汽车后背门设计总结

后背门总结
1、功能及用途
1.1 定义
后背门也称尾门或后门，是位于车身后部，对乘员或储存物起防护和遮盖作用的向外可移动的车身件。

它是通过两个铰链悬挂在顶盖后横梁上。

1.2 功能及用途
后背门通常通过左右两个铰链连接在顶盖后横梁上。

与车身其它外表面一起必须满足车身外观整体造型要求。

对于两箱式轿车，运动型车和商务车后背门有着存取物方便，有效存放空间大等特点。

另外。

后背门处于汽车尾部，会形成汽车尾部涡流。

斜背式后背门尾涡和尾流区较小。

气动阻力也小。

而有后行李箱盖的轿车的为阶梯式后背，尾部涡流要比斜背式后背门大。

因此，后背门的存在还可以减少整车的风阻，对整车的经济性和动力性有好处。

1.3 分类
后背门按照车型分类主要应用于以下三类：
1、两厢式轿车用后背门。

如图1
2、运动型车型（SUV、CRV等）用后背门。

如图2
3、商务车、微型客车用后背门。

如图3
图1 两厢式轿车后背门
图2 运动车型后背门
图3 商务车或微型客车后背门
如图示，轿车用后背门的角度变化比较大，形成一个很大的弧度变化，而商务车用后背门则相对比较平直，SUV车型的后背门比较类似与商务车，但弧度变化有所改变，随着人们对乘坐舒适性的追求，SUV趋向于城市化发展，CRV 逐步走入大众视线，销量越来越多。

CRV的背门形式已经在向轿车靠近，形成一种介于厢式轿车和商务车之间的一种造型风格
除上述图示几种后背门形式均是采用上部铰链连接的形式，在实际应用中出于结构或者重量因素考虑也有其他的链接方式的后背门，如对开形式的后背门，如图4。

铰链布置在侧面的，背门侧开的，如图5。

在中间分开，上下分别布置铰链的后背门，如图6。

这些形式均可以满足后背门开闭的需要。

我们主要讨论铰链布置在上面的情况。

其他情况的形式我们不作讨论。

图4 对开式后背门
图5 侧开式后背门
图6 上下开式后背门
2、后背门总成设计
2.1 总成描述
后背门是通过两个左右铰链安装在顶盖后横梁上，背门外部装有玻璃，部分车型配置装有后雨刮，并与后保险杠、尾灯及后背门后尾翼（选装）组成整个车的尾部外表。

背门总成内部装有内饰，遮挡内部钣金结构。

两侧通常配置气弹簧辅助车门的开启与关闭，缓冲块对车门的关闭起牵制作用，避免过大的过关量造成零部件损坏，限位块对车门关闭时起限制和导向作用。

后背门锁装置在背门下部。

2.2 结构分块
无论商务车用后背门还是轿车或者SUV用后背门在整体的结构上基本都是一致的，都是由内板总成（如图 7）和外板总成（如图 8）组成。

图 7 内板总成图 8 外板总成后背门内、外板周边是通过翻边压合组合到一起，中间部分采用隔振胶连接，在后背门装饰条和后牌照遮挡区域可以考虑采用点焊连接，其他位置尽量不要采用点焊连接，否则后破坏外表面的美观。

2.3 外板总成设计
2.3.1 外板总成
外板总成一般有两种情况，一种是灯具部分布置在后背门上，另一种是灯具完全布置在侧围。

第一种情况时，外板总成由后背门外板和尾灯安装板焊接和粘接组成。

第二种情况时基本不存在后背门外板总成，只是单一的后背门外板，有时会有一些焊接螺母或者铆接螺母存在。

对于后背门外板如需使用连接螺母，建议选用铆接螺母，因为后背门外板一般情况高度和宽度都比较大，如选用焊接螺母，工人在操作时很不方便，操作性差。

图 9 无尾灯结构的外板总成图 10有尾灯结构的外板总成
2.3.2 外板设计
外板设计相对内板件需要考虑的结构因素要少于造型的因素。

因为后背门是构成整车外观表面不可或缺的一部分，在结构设计时外造型已经定义完成，能够给我们做结构发挥的空间也有限。

这是主要是考虑完成和内板的包边结构，和玻璃的粘接配合间隙、后背门装饰条的安装配合结构，牌照板的安装结构和空间。

2.3.3 外板设计的影响因素
影响外板设计的主要因素有以下几个
1、造型的影响
2、法规要求
3、材料选择
4、冲压工艺成形性
5、玻璃的配合结构和间隙
6、包边配合结构、包边间隙。

