某車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩開啟失效研究及對策

楊偉民 胡釗軍 萬世明 喻龍 樊友嗣

摘要：某公司生產(chǎn)的某系列轎車，其發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩無法開啟的故障，在售后市場的質(zhì)量抱怨一度非常嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了汽車的正常使用，有部分用戶甚至投訴至國家質(zhì)檢總局，嚴(yán)重?fù)p壞了公司品牌形象。結(jié)合機(jī)罩鎖系統(tǒng)的工作機(jī)理及故障處理經(jīng)驗(yàn)，本文分析了故障產(chǎn)生的根本原因，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，給出了經(jīng)濟(jì)便捷的售后故障維修方法。同時(shí)將相關(guān)零件的技術(shù)要求，納入到機(jī)罩鎖系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并補(bǔ)充完善了性能認(rèn)可試驗(yàn)規(guī)范，為該公司在機(jī)罩鎖系統(tǒng)的開發(fā)認(rèn)可方面提供了重要的經(jīng)驗(yàn)反饋和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)罩;開啟;失效;拉索卡扣;斷裂

中圖分類號：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（ 2021） 06-0084-06

Research and Strategy on the Failure of Vehicle Engine Hood

Opening

YANG Wei-min， HU Zhao-jun， WAN Shi-ming， YU Long， FAN You-si

（ Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company Ltd， Wuhan 430056）

Abstract： The failure of the engine hood of a series of cars produced by a company wasonce very serious in the after-sales market， which seriously affected the normal use of the car.Some users even complained to the Aosio， which seriously damaged the company's brandimage. Combined with the working mechanism and fault handling experience of hood locksystem， this paper analyzes the root causes of faults， puts forward corresponding improvementmeasures， and gives an economical and convenient after-sales fault maintenance method. Atthe same time， the technical requirements of relevant parts are incorporated into the technicaldesign standards of hood lock system， and the performance approval test specifications aresupplemented and improved， which provides important experience feedback and designguidance for the company in the development and approval of hood lock system.

Key Words： Hood; Open; Invalid; Cable Buckle; Crack

汽車的機(jī)罩鎖系統(tǒng)，其主要功能是開啟、關(guān)閉、定位及鎖緊發(fā)動(dòng)機(jī)罩。它安裝在車輛前端，由駕乘人員通過撥轉(zhuǎn)內(nèi)部開啟手柄帶動(dòng)鋼絲拉繩進(jìn)行往復(fù)傳動(dòng)機(jī)罩鎖，實(shí)現(xiàn)機(jī)罩開啟及鎖止。相對其它車身功能件而言，其使用頻率較低，但發(fā)動(dòng)機(jī)罩鎖系統(tǒng)關(guān)系著車輛的行車安全以及發(fā)動(dòng)機(jī)艙零件的防盜安全，其功能的完備性，直接關(guān)系著汽車的正常使用，嚴(yán)重影響客戶的操控體驗(yàn)和使用感知。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能要求

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩鎖的操控系統(tǒng)主要由機(jī)罩鎖、控制拉索、密封膠塞、內(nèi)部開啟手柄等組成，在各部件的相互配合作用下，實(shí)現(xiàn)機(jī)罩的開啟和關(guān)閉。該款車的機(jī)罩鎖與控制拉索之間是通過塑料卡扣進(jìn)行連接的。

機(jī)罩鎖部分主要包括安裝底板、活動(dòng)卡板、活動(dòng)搖臂等，機(jī)罩鎖布置在前端水箱面板上，鎖扣焊接在機(jī)罩內(nèi)板上，由活動(dòng)搖臂控制活動(dòng)卡板與鎖鉤的嚙合。

控制拉索部分主要包括定位卡扣、連接卡扣、鋼絲拉繩、限位塊等。為了確保機(jī)艙物品安全，機(jī)罩拉索區(qū)域需要設(shè)計(jì)防盜保護(hù)罩，確保從外部無法對機(jī)罩鎖進(jìn)行操作，并且拉索的走向還關(guān)系著機(jī)罩內(nèi)開啟手柄的操作力，拉索走向R角越小，手柄開啟力越大。

1.2 功能要求

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩鎖的操控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上需要考慮人機(jī)工程，包括開啟發(fā)動(dòng)機(jī)罩的操縱力、手部開啟空間、關(guān)閉力等要求。

