汽車前端模塊之發(fā)罩鎖的安裝設(shè)計(jì)

崔立杰 孟春江

摘要：本文所涉及的某款轎車項(xiàng)目前端框架開(kāi)發(fā)，是基于原有車型前端模塊技術(shù)積累的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，部分零部件的配接方式將繼承原有設(shè)計(jì)狀態(tài)。此次研究主要側(cè)重注塑前端框架設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)罩鎖布置對(duì)于框架結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的影響，結(jié)合CAE分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為后續(xù)項(xiàng)目推進(jìn)提供參考方向，提升效率，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：汽車前端模塊;前端框架;發(fā)罩鎖布置

中圖分類號(hào)：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）05-0029-02

0? 引言

近年來(lái)，隨著汽車保有量持續(xù)增高，對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲也越來(lái)越高，汽車的輕量化需求愈加迫切，復(fù)合材料在汽車結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。采用玻纖增強(qiáng)塑料的前端模塊技術(shù)是“以塑代鋼”輕量化技術(shù)的典型案例，具有輕量化、模塊化雙重優(yōu)勢(shì)，在汽車行業(yè)中迅速發(fā)展。傳統(tǒng)技術(shù)中的散熱器固定用鈑金總成由單個(gè)玻纖增強(qiáng)的注塑件替代，減少了約20個(gè)零件，從而大大降低了模具數(shù)量、簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序。在滿足的安裝需求及剛強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，提高了前端總成的尺寸精度，有效的降低了整車重量及單車成本[1]。

1? 發(fā)罩鎖布置要求

1.1 行人保護(hù)碰撞法規(guī)對(duì)發(fā)罩鎖布置的影響

汽車對(duì)行人的碰撞保護(hù)主要是對(duì)頭部、大腿、小腿位置的碰撞保護(hù)，前端框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮大腿碰撞和頭部碰撞兩項(xiàng)法規(guī)。

基于行人保護(hù)試驗(yàn)的測(cè)試方法，在汽車前端的特定區(qū)域內(nèi)不進(jìn)行剛性結(jié)構(gòu)的布置，用于碰撞過(guò)程中的吸能變形，以避免對(duì)行人大腿和頭部的嚴(yán)重傷害。兩個(gè)安全邊界均與CAS面相關(guān)，發(fā)罩鎖、前端框架均應(yīng)布置在安全邊界內(nèi)。

1.2 周邊零部件對(duì)發(fā)罩鎖布置的影響

發(fā)罩鎖是前端模塊的重要組成部分，其自身結(jié)構(gòu)和位置決定前端框架上部的結(jié)構(gòu)。因性能要求，發(fā)罩鎖鎖體及開(kāi)啟手柄均需避開(kāi)大腿碰撞范圍，因此決定采用無(wú)開(kāi)啟手柄的雙鎖形式。在駕艙內(nèi)兩次拉動(dòng)開(kāi)關(guān)就可以完全開(kāi)啟發(fā)罩鎖，不需要布置手動(dòng)開(kāi)啟手柄。

本文設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)罩鎖的布置有以下幾點(diǎn)要求：

①因鎖扣安裝在發(fā)罩內(nèi)板的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，鎖體前端與發(fā)罩分縫線之間需要保留130mm以上間距，以滿足發(fā)罩板結(jié)構(gòu)的需求。

②受前艙零部件布置限制，鎖體后側(cè)需要與空濾進(jìn)氣結(jié)構(gòu)保證安全間隙，Y向既要滿足進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)空間也需要滿足前大燈的布置空間。

③盡量布置在頭碰區(qū)域外，機(jī)蓋鎖位置不需要滿足距機(jī)蓋外板80mm安全間距的要求，以防止鎖體Z向位置太低而占用冷卻系統(tǒng)的安裝空間。

④除XY向受限制外，發(fā)罩鎖在前端框架的Z向也要預(yù)留出足夠的安裝空間。

1.3 前端模塊的集成策略

前端模塊的集成策略決定裝配工藝，進(jìn)而影響廠區(qū)的工位布置。由于現(xiàn)有車型已經(jīng)有成熟的裝配工藝體系，發(fā)罩鎖布置應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同車型的共線生產(chǎn)。

前端模塊整體的安裝順序：首先，將前端框架平放在工裝上，安裝發(fā)罩鎖總成、導(dǎo)風(fēng)板和防撞梁總成，然后，垂直放置到工裝上，卡好發(fā)罩鎖拉線和發(fā)罩撐桿后，X向安裝冷卻模塊及進(jìn)風(fēng)罩，裝配完成的模塊傳送到總裝線上進(jìn)行整車裝配。

1.4 發(fā)罩鎖安裝結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度要求

發(fā)罩鎖安裝結(jié)構(gòu)極限拉力測(cè)試是模擬發(fā)動(dòng)機(jī)罩對(duì)鎖扣的極限拉力。試驗(yàn)時(shí)，將安裝好發(fā)罩鎖、冷卻總成的前端框架按照實(shí)車狀態(tài)固定在試驗(yàn)臺(tái)架上。在發(fā)罩鎖位置沿鎖扣受力方向向上施加5300N的瞬間載荷，試驗(yàn)后的前端框架，應(yīng)無(wú)破裂，無(wú)永久變形。

發(fā)罩鎖安裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)罩的抗壓能力，要求在鎖扣位置Z向向下施加2500N載荷，試驗(yàn)后的前端框架，應(yīng)無(wú)破裂，無(wú)永久變形。