2.3.3.1 造型的影响
在造型阶段，技术部门就应该今早的介入，给造型部门足够的约束边界，让造型的思想发挥在我们给定的范围内，否则后期的变更会给设计工作带来更大的麻烦，浪费人力、物力。

后背门后风窗玻璃斜度大小直接影响车身尾部的气流分离状态。

根据1974年德国VW公司简森和胡乔所作的斜背式轿车后风窗斜度对尾流分离影响的实验情况。

当β＝30°时，气动阻力系数最大。

因此人们将β＝30°称为后风窗临界斜度。

一般β＜30°时气动阻力较小。

图 11 后背门倾斜角度对流场的影响
对于一些商务车或者微型客车后背门倾斜角度较大的情况我们可以考
虑在后背门上部增加一个尾翼，这样就可以改善因倾斜角度大对流场的影响。

但尾翼的长度和倾斜角度最好可以通过CAE分析后确定。

2.3.3.2 法规要求
造型阶段同样要做好法规要求的检查工作，保证设计的造型效果是在法规允许的范围的。

毕竟汽车是要走向市场，面向消费者的，我们必须向消费者负责，而且作为安全产品，国家对汽车是有一系列的强制法规要求的。

涉及到后背门的法规主要是两部分，第一是后视野法规要求，第二是牌照尺寸法规要求，第三是后号牌板照明装置配光性能要求，第四是后背门开启高度法规要求，第五如涉及到后背门有灯具的情况还要考虑位置和高度的法规要求。

第六外部凸出物法法规要求
第一后视野法规要求
后背门玻璃窗高度和尺寸要满足内后视野和内后视镜的视野障碍物要求。

相应标准GB15084-2006 《机动车辆后视镜性能和安装要求》。

即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，并从驾驶员眼点后60m处延伸至地平线，如图10所示。

图12 后视野要求
后排座头枕及后背门玻璃窗刮水器和加热元件等部件遮挡部分视野，但遮挡部分的总和应占所规定视野的15％以下。

第二牌照尺寸法规要求
牌照选用M1类型牌照，国标尺寸为440×140mm，如图11，
图13 牌照尺寸
这样要求装牌照位置的平面尺寸必须大于440×140,因一般情况下，牌照在后背门装饰条下方，要考虑装饰条对牌照的视觉遮挡，而且牌照下方外表面会有较大的造型圆角，如果安装平面的尺寸高度正好为140，就可能出现遮挡部分牌照或拍照与外表面圆角干涉情况。

建议高度方向与留在160mm以上。

长度方向一般情况不会存在问题，注意校核就可以了。

另外一下几点也需要考虑在造型内。

1)后号牌中点不得处于车辆对称面的右方；
2)后号牌及后号牌架不得超出车辆后端左边缘；
3)当后号牌上边缘离地高度不大于1.20m时，后号牌正面允许不大于
30º
的上仰角（整备质量状态）；
4)安装于后号牌板架上的后号牌下边缘离地高度应不小于0.30m
5)安装于后号牌板架上的后号牌应有如下4个平面组成的可视范围：
通过
号牌两侧并且呈向外30º的两个铅垂平面，通过号牌上边缘与水平向上呈15º的平面，经过号牌下边缘的水平面。

第三后号牌板照明装置配光性能要求
后号牌板照明装置配光性能法规要求节录如下
1)装置的安装应使照明区域任意位置上的光入射角不大于
82°，入射角从照明装置至距离号牌板最远的极端位置测量。