機(jī)罩鎖是控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩開閉的關(guān)鍵裝置，其主要功能是保證機(jī)罩在使用時(shí)的正常開啟和鎖閉，以及車輛在行駛過程中機(jī)罩不會(huì)自動(dòng)開啟。隨著近年來汽車技術(shù)的快速發(fā)展和法規(guī)的不斷完善，機(jī)罩鎖除了實(shí)現(xiàn)其基本功能，還需要從行人保護(hù)的角度考慮布置區(qū)域，必須滿足防盜性能要求。法規(guī)要求，機(jī)罩鎖必須由兩道鎖進(jìn)行鎖止，第1道鎖通過乘客艙內(nèi)的機(jī)罩內(nèi)開啟手柄撥動(dòng)拉索進(jìn)行開啟，在第1道鎖解鎖后，發(fā)動(dòng)機(jī)罩通過主鎖的作用抬起一定高度后，手伸進(jìn)機(jī)艙觸動(dòng)安全鉤手柄開啟第2道鎖，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)罩主鎖的解鎖過程。

機(jī)罩拉索作為給機(jī)罩鎖臂提供拉力的傳動(dòng)部件，其主要功能是通過將人在駕駛艙對內(nèi)開啟手柄施加的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為拉力，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)艙里的機(jī)罩鎖，實(shí)現(xiàn)打開機(jī)罩的目的。機(jī)罩拉索在設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，需要保證與機(jī)罩鎖搖臂相連接的塑料卡扣在常溫、低溫、高溫、持續(xù)高溫等使用環(huán)境下具有足夠的強(qiáng)度;在使用過程中零件不會(huì)出現(xiàn)變形或磨損等缺陷，并且保留功能特性;卡扣的固定裝配力、拆卸拔出力、脫出剪切力等均能滿足相應(yīng)的強(qiáng)度要求，并且耐氣候性能、耐久性能等無降級。

2 質(zhì)量現(xiàn)狀

2.1 故障信息

據(jù)某公司商務(wù)部反饋，有用戶抱怨其生產(chǎn)銷售的某車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋無法正常開啟。主駕駛位置的機(jī)罩內(nèi)開啟手柄無法控制引擎蓋開啟，嚴(yán)重影響了汽車的正常使用，造成客戶嚴(yán)重不滿，部分用戶甚至投訴至國家質(zhì)檢總局，嚴(yán)重影響了公司品牌形象。

對售后數(shù)據(jù)進(jìn)一步跟蹤分析發(fā)現(xiàn)（見圖3），從2018年11月開始，售后陸續(xù)出現(xiàn)該車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋無法開啟的缺陷，并且一直沒有找到簡單有效的售后維修方案，網(wǎng)點(diǎn)只能在中網(wǎng)處打洞將機(jī)蓋掏開。這種維修方法會(huì)破壞中網(wǎng)、保險(xiǎn)杠加強(qiáng)板，需要更換中網(wǎng)、獅標(biāo)、保險(xiǎn)杠加強(qiáng)板、機(jī)蓋拉線及鎖扣等備件，操作非常復(fù)雜，且費(fèi)用高昂（單車2000元人民幣），非常不便于網(wǎng)點(diǎn)維修，網(wǎng)點(diǎn)和客戶抱怨強(qiáng)烈。

根據(jù)故障件保修標(biāo)識卡的描述，結(jié)合車輛的生產(chǎn)日期、維修日期、行駛里程、分布區(qū)域等信息進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，缺陷爆發(fā)主要集中在2018年冬天，行駛里程集中在5000公里至25000公里，地域分布無規(guī)律性。

2.2 故障模式

對缺陷零件進(jìn)行拆解，通過機(jī)罩鎖與機(jī)罩拉索的裝配關(guān)系及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，確認(rèn)該故障是由于機(jī)罩拉索上靠近機(jī)罩鎖端的塑料卡扣發(fā)生斷裂，導(dǎo)致拉索卡扣從機(jī)罩鎖搖臂孔上脫出、拉索與機(jī)罩鎖失去連接配合，力無法傳遞到鎖上，造成用戶無法開啟發(fā)動(dòng)機(jī)罩。

同時(shí)，在部分返回的機(jī)罩鎖搖臂孔上，發(fā)現(xiàn)有肉眼可見的明顯毛刺，這個(gè)毛刺也可能會(huì)對塑料卡扣造成劃傷，故障現(xiàn)象及配合關(guān)系見圖4所示：

