服强度为170 MPa；未出现红色区域大面积连续。满足了设定目标，该方案可行。

5 方案验证

确定了数据方案，为验证方案实效性，安排进行试制3件行李箱盖板件总成，并制定以下验证计划：

1）进行突然工况模拟试验，验证里板肩部强度；

2）进行开闭耐久工况试验，验证里板肩部强度及焊接结构胶强度；

3）进行四通道振动试验，验证里板肩部强度及焊接结构胶强度。

以上试验均已通过验证，未发生行李箱盖肩部拱起现象。

6 结论

本次行李箱盖肩部拱起质量改善通过创新结构结合焊接结构胶的运用，实现了增加成本最低、工艺调整最小及改善效果最佳3项项目价值，有效解决了质量改进难题。并得到以下结论：

1）根据CAE分析结果，对比其他车型的行李箱盖里板肩部结果，设计需要考虑钣金断面结构的延续性，若断面结构连续则不会出现应力集中；

2）多采用CAE分析手段模拟工况，将隐患在前期进行解决；

3）第1次使用了焊接结构胶，积累了结构胶使用经验，有益于后续项目开发。