若照明装
置多于一个，则本条要求仅适用于由相关装置照明的那一部分。

2)照明区域的最小可见范围应符合：在垂直截面，α≤85°,
α′≤85°; 在水平截面，β≤60°，β′≤60°；具体含义图12所示：
图14 后号牌板照明装置配光性能要求
第四后背门开启高度法规要求
后背门要求有足够的开启高度，保证人和货物进出方便。

后背门的开启高度和角度我们可以在造型前期就给出定义，后期的时候要进行整体的校核，保证车门完全开启时95%百分位男性头部不应该碰击车门(SAE标准为:距地面高度1880mm, 美国男性模型头部为1902），而5%百分位的女性乘员伸手可关闭车门（ SAE标准为: 距地面高度1856mm。

美国女性模型伸手触接为1950 ）。

一般我们要求后背门的开启高度大于1800mm（上述距离一般以空载地面线为测量基准）。

开启角度在75°-90°之间。

如图12
图15 后背门开启高度校核
第五后组合灯相关法规要求
国标中对灯具的位置、发光强度、颜色等都有强制法规要求这里我们只需要考虑位置的要求。

法规中关于后组合灯的规定要求如下。

后雾灯法规要求：
高度：离地高度不小于250mm，不大于1000mm。

制动灯法规要求：
高度：离地高度应不小于350mm，不大于1500mm；
横向：两灯间距不小于600mm，外缘距车侧不大于400mm。

图16 制动灯安装简图
后位置灯法规要求：
横向：在基准轴方向上，离车辆纵向对称平面最远的视平面上的点到车辆外缘端面的距离应不大于400mm。

在基准轴方向上，两视平面内缘间的距离应不小于600mm。

若车宽小于1300mm，则该距离可减至为不小于400mm。

高度：离地高度不小于350mm，不大于1500mm。

若车型结构不能保证1500mm 内，可增至2100mm。

倒车灯法规要求：
高度：离地面高度不小于250mm，不大于1200mm。

横向：无特殊要求。

图17 倒车灯安装位置示意图
后转向信号灯法规要求：
横向：在基准轴方向上，转向信号灯视表面边缘到车辆外缘端面之间的距离不大于400mm；两相邻视表面内边缘之间的距离应不小于600mm。

高度：不小于350mm，不大于1500mm。

因后组合灯中，包括了制动灯、倒车灯、后位置灯、后雾灯、后转向信号灯，造型时要根据不同的灯具布置情况来进行校核，但要求尽量不要把纵向深度要求较大尺寸的灯具布置到后背门上，如制动灯等，如考虑采用LED灯具，这种限制情况就不会很大。

第六外部凸出物法法规要求
下面根据国家标准GB 11566-2009《乘用车外部凸出物》中规定。

校核的凸出物主要是指对行人和骑自行车及摩托车者等易引起擦、刮、撞伤的车身外表面凸出物。

标准中对外部凸出物的基本要求为：
a)车身外表面不得有任何朝外的尖锐零件，以及由于其形状、尺寸、朝向、硬度等在碰撞事故中可能增加刮伤、撞伤的危险性或加重被撞者伤势的凸出物
b)车身外表面凸出零件的圆角半径不得小于 2.5mm。

这一要求不适用于凸出车身外表面不到1.5mm的零件以及凸出车身外表面1.5mm以上，5mm以下但零件朝外的部分是圆滑的零件。

c)所以，要求背门造型时不宜出现很小的圆角，这种小圆角对法规校核有影响，冲压工艺又不好实现。

但并不是说就取消掉背门上所有的造型筋线，这样背门外板会显得光秃、无层次感、而且刚度又差。

适当的造型筋线还是需要保留的。

只需要注意不要形成小于2.5mm的圆角。

尤其是后背门车标位置和车标的特征。

这些位置很容易出现造型师一味追求造型形成小圆角的情况。

2.3.3.3 材料选择
后背门外板对结构的刚性贡献不大，而且很多时候造型的因素形成很深的冲压深度和很小的冲压圆角，为了能够保证冲压工艺性的实现，材料多选择易于拉伸的材料，如宝钢的DC05、DC06或者BSFD、BSUFD等材料,但也有些单位选用一些高强度钢板如B170P1和B180H1。