3 原因分析

3.1 符合性檢查

針對機(jī)罩開啟拉線總成售后出現(xiàn)較高比例的卡扣斷裂的現(xiàn)象，開展了從原料的入廠檢查、零件的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品的全尺寸測量的全流程工藝審核，以及從已知問題的整改跟蹤等領(lǐng)域人手，重點(diǎn)審核了產(chǎn)品定義、生產(chǎn)場地、生產(chǎn)設(shè)備、模具、工裝、關(guān)鍵特性CSE項(xiàng)及監(jiān)控頻次等與開發(fā)階段認(rèn)可的一致性。

在現(xiàn)場隨機(jī)抽查了42件機(jī)罩鎖，發(fā)現(xiàn)3件的搖臂卡扣安裝孔上有肉眼可見的明顯毛刺，這種毛刺是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明確禁止的，零件符合性存在風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 斷口分析

對3個(gè)失效件的斷面進(jìn)行微觀形貌觀察，黃色箭頭為零件理論受力方向，根據(jù)斷面裂紋的擴(kuò)展方向，推斷零件斷裂的主要受力方向（斷裂起源）為紅色箭頭，斷口分析如圖5所示：

通過對故障件的斷口分析，斷面分析的結(jié)果，紅色箭頭標(biāo)注了受力的區(qū)域和方向，零件的拍攝方向全部統(tǒng)一，整體上看，幾個(gè)件的受力位置和方向的相似度較高，結(jié)合拉索受力分析（見圖6），可以判斷卡扣是在鋼絲繩拉伸方向受力導(dǎo)致的斷裂。

3.3 卡扣強(qiáng)度分析

3.3.1 影響因素1：持續(xù)高溫環(huán)境導(dǎo)致機(jī)罩卡扣剪切強(qiáng)度降低。

考慮到車輛在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱，環(huán)境溫度隨之變化，特別是在炎熱的夏季，前機(jī)艙內(nèi)的環(huán)境溫度會(huì)很高，于是模擬環(huán)境溫度進(jìn)行了耐老化對比試驗(yàn)，將卡扣放在高溫老化試驗(yàn)箱中，140℃放置240h，試驗(yàn)結(jié)束后常溫放置4h，再將卡扣模擬實(shí)車安裝到電子拉力機(jī)上，以lOmm/ min速度進(jìn)行極限剪切力驗(yàn)證。

從試驗(yàn)結(jié)果可知（見表1），卡扣的力學(xué)性能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ST要求。但是橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，該車型卡扣距離發(fā)動(dòng)機(jī)最近，且該車型是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，較自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境溫度要高，卡扣在持續(xù)高溫的環(huán)境下，強(qiáng)度下降，目前使用的卡扣材料PA66 408L在持續(xù)高溫工況下的剪切強(qiáng)度衰減較大，不滿足要求的> 500N技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此，卡扣的材質(zhì)熱老化性能不好，進(jìn)而導(dǎo)致部分卡扣脆斷，這是售后出現(xiàn)故障高點(diǎn)的主要原因之一。

3.3.2 影響因素2：卡扣損傷導(dǎo)致卡扣剪切強(qiáng)度下降。

由于符合性檢查已識別出機(jī)罩鎖搖臂孔上有毛刺風(fēng)險(xiǎn)，而這個(gè)孔恰好是拉索卡扣的安裝孔，為了驗(yàn)證毛刺對卡扣的性能影響，設(shè)計(jì)了一組對比試驗(yàn)，主要驗(yàn)證卡扣在被毛刺劃傷情況下卡扣的強(qiáng)度影響，相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，PA66材料的卡扣在有缺口情況下，韌性會(huì)急劇下降。因此，機(jī)罩鎖孔上的毛刺，會(huì)對拉索上的PA66卡扣形成劃傷風(fēng)險(xiǎn)，而卡扣在有損傷的情況下，抗剪切強(qiáng)度會(huì)下降，無法滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ST的要求，這也是售后出現(xiàn)故障高點(diǎn)的主要原因之一。

3.4 解鎖力值分析

隨機(jī)抽查30臺車輛，解鎖力均大于30N（目標(biāo)<30N）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，2017年10月，為了解決機(jī)罩抖動(dòng)的高頻缺陷，對機(jī)罩的間隙面差做過一次調(diào)整，具體措施是機(jī)罩鎖鉤向Z+方向減短2.5mm，加上環(huán)境對機(jī)罩墊塊剛度的影響較大（溫度越低，機(jī)罩墊塊剛度越大），該調(diào)整的結(jié)果直接導(dǎo)致機(jī)罩鎖的解鎖力增大，這也是售后出現(xiàn)故障高點(diǎn)的主要原因之一。

