主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的研發(fā)及量產(chǎn)探究

周超軍　段勛興　李長生　胡龍軍

摘 要：汽車發(fā)動機(jī)罩作為頭部撞擊的集中區(qū)域，其區(qū)域內(nèi)的發(fā)動機(jī)罩鉸鏈作為發(fā)動機(jī)罩內(nèi)部硬點，發(fā)動機(jī)罩鉸鏈故障會對駕乘人員和行人造成危險。本文在綜合當(dāng)前發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的前提下，以主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈得研發(fā)及量產(chǎn)為切入點，介紹主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈研發(fā)及量產(chǎn)的過程、目標(biāo)和意義，以期為汽車零部件企業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品開發(fā)提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：行人保護(hù) 發(fā)動機(jī)罩 鉸鏈 汽車零部件 產(chǎn)品開發(fā)

1 引言

隨著各國行人保護(hù)法規(guī)的推進(jìn)，行人保護(hù)逐漸受到各汽車廠商的重視，成為汽車安全領(lǐng)域的前沿和熱點問題[1-2]。汽車發(fā)動機(jī)罩作為頭部撞擊的集中區(qū)域，其區(qū)域內(nèi)的發(fā)動機(jī)罩鉸鏈作為發(fā)動機(jī)罩內(nèi)部硬點，如何避免或減輕碰撞事故中行人的頭部部傷害值成為發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵[3-5]?；谛腥吮Ｗo(hù)的發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)主要有以下幾種類型。1）主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，是在發(fā)生人-車碰撞事故時，行人頭部與發(fā)動機(jī)罩接觸之前把發(fā)動機(jī)罩抬升一定高度，避免行人頭部與發(fā)動機(jī)罩內(nèi)硬點的接觸，使碰撞對行人頭部造成的傷害程度減至最低的一種新技術(shù)[6-7]。2）壓潰式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，是在撞擊時使發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷，增加了發(fā)動機(jī)罩的變形空間，從而削弱行人頭部損傷[8-12]。3）結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，通過優(yōu)化可以有效降低發(fā)動機(jī)罩鉸鏈對于頭部的傷害值[13-14]。4）折疊式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，以向發(fā)動機(jī)罩區(qū)域內(nèi)部折疊的方式，使發(fā)動機(jī)罩縱向上具有更大的緩沖空間[15]。

主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈?zhǔn)侵鲃邮桨l(fā)動機(jī)罩的連接及運動機(jī)構(gòu)，也是其關(guān)鍵零部件之一。主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈?zhǔn)剐腥祟^部與發(fā)動機(jī)罩接觸之前把發(fā)動機(jī)罩抬升一定高度，從而有效地防止或降低碰撞對行人頭部造成的傷害程度，其市場需求日益增加。本文在綜合當(dāng)前發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的前提下，從主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、行人保護(hù)性能仿真分析、小批量試制、試驗驗證、模具設(shè)計、夾具設(shè)計、檢具設(shè)計、生產(chǎn)工藝研究、量產(chǎn)等方面介紹其研發(fā)及量產(chǎn)的過程、目標(biāo)和價值。

2 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的研發(fā)及量產(chǎn)的過程

2.1 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計

主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，是在發(fā)生人-車碰撞事故時，行人頭部與發(fā)動機(jī)罩接觸之前把發(fā)動機(jī)罩抬升一定高度，避免行人頭部與發(fā)動機(jī)罩內(nèi)硬點的接觸，使碰撞對行人頭部造成的傷害程度減至最低的汽車發(fā)動機(jī)罩區(qū)域部件。以主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈運動軌跡、彈起高度、彈起時間、布置要求、正常使用時的振動和噪聲的抑制等方面入手，研究設(shè)計主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)。

2.2 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于HIC值與碰撞深度的關(guān)系研究以及相關(guān)國內(nèi)外相關(guān)資料，從機(jī)構(gòu)設(shè)計理論出發(fā)，設(shè)計開發(fā)一套主動發(fā)動機(jī)罩鉸鏈。建立主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)的三維模型，對鉸鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)仿真，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2.3 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)行人保護(hù)性能仿真分析

利用虛擬的行人或頭部模型和車輛模型，模擬仿真各種碰撞事故，獲取虛擬行人或頭部的運動狀態(tài)、受力情況及損傷程度，并仿真結(jié)果進(jìn)行分析，從而得到碰撞時行人的損傷機(jī)理，以尋求降低行人損傷的發(fā)動機(jī)罩鉸鏈優(yōu)化方案，最終實現(xiàn)行人保護(hù)的目的。