厚度一般为0.7-0.8mm,多数选择0.7mm.
表1 以往项目外板材料统计
2.3.3.4 冲压工艺成形性
后背门外板处于整车外表面区域，有些造型人员喜欢做一下造型变化较大的外观造型，技术部分应该对这些区域有大概的定义。

背门的上部造型变化在冲压
工艺上较易实现，下部的拍照安装位置是相对复杂的区域，因为在该位置，拍照需要一定的安装深度和倾斜角度以保证拍照安装后满足相关法规的要求（具体要求上面已经描述）。

这样就会形成冲压深度尺寸较大的情况，要尽量避免这种情况。

如无法避免，应尽量加大冲压角度和冲压圆角，同时可以在装饰条遮挡区域内设计一系列的阶梯缓冲来减少冲压难度。

图18 对冲压工艺实现不利的形式图19 对冲压工艺实现有利的形式现在一些造型设计人员或客户有时考虑在背门外板上设计一个类似于尾翼的造型，这样就又增加了外板成形难度。

大家要注意这时的冲压方向的选择和材料的选择。

2.3.3.5玻璃的配合结构和间隙
为后视野要求考虑，后背门上都装有玻璃，玻璃采用玻璃胶与钣金连接到一起，背门上的比例按照覆盖面积有两种形式，一是包覆在整个后背门宽度上，另外一种是局部覆盖在后背门上。

玻璃的大小最少要求能够满足视野的要求，在满足要求的前提下可以根据造型的需要调整。

图20 整体覆盖形式图21 局部覆盖形式无论整体式还是局部式覆盖结构，玻璃一般均是采用玻璃胶与钣金连接，需要我们考虑的是用胶的量。

车身胶的成本较高，在能够满足连接强度的时候尽量减少用量以节省成本。

通常我们选用6X10或者5X12的腰鼓形涂胶形式，即玻璃
和钣金间的间隙要求保持均匀的5mm或者6mm平均高度差。

图22 玻璃胶的表达形式
对于不同的玻璃包覆形式，均是采用玻璃胶连接，但和钣金及密封的配合形式是不同的，完全包覆时钣金框架处于玻璃下方，如图23所示
图23 完全包覆时的连接形式
此时钣金框架截面相对较小，容易形成刚度不足的状态，设计时要注意。

局部包覆的截面形式如图24所示
图24 局部包覆时的连接形式
2.3.3.6 包边配合结构、包边间隙
后背门外板是构成整车外表面得一部分，为保证外观的美观，外板和内板的连接不可以采用点焊，如采用单面焊接，必须设计专用的夹具和工装，成本较大，现在绝大多数的车型仍采用包边的形式。

外板包边的宽度一般为10mm,包边间隙为 1+T/2(T为内板料厚)。

内板被包的宽度即为外板包边宽度减去外板料厚和包边间隙。

如图25所示
图25 包边形式示意图
上面设定包边宽度为10mm是针对造型面比较平缓区域，对于一些造型变化比较急剧的位置，为了保证包边工艺的实现，可以适当减少包边宽度，但包边间隙不可以减少。

对于背门上的尖角位置可以减少包边尺寸或者只是翻边不包边，翻边部分为2~3mm，角度小于90°，特殊情况参照样车。

如图示。

图26小尺寸包边情况图27 只翻边不包边情况上述是外板设计时需要考虑的一些常见的问题，有些车型可能会考虑安装尾翼，后背门的装饰条、一些装饰件等，这时只需要根据相互配合的情况来作出相应的安装结构就可以了。

但是一定要考虑外观的美观。

2.4 内板总成设计
2.4.1 内板总成包括
一般后背门内板总成包括后背门内板、左右铰链加强板、左右气撑杆加强板、门锁加强板、限位块安装板等组件构成，如图28所示
图28 常见后背门内板构成
1 铰链加强板
2 气撑杆加强板
3 外板加强板
4 门锁加强板
5 限位块安装板
在一些车型上可能会设计外板加强板和雨刮安装板。