對機(jī)罩前部墊塊和前保支撐點(diǎn)存在間隙問題，做了6臺車在調(diào)整機(jī)罩鎖位置前彌補(bǔ)這個(gè)間隙，方法是：在前保支架和機(jī)罩墊塊接觸面上，各增加1個(gè)5mm高的墊塊，用力關(guān)閉機(jī)罩，借助機(jī)罩沖擊力導(dǎo)致鎖扣距離拉長變形，變相把機(jī)罩鎖上抬或機(jī)罩墊塊下降，機(jī)罩面差0.5-l.Omm，以前普遍3mm，測量解鎖力回到了30N附近。邀請整車扣分進(jìn)行評價(jià)，淋雨后在跑道上測試，觀察水珠狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)機(jī)罩抖動(dòng)問題，整改效果良好。

3.5分析結(jié)論

綜上所述，造成機(jī)罩拉索卡扣斷裂的有兩大因素：

（l）機(jī)罩鎖搖臂上的毛刺造成了卡扣有不同程度的損傷，PA66材質(zhì)的卡扣在有損傷的情況下，卡扣強(qiáng)度會(huì)急劇下降;同時(shí)由于該車型的發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪增壓結(jié)構(gòu)，其發(fā)動(dòng)機(jī)艙的溫度要高于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)車型，在這種持續(xù)高溫使用環(huán)境下，卡扣材料PA66 408L的剪切強(qiáng)度會(huì)大幅降低。

（2）前期為了解決機(jī)罩抖動(dòng)的質(zhì)量問題，將機(jī)罩鎖鉤向Z+方向減短了2.5mm，導(dǎo)致內(nèi)開啟手柄的解鎖力增大，更加加大了機(jī)罩正常開啟時(shí)，卡扣所需要承受的剪切力。

正是由于以上兩大因素的疊加影響，導(dǎo)致拉索卡扣從機(jī)罩鎖搖臂孔上脫落，進(jìn)而產(chǎn)生拉索與機(jī)罩鎖失去連接配合，最終造成用戶無法正常開啟發(fā)動(dòng)機(jī)罩的故障。

通過分析評估認(rèn)為，雖然通過增加墊塊的方法將解鎖力恢復(fù)至30N附近，解鎖力得到改善，但是仍然沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)，由于機(jī)罩抖動(dòng)也是關(guān)系到行車安全的重要問題，解鎖力沒有繼續(xù)優(yōu)化的空間，其造成的機(jī)罩解鎖力變大的現(xiàn)狀無法避免，因此，要想徹底解決目前面臨的機(jī)罩拉索卡扣斷裂問題，只能從卡扣的材料牌號或者零件結(jié)構(gòu)上繼續(xù)優(yōu)化，提高卡扣本身的抗剪切力強(qiáng)度。

4 改進(jìn)對策

4.1 機(jī)罩鎖去毛刺

由于卡扣選用的材料為尼龍，該零件表面在受到環(huán)境件毛刺劃傷后強(qiáng)度會(huì)急劇下降，因此保證卡扣在安裝和使用過程中不能被環(huán)境件劃傷，是保證卡扣強(qiáng)度的基本要求。

為了快速消除機(jī)罩鎖搖臂上的毛刺影響，通知機(jī)罩鎖供應(yīng)商立即啟動(dòng)庫存零件的挑選工作，主機(jī)工廠也增加了對毛刺監(jiān)控項(xiàng)的復(fù)查，確?，F(xiàn)供貨零件無肉眼可見的毛刺。

同時(shí)，機(jī)罩搖臂原始設(shè)計(jì)為普通沖壓件，在該種工藝下零件不可避免有毛刺產(chǎn)生，由于該孔較小，無法通過拋光等后續(xù)處理進(jìn)行去毛刺，因此在目前工藝下，在機(jī)罩鎖搖臂上新增規(guī)格為0.2mm的方角徹底去除毛刺。