2.4 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈小批量試制

面對激烈的市場競爭，在主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈小批量試制應(yīng)用快速模具制造技術(shù)，實現(xiàn)主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的小批量試制，加快零部件產(chǎn)品的開發(fā)速度，提升汽車零部件企業(yè)產(chǎn)品快速開發(fā)的能力。

2.5 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈試驗

2.5.1 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈性能試驗

1）開閉功能要求：

①開閉功能應(yīng)流暢自如，杜絕卡頓、異響等不良缺陷。

②車門鉸鏈的最大開度角、最小關(guān)閉角應(yīng)符合設(shè)計圖紙的要求。

2）載荷要求

按照GB15086-2013《汽車門鎖及車門保持件的性能要求和試驗方法》要求

①鉸鏈在11110N的縱向載荷下不脫開；

②鉸鏈在9000N的橫向載荷下不脫開；

3）耐腐蝕性

按照GB/T10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》中中性鹽鹽霧試驗的要求，進(jìn)行168小時鹽霧試驗。在96小時后，檢查鉸鏈表面是否存在肉眼可見的白銹、表面處理層脫落等腐蝕失效缺陷；扳動鉸鏈，驗證開閉功能是否正常，是否存在卡頓、異響等缺陷。在168小時后，檢查鉸鏈表面是否存在基體腐蝕物、表面處理層脫落等腐蝕失效缺陷；扳動鉸鏈，驗證開閉功能是否正常，是否存在卡頓、異響等缺陷。

4）側(cè)向剛度

鉸鏈全開為試驗條件，以陽鉸鏈兩個安裝點中點為外部負(fù)載受力點，載荷200N，鉸鏈偏轉(zhuǎn)角小于等于5度。

2.5.2 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)行人保護(hù)性能試驗

搭建用于發(fā)動機(jī)罩行人保護(hù)性能測試的跌落試驗平臺，采用基于重力勢能的自由跌落試驗，實驗驗證主動式發(fā)動機(jī)罩的行人保護(hù)性能，以未安裝主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的發(fā)動機(jī)罩進(jìn)行對比驗證。

2.5.3 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈機(jī)罩開閉耐久性試驗驗證

按照完全開閉試驗的方法，進(jìn)行發(fā)動機(jī)罩5000次循環(huán)的耐久性試驗。試驗后檢查開閉功能是否正常且無噪音，是否存在卡滯、異響、松曠等缺陷。經(jīng)過8萬公里路試后，檢查鉸鏈，相關(guān)零件無裂紋、松脫、脫焊等明顯缺陷，沒有任何可視范圍變形（包括鉸鏈不應(yīng)出現(xiàn)間隙），與環(huán)境件不出現(xiàn)磕碰痕跡。

2.6 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的模具、夾具、檢具設(shè)計

結(jié)合過往產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗，在保證產(chǎn)品質(zhì)量，沖壓工藝可行的前提下，從沖壓工藝規(guī)劃、工藝分析與設(shè)計，及模具結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進(jìn)行分析，設(shè)計主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的模具，盡可能減少工序數(shù)量，降低成本，提高生產(chǎn)效率。

設(shè)計主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈夾具，以快速裝夾零部件為基本出發(fā)點，且具備良好的定位及夾緊效果，能夠達(dá)到快速裝夾到位，防止誤操作，同時保證裝配合格率。在主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈組裝時，由于工件小、質(zhì)量輕，移位過程中工件極易發(fā)生變形或移動而產(chǎn)生裝配缺陷。

對主動式發(fā)動機(jī)罩作為發(fā)動機(jī)罩與車身的連接部件，對于發(fā)動機(jī)罩及車輛外觀的整體裝配精度起著一定的決定作用。針對主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈設(shè)計一套檢具，實現(xiàn)準(zhǔn)確快速檢測，保證其成品質(zhì)量。

2.7 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的生產(chǎn)工藝研究

通過分析主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈零件成形特點，確定相應(yīng)生產(chǎn)工藝，形成成形質(zhì)量好、尺寸精度高、生產(chǎn)效率高的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈生產(chǎn)工藝。

2.8 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的量產(chǎn)

針對研發(fā)成功的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，設(shè)計開發(fā)智能自動化柔性生產(chǎn)線，滿足主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的量產(chǎn)，匹配汽車行業(yè)發(fā)展的需求。

