發(fā)動(dòng)機(jī)罩在正面碰撞中的改善分析

李濤 李崢 李燕龍 樊樹軍 劉劍平 楊飄 羅鑫 曹利平 李子云

（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心）

汽車在正面碰撞過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)罩也是作為受力部件，其潰縮形態(tài)會(huì)直接影響到風(fēng)窗玻璃的完好性。如果機(jī)罩不能完全潰縮而侵入風(fēng)窗玻璃，會(huì)對(duì)爆破的安全氣囊造成破壞，甚至直接接觸駕駛員頭部造成致命傷害?，F(xiàn)在大多數(shù)汽車廠僅針對(duì)滿足法規(guī)進(jìn)行車體結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，忽略了機(jī)罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文章按照GB11551—2003《乘用車正面碰撞的成員保護(hù)》[1]進(jìn)行汽車實(shí)車碰撞試驗(yàn)，著重考察機(jī)罩的變形形態(tài)，優(yōu)化機(jī)罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 背景介紹

某A車型在正面碰撞過程中，機(jī)罩板件總成的潰縮不合理，沒有完全成倒V字型，潰縮筋位置沒有實(shí)現(xiàn)充分潰縮，并且機(jī)罩后部圓角處前風(fēng)窗玻璃產(chǎn)生碎片，存在傷害駕駛員及前排乘客的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)罩潰縮具體情況，如圖1所示。同時(shí)，A車型在正面碰撞試驗(yàn)過程中，機(jī)罩鉸鏈發(fā)生斷裂，如圖2所示。

由于在偏置碰撞過程中，機(jī)罩鉸鏈未斷裂，但機(jī)罩的潰縮情況同樣不理想，所以并非機(jī)罩鉸鏈的斷鏈導(dǎo)致機(jī)罩未充分潰縮。機(jī)罩板件潰縮筋的設(shè)計(jì)需作為問題項(xiàng)來分析。

2 原因解析

2.1 機(jī)罩潰縮不充分

針對(duì)A車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩潰縮不充分的問題，分別通過對(duì)機(jī)罩里板和機(jī)罩鉸鏈的理論定義、競品分析以及CAE分析進(jìn)行核查，逐步排除原因，具體步驟如下。

1）檢查機(jī)罩潰縮筋位置設(shè)計(jì)是否合理，即核查潰縮筋尺寸定義是否滿足要求。潰縮筋布置在鎖扣嚙合中心點(diǎn)距鉸鏈中心軸1/2處，即：S=1/2L，如圖3所示。

經(jīng)核查機(jī)罩板件潰縮筋設(shè)計(jì)位置S/L=（405/810）×100%=50%，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2）檢查中間潰縮筋尺寸及圓角是否太小，未能起到弱化的作用。檢查潰縮筋理論定義，并與B車型（B車型為已驗(yàn)證的現(xiàn)生產(chǎn)車型）理論定義潰縮筋尺寸對(duì)比，如圖4和表1所示。

表1 A，B車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩潰縮筋尺寸對(duì)比 mm

從表1可以看出，A車型外部圓角尺寸（d）明顯小于B車型，需更改此處結(jié)構(gòu)。

3）檢查側(cè)面潰縮筋尺寸及圓角是否太小，未能起到弱化的作用。檢查機(jī)罩里板數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，側(cè)面筋設(shè)計(jì)未貫通，不能弱化X向，實(shí)現(xiàn)潰縮的目的。側(cè)面潰縮筋斷面示意圖，如圖5所示。

2.2 機(jī)罩鉸鏈斷裂

1）檢查鉸鏈數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有工藝缺口，結(jié)構(gòu)存在突變點(diǎn)，如圖6所示。

2）檢查材料料厚選擇是否合理。表2示出發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈材料厚度對(duì)比。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈材料厚度對(duì)比

通過競品分析可知，機(jī)罩鉸鏈材料料厚定義符合要求。

3）檢查機(jī)罩鉸鏈?zhǔn)欠裨O(shè)計(jì)了安全鉤。圖7示出發(fā)動(dòng)機(jī)罩帶安全鉤鉸鏈?zhǔn)疽鈭D。

競品分析各車型鉸鏈發(fā)現(xiàn)，很多車并未設(shè)計(jì)防止碰撞后退的安全鉤結(jié)構(gòu)，還是要看CAE及實(shí)車驗(yàn)證的效果決定。

經(jīng)過以上分析，機(jī)罩板件主要還是潰縮筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，中部潰縮筋d過小；側(cè)面潰縮筋未貫通；鉸鏈主要還是結(jié)構(gòu)上存在突變點(diǎn)導(dǎo)致的。需著重對(duì)以上問題進(jìn)行改善并驗(yàn)證。

3 改善措施及驗(yàn)證

3.1 機(jī)罩板件改善措施及驗(yàn)證

1）改善中間潰縮筋d值。改善前，d為R8；改善后，放大到R15～24的漸變?cè)O(shè)計(jì)。圖8示出發(fā)動(dòng)機(jī)罩板潰縮筋更改前后示意圖。

2）側(cè)面潰縮筋改善。側(cè)面潰縮筋按照貫通方式重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后數(shù)模圖，如圖9所示。

3）理論驗(yàn)證。結(jié)合機(jī)罩潰縮筋結(jié)構(gòu)改善，更改前后CAE分析的結(jié)構(gòu)對(duì)比，如圖10所示。從圖10可以看出，機(jī)罩板件潰縮筋更改前后改善明顯。

3.2 機(jī)罩鉸鏈改善措施及驗(yàn)證

1）對(duì)機(jī)罩鉸鏈的數(shù)模進(jìn)行優(yōu)化，消除工藝缺口，修改前后數(shù)模對(duì)比，如圖11所示。

2）對(duì)鉸鏈進(jìn)行CAE分析，鉸鏈固定情況下，沿F方向施加5 kN的力，模擬正面碰撞過程中鉸鏈?zhǔn)艿降淖矒袅?，鉸鏈加載示意圖，如圖12所示。

對(duì)鉸鏈活動(dòng)臂進(jìn)行CAE分析，改善前后應(yīng)力云圖對(duì)比，如圖13所示。

從圖13可以看出，改善前，最大應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在缺口位置處，很容易造成樣件破壞。但由于最大應(yīng)力值未超出材料極限應(yīng)力值，所以忽略了這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。改善后，活動(dòng)臂最大應(yīng)力移動(dòng)到彎折臂處，且應(yīng)力值大幅降低。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

板件及鉸鏈改善后，按照最新樣件進(jìn)行正面碰撞的試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證后的照片，如圖14和15所示。

從圖14和15可以看出，試驗(yàn)后，板件的潰縮成倒V形狀，潰縮充分，鉸鏈未發(fā)生斷裂，風(fēng)窗玻璃完好無損。與第1次碰撞試驗(yàn)相比，針對(duì)機(jī)罩板件及鉸鏈的改善明顯，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

文章以正面碰撞過程中機(jī)罩潰縮筋和機(jī)罩鉸鏈的改善為例，明確提出正面碰撞過程中機(jī)罩考核項(xiàng)，包括機(jī)罩板件總成不得侵入風(fēng)窗玻璃，機(jī)罩鉸鏈在正面碰撞過程中不得發(fā)生斷裂。并且通過實(shí)際改善的案例，得出機(jī)罩板件和機(jī)罩鉸鏈的設(shè)計(jì)要求。在后續(xù)車型的設(shè)計(jì)中，可以在設(shè)計(jì)前期通過設(shè)計(jì)檢查及CAE分析規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，也為其他主機(jī)廠針對(duì)機(jī)罩設(shè)計(jì)提供了參考。