4.2 卡扣強(qiáng)度優(yōu)化

4.2.1 增加卡扣根部R角

由于卡扣根部原始設(shè)計(jì)時(shí)沒有設(shè)計(jì)R角，在結(jié)構(gòu)上，卡扣底板和卡扣受力部分在該位置有結(jié)構(gòu)上的突變，形成了高應(yīng)力集中區(qū)域，為改善拉索卡扣的受力狀態(tài)，在卡扣根部增加0.5mm的圓角，讓卡扣受力結(jié)構(gòu)與底板之間進(jìn)行圓滑過渡，消除這種結(jié)構(gòu)上的突變，增大了卡扣受力的橫截面，改變了該處的受力結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的受力能力。

4.2.2 更改卡扣材料

原定義的機(jī)罩拉索卡扣選用的材料為PA66408L，該材料在長時(shí)間140℃的高溫的環(huán)境下，剪切強(qiáng)度會(huì)大幅下降。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，選用該材料的卡扣在240h高溫環(huán)境耐久后，卡扣的剪切強(qiáng)度從大于500N下降到280N。同時(shí)長時(shí)間高溫造成卡扣脆性增大，韌性降低，卡扣受力后出現(xiàn)脆斷的問題。為改善該問題，將拉索卡扣材料由PA66 408L更改至性能更好的PA66 103HSL，新卡扣能滿足持續(xù)高溫條件下的剪切剛度，同時(shí)提升了卡扣的韌性，從而提升卡扣應(yīng)對長時(shí)間高溫的耐久能力。

5 改進(jìn)效果

針對以上原因，分別采取機(jī)罩鎖毛刺臨時(shí)挑選、去毛刺工藝實(shí)施，卡扣材料變更，以及卡扣結(jié)構(gòu)優(yōu)化等措施，并及時(shí)發(fā)放售后維修工藝。改進(jìn)方案實(shí)施后，跟蹤效果非常明顯，改進(jìn)前后的12MR故障率改善5KPPM，售后維修成本由單車2000元RMB降低到150元RMB，年均保修費(fèi)用節(jié)省約100萬元RMB，大幅度提升了整車及部件的質(zhì)量水平。

6 結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)罩開啟操作系統(tǒng)作為影響安全駕駛的關(guān)鍵零件，隨著渦輪增壓等大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的普及，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的熱環(huán)境溫度也越來越高，在新車型的零件開發(fā)過程中，需要考慮零件長期暴露在高溫環(huán)境下的零件耐久性能，才能保證正常的產(chǎn)品功能及產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

本文結(jié)合機(jī)罩鎖系統(tǒng)的工作機(jī)理及故障處理經(jīng)驗(yàn)，從零件的符合性檢核、失效件的斷口模態(tài)、卡扣強(qiáng)度以及解鎖力值等各個(gè)環(huán)節(jié)人手，循序漸進(jìn)地進(jìn)行了原因分析及解決方案的尋找和驗(yàn)證，找出故障產(chǎn)生的根本原因，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，并給出了經(jīng)濟(jì)便捷的售后故障維修方法，對于售后質(zhì)量問題的分析與改進(jìn)工作有一定的指導(dǎo)借鑒作用。

在解決質(zhì)量問題的同時(shí)，將相關(guān)零件的技術(shù)要求提煉升華到機(jī)罩鎖系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)充完善了相關(guān)產(chǎn)品性能認(rèn)可試驗(yàn)規(guī)范，為后續(xù)該公司在機(jī)罩鎖系統(tǒng)的開發(fā)認(rèn)可方面，提供了重要的經(jīng)驗(yàn)反饋和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

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專家推薦語

康明

東風(fēng)商用車技術(shù)中心工藝研究所所長

材料科學(xué)與工程 研究員級高級工程師

該文分析了故障產(chǎn)生的原因.提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，給出了經(jīng)濟(jì)便捷的售后故障維修方法。同時(shí)該文將相關(guān)零件的技術(shù)要求，納入到機(jī)罩鎖系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)充完善了性能認(rèn)可試驗(yàn)規(guī)范，為該公司在機(jī)罩鎖系統(tǒng)的開發(fā)認(rèn)可方面提供了重要的經(jīng)驗(yàn)反饋和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

該文設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)可靠，理論正確，具有一定的實(shí)用性。

楊偉民

畢業(yè)于湖北工業(yè)大學(xué)測控技術(shù)及儀器專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于神龍汽車有限公司，任技術(shù)質(zhì)量部車身系統(tǒng)集成主管，工程師職稱。研究方向?yàn)檐嚿韺I(yè)質(zhì)量問題分析與改進(jìn)，發(fā)表科技論文4篇，獲東風(fēng)公司優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲武漢市企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，湖北省企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。