發(fā)罩鎖安裝結(jié)構(gòu)Z向和X向剛度測(cè)試，要求前端框架在鎖扣位置Z向向下施加500N載荷和X向施加250N載荷時(shí)，前端框架的最大變形均小于1mm。

2? 發(fā)罩鎖安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2.1 材料選擇

塑料前端框架常見(jiàn)的玻纖增強(qiáng)材料有的PP-LGF、PA6-LGF兩種，玻纖的添加比例一般為20%-40%。PA6-LGF比PP-LGF熔點(diǎn)高、強(qiáng)度大，但是價(jià)格高[3]?？紤]到單件成本，選用PP-LGF30進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合發(fā)罩鎖的布置要求，對(duì)安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1所示。發(fā)罩鎖鎖體對(duì)稱布置在前大燈內(nèi)側(cè)，因強(qiáng)度要求，需要在鎖體安裝結(jié)構(gòu)到縱梁之間增加鈑金加強(qiáng)板。由于前大燈的造型限制，不能滿足鈑金立柱的Y向空間需求。因此，增加一個(gè)螺接的鈑金加強(qiáng)支架，Y向內(nèi)收與冷卻模塊安裝結(jié)構(gòu)的空間重疊，連接鎖體、框架和防撞梁。

2.3 前端模塊的分裝工藝

冷卻模塊在裝配時(shí)，是平移推入前端框架后，下端螺釘固定，上端卡入卡銷。新增加的發(fā)罩鎖加強(qiáng)支架位置在冷卻模塊的安裝路徑上。因此，發(fā)罩鎖加強(qiáng)支架須在冷卻模塊安裝好之后才進(jìn)行裝配。

調(diào)整后的前端模塊安裝順序：首先，將前端框架平放在工裝上，安裝導(dǎo)風(fēng)板和防撞梁總成，然后，按照整車狀態(tài)垂直放置于工裝上，X向安裝冷卻模塊后，安裝發(fā)罩鎖加強(qiáng)支架、發(fā)罩鎖及拉線，最后，安裝進(jìn)風(fēng)口總成，分裝結(jié)束。

2.3.1 前端框架與防撞梁螺接

為了不改變總裝工位的裝配工藝，前端框架與防撞梁仍需要在分裝工位進(jìn)行裝配。

2.3.2 冷卻模塊裝配

冷卻模塊總成的上懸置與框架固定結(jié)構(gòu)通過(guò)卡銷進(jìn)行固定。在車輛運(yùn)行過(guò)程中，上懸置承擔(dān)X、Y兩個(gè)方向的限制任務(wù)。因卡銷比較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)留足夠的裝配空間。

2.3.3 發(fā)罩鎖加強(qiáng)支架裝配

發(fā)罩鎖加強(qiáng)支架通過(guò)兩個(gè)Y向安裝點(diǎn)與前端框架進(jìn)行螺接，完成加強(qiáng)支架的預(yù)安裝。

2.3.4 安裝發(fā)罩鎖

發(fā)罩鎖鎖體沿-X向與發(fā)罩鎖加強(qiáng)支架、前端框架螺接在一起，將發(fā)罩鎖受力傳遞到前縱梁上。

2.4 前端模塊總裝工藝

前端模塊在分裝臺(tái)裝配好之后，通過(guò)機(jī)械手，X向安裝在車身上。與車身連接時(shí)，防撞梁、機(jī)蓋鎖加強(qiáng)板、縱梁前安裝板三層用螺栓固定在一起。如圖2所示。

2.5 發(fā)罩鎖安裝結(jié)構(gòu)性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

前端框架及鎖體加強(qiáng)支架分析材料說(shuō)明如表1。

對(duì)模型進(jìn)行5300N極限拉力的強(qiáng)度分析，前端框架和加強(qiáng)支架結(jié)果均不滿足要求。結(jié)合分析結(jié)果，對(duì)前端框架和鎖體加強(qiáng)板進(jìn)行優(yōu)化。在前端框架的鎖體固定區(qū)域增加預(yù)埋鈑金（如圖3），配合框架內(nèi)側(cè)的加強(qiáng)筋，增加安裝點(diǎn)周邊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善應(yīng)力集中現(xiàn)象。同時(shí)，也對(duì)鎖體加強(qiáng)支架進(jìn)行優(yōu)化，改善加強(qiáng)筋走向，增大彎角處半徑。對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行極限拉力的強(qiáng)度分析，前端框架和鎖體加強(qiáng)支架滿足需求。

前端框架原模型及優(yōu)化模型各項(xiàng)分析結(jié)果匯總見(jiàn)表2及表3，優(yōu)化后的前端框架和發(fā)罩鎖加強(qiáng)支架方案可以滿足發(fā)罩鎖對(duì)固定區(qū)域的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，此方案可行。

3? 結(jié)論

本文以某轎車車型前端模塊為研究對(duì)象，結(jié)合外造型面、周邊件結(jié)構(gòu)需求以及生產(chǎn)線多車型共用等因素，對(duì)發(fā)罩鎖的布置、安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。結(jié)合發(fā)罩鎖安裝結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)的有限元分析，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理，優(yōu)化后的方案，滿足性能要求，可以在后續(xù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用。

通過(guò)本次研究，保證項(xiàng)目順利推進(jìn)，也為后續(xù)項(xiàng)目的開(kāi)展提供可行方案，降低了整車的研發(fā)周期和成本。

參考文獻(xiàn)：

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