外板加强板 主要起对外板支撑作用，一般是背门玻璃下部高度较大时增加，以提高后背门的外板的刚度，避免背门总成在外板下部产生局部模态低的情况。

雨刮安装板主要是考虑一些车型配置后雨刮的情形设置。

2.4.2 内板设计
后背门内板设计时有一下几个主要因素需要大家设计时考虑：1、材料选择 2、冲压工艺性3、密封性能3、零件重量4、进漏液通道等。

下面就这几方面进行分别阐述。

材料选择：后背门内板是几乎所有背门附件的安装载体，是背门的重要的支撑板件，背门内板主要的是立面，是与内饰板装配的面。

为了安装背门附件机构，立面上需设计出各种形状的凸台、窝穴和安装孔等。

其零件成形复杂程度不大，但是为了给附件提供足够的空间和工人操作空间，其成形深度会相对较大，而且均为整体成形，这样就要求材料要有足够的拉延性能，所以一般采用0.7～0.8㎜ 的薄板拉深成形，材料大多为DC05、DC06、BUSD 等
.
表1 以往项目内板材料比较
项目 AM50 AM80 AM38 MB1 MH1 V08 AM72 材料
DC05
DC05 ST16 DC04
DC05
BUSD DC05 厚度（mm ） 0.8 0.7
0.7
0.8 0.6
0.7
0.7
冲压工艺性：如图29所示，为了满足附件的安装要求，在后背门下部一般只存在一个立面，冲压深度通常会比较大，而且和侧围配合的位置Y 向尺寸并不大，还要考虑密封结构、内饰安装、包边等因素，不能够向侧围那样利用增大冲压角度和增加缓冲特征来减小成形难度。

所以我们在后背门内板的设计时，在满足附件的安装需要时，必须要控制后背门的整体深度，建议不超过120mm 。

当然我们也可以通过调整冲压方向来减少冲压深度，但冲压方向的调整是受造型影响的，调整里不会特别理想。

在深度一定的情况下我们也可以适当的通过调整圆角的大小来改善冲压性能，但是一定要注意保证车门密封面的宽度。

否则后影响密封效果。

尤其在后背门上只有一道密封的情况。

图29 常见后背门和后组合灯配合的位置断面
1 后背门外板
2 后组合灯
3 后背门内板
4 侧围结构
5 内饰
密封性能：无论是对于开闭件的那个总成，密封性能都是要着重满足的部分。

后背门结构相对于侧围要简单一些，没有玻璃升降器，拉手、限位器等运动件要求，这样设计首先要保证背门密封性。

在结构设计时，根据主断面反映的设计思想选择密封条形式，确定背门密封面与车身流水槽边的距离，从而定义背门的密封面。

密封面和流水槽立面（安装密封条）理论上严格要求为90°，同时两者之间的间隙在整个后背门一圈要均匀一致，这样在后期的加工过程中才能实现小的公差
1
3 4
2
5
偏离，达到原来预期的设计效果，实现密封性能的要求（见图30）。

密封间隙的大小根据密封条的截面形式的不一样而不同，一般情况下密封间隙在12mm-14mm 左右，后背门密封条的压缩量设计值为头端气泡球可变形高度的二分之一到三分之一之间都是合理的，但是考虑后背门上只设置有一道密封，所以密封量可以大一些。

内板密封面
流水槽边
图30 常见后背门密封断面
另外，如果一些车型在侧围没有设置缓压结构或者排气阀，则需要在后背门上设计缓压结构来调整车内压力变化。

进漏液通道：进漏液通道是液体进入和流出总成的通道，液体流入和流出通畅才能实现良好的电泳效果，对内部钣金实现保护，避免出现电泳不充分，或者局部没有电泳的情况。

对于进液，后背门有足够的空间工艺孔作为液体的流入通道，主要我们要考虑电泳液流入到背门上部的通道和背门加强板与背门内板之间的间隙。

另外，漏液的通道必须要有考虑，应该在后背门最低处都应设计有漏液孔，避免涂装线上电泳水和冷凝水的沉积。

如图31所示。

图31后背门漏液孔
除上述描述的内容外，在背门的设计中为了考虑零件减重，一般会在后背门内板上设置较大的工艺减重孔，同时设置翻边承胶结构，和后背门外板利用隔振胶连接，已增加外板刚度和提高后背门模态。