3 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的研發(fā)及量產(chǎn)的目標(biāo)

3.1 研究制定主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)具體參數(shù)

綜合主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈運動軌跡、彈起高度、彈起時間、布置要求、正常使用時的振動和噪聲的抑制等方面因素，研究制定主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)具體參數(shù)。

3.2 設(shè)計開發(fā)一套主動發(fā)動機(jī)罩鉸鏈

設(shè)計開發(fā)了某型號主動發(fā)動機(jī)罩鉸鏈一套，提出其結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和開發(fā)流程，建立主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)的三維模型并對其進(jìn)行了運動學(xué)和動力學(xué)仿真。

3.3 形成主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)行人保護(hù)性能仿真分析結(jié)果

以發(fā)動機(jī)罩不彈起時發(fā)動機(jī)罩區(qū)域的行人頭部碰撞仿真為參照，建立發(fā)動機(jī)罩不彈起時發(fā)動機(jī)罩區(qū)域行人頭部碰撞有限元模型和搭載主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈發(fā)動機(jī)罩彈起時發(fā)動機(jī)罩區(qū)域行人頭部碰撞有限元模型，對主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)行人保護(hù)性能進(jìn)行仿真分析，形成仿真分析結(jié)果，表征該型號主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)的行人保護(hù)效能。

3.4 獲得主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)行人保護(hù)性能試驗結(jié)果

在仿真分析的基礎(chǔ)上，搭建實際測試的試驗臺架，通過實際測試來驗證該型號主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)的行人保護(hù)效能，獲得相應(yīng)試驗結(jié)果。

3.5 研制主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈對應(yīng)工裝、夾具、模具、檢具

在完成產(chǎn)品工程化設(shè)計后，研制主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈對應(yīng)工裝、夾具、模具、檢具，形成一套完整的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈對應(yīng)工裝、夾具、模具、檢具實物。

3.6 匯編主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)要求

在完成產(chǎn)品工程化設(shè)計后，匯編主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈開發(fā)性能指標(biāo)、技術(shù)要求與質(zhì)量目標(biāo)，3D設(shè)計資料，2D資料，DFMEA，試驗資料，樣件試制，整車匹配，整車試驗，零部件BOM表，工裝、夾具、模具、檢具設(shè)計資料等在內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)要求，為主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化提供堅實的基礎(chǔ)，進(jìn)而快速相應(yīng)經(jīng)銷商及定制開發(fā)銷售產(chǎn)品。

3.7 制定主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

提升產(chǎn)品質(zhì)量控制，有效的途徑之一就是建立規(guī)范的零部件企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)。針對研發(fā)并量產(chǎn)的該型號主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，制定相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，提升企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.8 研發(fā)主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈智能化生產(chǎn)線

針對研發(fā)成功的該型號主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，設(shè)計開發(fā)一條智能自動化柔性生產(chǎn)線，滿足該型號主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的量產(chǎn)，實現(xiàn)年產(chǎn)主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈6萬套以上，并具備擴(kuò)展產(chǎn)品產(chǎn)能和譜系得能力。

4 主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的研發(fā)及量產(chǎn)的意義

4.1 提供行人保護(hù)關(guān)鍵零部件

汽車發(fā)動機(jī)罩作為頭部撞擊的集中區(qū)域，其區(qū)域內(nèi)的發(fā)動機(jī)罩鉸鏈作為發(fā)動機(jī)罩內(nèi)部硬點，如何避免或減輕碰撞事故中行人的頭部部傷害值成為發(fā)動機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。研發(fā)并量產(chǎn)一種可重復(fù)動作、機(jī)械式發(fā)動機(jī)罩彈起機(jī)構(gòu)的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈，進(jìn)而提供基于行人保護(hù)得汽車關(guān)鍵零部件，切實提高機(jī)動車的行人保護(hù)能力，滿足國內(nèi)及國際相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、市場對于車輛發(fā)動機(jī)罩區(qū)域的行人保護(hù)的需求。

4.2 提升企業(yè)科技創(chuàng)新水平

通過研發(fā)及量產(chǎn)主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈新產(chǎn)品，使產(chǎn)品提檔升級，形成一套完整的新產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新的人員、設(shè)備、技術(shù)、工藝流程、供應(yīng)鏈等體系，提高企業(yè)科技創(chuàng)新水平水平，給企業(yè)帶來良好的品牌形象，使公司獲得持續(xù)的核心競爭力，為公司的長遠(yuǎn)發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)，推動重慶地區(qū)汽車鉸鏈及限位器生產(chǎn)企業(yè)的自主研發(fā)能力，加速推動重慶市高端汽車制造企業(yè)的配套研發(fā)、生產(chǎn)、制造能力提檔升級，實現(xiàn)企業(yè)社會效益不斷外溢。

