汽車前端模塊之發罩鎖的安裝設計

崔立杰 孟春江

摘要：本文所涉及的某款轎車項目前端框架開發，是基于原有車型前端模塊技術積累的基礎上進行的，部分零部件的配接方式將繼承原有設計狀態。此次研究主要側重注塑前端框架設計過程中，發罩鎖布置對于框架結構開發的影響，結合CAE分析結果進行結構優化設計，為后續項目推進提供參考方向，提升效率，縮短開發時間。

關鍵詞：汽車前端模塊;前端框架;發罩鎖布置

中圖分類號：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0029-02

0? 引言

近年來，隨著汽車保有量持續增高，對環境保護的呼聲也越來越高，汽車的輕量化需求愈加迫切，復合材料在汽車結構中的應用也越來越廣泛。采用玻纖增強塑料的前端模塊技術是“以塑代鋼”輕量化技術的典型案例，具有輕量化、模塊化雙重優勢，在汽車行業中迅速發展。傳統技術中的散熱器固定用鈑金總成由單個玻纖增強的注塑件替代，減少了約20個零件，從而大大降低了模具數量、簡化了生產工序。在滿足的安裝需求及剛強度要求的基礎上，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? 發罩鎖布置要求

1.1 行人保護碰撞法規對發罩鎖布置的影響

汽車對行人的碰撞保護主要是對頭部、大腿、小腿位置的碰撞保護，前端框架的結構設計需要考慮大腿碰撞和頭部碰撞兩項法規。

基于行人保護試驗的測試方法，在汽車前端的特定區域內不進行剛性結構的布置，用于碰撞過程中的吸能變形，以避免對行人大腿和頭部的嚴重傷害。兩個安全邊界均與CAS面相關，發罩鎖、前端框架均應布置在安全邊界內。

1.2 周邊零部件對發罩鎖布置的影響

發罩鎖是前端模塊的重要組成部分，其自身結構和位置決定前端框架上部的結構。因性能要求，發罩鎖鎖體及開啟手柄均需避開大腿碰撞范圍，因此決定采用無開啟手柄的雙鎖形式。在駕艙內兩次拉動開關就可以完全開啟發罩鎖，不需要布置手動開啟手柄。

本文設計對發罩鎖的布置有以下幾點要求：

①因鎖扣安裝在發罩內板的加強結構上，鎖體前端與發罩分縫線之間需要保留130mm以上間距，以滿足發罩板結構的需求。

②受前艙零部件布置限制，鎖體后側需要與空濾進氣結構保證安全間隙，Y向既要滿足進風口結構空間也需要滿足前大燈的布置空間。

③盡量布置在頭碰區域外，機蓋鎖位置不需要滿足距機蓋外板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的安裝空間。

④除XY向受限制外，發罩鎖在前端框架的Z向也要預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，進而影響廠區的工位布置。由于現有車型已經有成熟的裝配工藝體系，發罩鎖布置應結合現狀進行開發，實現不同車型的共線生產。

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

1.4 發罩鎖安裝結構的剛強度要求

發罩鎖安裝結構極限拉力測試是模擬發動機罩對鎖扣的極限拉力。試驗時，將安裝好發罩鎖、冷卻總成的前端框架按照實車狀態固定在試驗臺架上。在發罩鎖位置沿鎖扣受力方向向上施加5300N的瞬間載荷，試驗后的前端框架，應無破裂，無永久變形。

發罩鎖安裝結構強度測試發動機罩的抗壓能力，要求在鎖扣位置Z向向下施加2500N載荷，試驗后的前端框架，應無破裂，無永久變形。

發罩鎖安裝結構Z向和X向剛度測試，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，前端框架的最大變形均小于1mm。

2? 發罩鎖安裝結構的設計及優化

2.1 材料選擇

塑料前端框架常見的玻纖增強材料有的PP-LGF、PA6-LGF兩種，玻纖的添加比例一般為20%-40%。PA6-LGF比PP-LGF熔點高、強度大，但是價格高[3]?？紤]到單件成本，選用PP-LGF30進行設計開發。

2.2 結構設計

結合發罩鎖的布置要求，對安裝結構進行設計，如圖1所示。發罩鎖鎖體對稱布置在前大燈內側，因強度要求，需要在鎖體安裝結構到縱梁之間增加鈑金加強板。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，增加一個螺接的鈑金加強支架，Y向內收與冷卻模塊安裝結構的空間重疊，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，是平移推入前端框架后，下端螺釘固定，上端卡入卡銷。新增加的發罩鎖加強支架位置在冷卻模塊的安裝路徑上。因此，發罩鎖加強支架須在冷卻模塊安裝好之后才進行裝配。

調整后的前端模塊安裝順序：首先，將前端框架平放在工裝上，安裝導風板和防撞梁總成，然后，按照整車狀態垂直放置于工裝上，X向安裝冷卻模塊后，安裝發罩鎖加強支架、發罩鎖及拉線，最后，安裝進風口總成，分裝結束。

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構通過卡銷進行固定。在車輛運行過程中，上懸置承擔X、Y兩個方向的限制任務。因卡銷比較長，設計時需要預留足夠的裝配空間。

2.3.3 發罩鎖加強支架裝配

發罩鎖加強支架通過兩個Y向安裝點與前端框架進行螺接，完成加強支架的預安裝。

2.3.4 安裝發罩鎖

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

2.4 前端模塊總裝工藝

前端模塊在分裝臺裝配好之后，通過機械手，X向安裝在車身上。與車身連接時，防撞梁、機蓋鎖加強板、縱梁前安裝板三層用螺栓固定在一起。如圖2所示。

2.5 發罩鎖安裝結構性能分析及結構優化

前端框架及鎖體加強支架分析材料說明如表1。

對模型進行5300N極限拉力的強度分析，前端框架和加強支架結果均不滿足要求。結合分析結果，對前端框架和鎖體加強板進行優化。在前端框架的鎖體固定區域增加預埋鈑金（如圖3），配合框架內側的加強筋，增加安裝點周邊的結構強度，改善應力集中現象。同時，也對鎖體加強支架進行優化，改善加強筋走向，增大彎角處半徑。對優化后的模型進行極限拉力的強度分析，前端框架和鎖體加強支架滿足需求。

前端框架原模型及優化模型各項分析結果匯總見表2及表3，優化后的前端框架和發罩鎖加強支架方案可以滿足發罩鎖對固定區域的各項性能指標要求，此方案可行。

3? 結論

本文以某轎車車型前端模塊為研究對象，結合外造型面、周邊件結構需求以及生產線多車型共用等因素，對發罩鎖的布置、安裝結構進行開發設計。結合發罩鎖安裝結構性能指標的有限元分析，對設計結構進行優化處理，優化后的方案，滿足性能要求，可以在后續開發過程中采用。

通過本次研究，保證項目順利推進，也為后續項目的開展提供可行方案，降低了整車的研發周期和成本。

參考文獻：

[1]黃玉東，趙明慧，高志純，孫治國.前端模塊總成裝配方案優化設計[J].汽車工藝與材料，2016（12）.

[2]王琛.汽車模塊之前端模塊概述[A]. “廣汽部件杯”廣東省汽車行業第六期學術論文集[C].2011.

[3]吳純.長玻纖改性聚丙烯在汽車領域中的應用與展望[J].上海塑料，2016（4）.