因为后背门内板是内外饰后电器件的主要安装载体，设计时要考虑和内外饰的配合关系，给电器线束预留足够的安装卡扣孔。

无论和内外饰配合还是和线束
配合的所有安装孔尽量在同一方向上。

2.4.3加强板设计
后背门的加强板包括后背门铰链加强板、气撑杆加强板、门锁加强板、限位块安装板等，因为后背门不涉及碰撞问题，即使在后碰时其起到的贡献也比较小，所以这些加强板的设计过程中，材料选择不需要太强，只要满足自身需要就可以了，一般为DC01或者DC03、SPHC等这类材料，铰链加强板为了保证后背门的下垂量有时会考虑选用B170P1或者B250P1的材料。

料厚一般为1.0-1.2mm。

各加强板的定位设计的时候要配合整体焊接情况进行考虑，尽量使每个加强板的定位方向都一致。

这样后期的总成焊接时操作比较好实现。

另外一个需要注意的问题就是上面提到的考虑液体流通通道，各加强板和内板之间除焊接位置外尽量留出5mm以上的间隙。

3 CAE分析
开闭件是汽车的关键总成，除了保证外形美观以外，开闭件的开、关应可靠，为此，开闭件应有足够的刚度。

刚度不足，会导致开闭件局部区域出现过大的变形，影响密封性和美观，从而影响了车的正常使用。

模态频率不足，会出现低频振动，导致噪音和抖动的情况。

所以背门总成设计完成后我们会对背门总成进行CAE分析，以了解总成的刚度、模态。

并把分析结果反馈到我们的设计中给予我们设计修改的方向，这样就可以避免一些问题到试制阶段才曝露出来。

而且到试制阶段曝露出来的问题，因模具等相关设备已经进入加工，修改完善会很困难，增加了项目成本。

对刚度的分析主要包括车门下垂、弯曲刚度和扭转刚度。

这三项分析代表了背门抵抗变形的能力
车门下垂是开闭件设计中面临的比较大，影响比较严重的问题，影响其美观和使用。

而后背门相对尺寸也比较大，不可避免的重量就大，车门下垂的情况就会更明显，分析时后背门为关闭状态，约束车身截面处的所有自由度，释放铰链绕轴的转动自由度，在门锁处约束X向平动自由度。

在两边气动撑杆处各施加沿撑杆向外的作用力（作用力大小由气撑杆大小决定），并施加1g垂直向下加速度，如图28所示。

图18 后背门下沉工况载荷及边界条件
所以，我们在外观品质定义的时候就要考虑把背门下部的分缝尺寸适当加大，一般会比两侧大1-2mm，轿车和SUV在6-7mm左右，微型客车考虑成本和制造工艺条件，在7-8mm左右。

另外铰链加强板的强度要足够，同时顶盖后横梁在铰链位置的结构要适当加强。

弯曲刚度是约束铰链固定板全部自由度，释放铰链绕轴的转动自由度，在缓冲块位置约束X向平动自由度。

在车门下部门锁位置施加X向作用力，作用力大小为-200N，即沿X负向的作用力。

如图29所示。

图 29 后背门弯曲工况载荷及边界条件图 20 后背门扭转工况载荷及边界条件扭转工况是指约束铰链固定板全部自由度，释放铰链绕轴的转动自由度，在门锁处约束XYZ平动自由度。

在左右两侧缓冲块位置施加120N·m绕Z轴的扭矩，如图30所示。

刚度就是指后背门抵抗X向作用力的能力，背门的截面型腔尺寸大小对刚度影响较大，所以我们在造型设计时一定要注意对截面尺寸的控制，尽量不要减小尺寸。

上面我们提到玻璃采用完全包覆形式时截面尺寸受到限制，无法很大，这时就一定要注意截面尺寸，不要低于标杆车。