4.3 輻射帶動產(chǎn)業(yè)上下游

通過研發(fā)及量產(chǎn)主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈新產(chǎn)品，帶動下游產(chǎn)業(yè)鏈開展新產(chǎn)品配套，服務(wù)上游產(chǎn)業(yè)鏈新產(chǎn)品研發(fā)，有效地促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，對重慶汽車制造業(yè)的發(fā)展提供了重要的支持和保障，也促進(jìn)重慶市地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可大大推動長壽區(qū)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的步伐，對持續(xù)促進(jìn)長壽區(qū)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展、服務(wù)園區(qū)產(chǎn)業(yè)集群、豐富園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有重大意義。

4.4 開創(chuàng)汽車零部件經(jīng)銷商及定制開發(fā)銷售產(chǎn)品新模式

針對主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈新產(chǎn)品的研發(fā)及量產(chǎn)，在完成產(chǎn)品工程化設(shè)計后，匯編主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈產(chǎn)品開發(fā)完整體系資料，制定相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)提升企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，為主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化提供堅實的基礎(chǔ)，進(jìn)而快速響應(yīng)經(jīng)銷商及定制開發(fā)銷售產(chǎn)品，在汽車零部件產(chǎn)業(yè)中開創(chuàng)零部件經(jīng)銷商及定制開發(fā)銷售產(chǎn)品新模式。

4.5 穩(wěn)固汽車零部件供應(yīng)鏈體系

受新冠肺炎疫情及國家環(huán)境等因素影響，2020年初至今中國汽車零部件產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)艿經(jīng)_擊，部分關(guān)鍵核心部件出現(xiàn)“斷供”風(fēng)險。建設(shè)“自主高效、安全穩(wěn)定”的中國汽車零部件供應(yīng)鏈體系，成為中國汽車零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主基調(diào)。以主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈新產(chǎn)品的研發(fā)及量產(chǎn)為切入點，實現(xiàn)主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈產(chǎn)品迭代升級，以新產(chǎn)品研發(fā)、試驗、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和技術(shù)服務(wù)為依托，實現(xiàn)產(chǎn)品和服務(wù)的融合，推動汽車零部件產(chǎn)業(yè)“固鏈、強(qiáng)鏈、補(bǔ)鏈”工程，提高汽車零部件產(chǎn)業(yè)垂直整合程度，增強(qiáng)汽車零部件產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性、集成性，形成自主完整的發(fā)動機(jī)罩鉸鏈供應(yīng)鏈體系，搶抓戰(zhàn)略發(fā)展先機(jī)，穩(wěn)固汽車零部件供應(yīng)鏈體系。

5 結(jié)語

以汽車安全技術(shù)領(lǐng)域行人保護(hù)中被動安全保護(hù)的主動式發(fā)動機(jī)罩為切入點，圍繞一種可重復(fù)動作、機(jī)械式彈起機(jī)構(gòu)的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的研發(fā)和量產(chǎn)而開展。通過主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的研發(fā)和量產(chǎn)，開發(fā)一套基于行人保護(hù)的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈機(jī)構(gòu)，形成一套基于行人保護(hù)的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的結(jié)構(gòu)性能仿真分析數(shù)，形成一套基于行人保護(hù)的主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的結(jié)構(gòu)性能性能試驗結(jié)果，開發(fā)一套主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈對應(yīng)工裝、夾具、模具、檢具，匯編主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)要求，制定主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)一套主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈智能化生產(chǎn)線，最終實現(xiàn)年產(chǎn)主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈6萬套以上。以主動式發(fā)動機(jī)罩鉸鏈的研發(fā)及量產(chǎn)為切入點，為汽車行業(yè)提供行人保護(hù)關(guān)鍵零部件，提升企業(yè)科技創(chuàng)新水平，輻射帶動產(chǎn)業(yè)上下游，開創(chuàng)汽車零部件經(jīng)銷商及定制開發(fā)銷售產(chǎn)品新模式，穩(wěn)固汽車零部件供應(yīng)鏈體系。

基金項目：2022年度長壽區(qū)科技局計劃項目（cskj2022006）。

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