主動式發動機罩鉸鏈的研發及量產探究

周超軍　段勛興　李長生　胡龍軍

摘 要：汽車發動機罩作為頭部撞擊的集中區域，其區域內的發動機罩鉸鏈作為發動機罩內部硬點，發動機罩鉸鏈故障會對駕乘人員和行人造成危險。本文在綜合當前發動機罩鉸鏈的發展現狀及趨勢的前提下，以主動式發動機罩鉸鏈得研發及量產為切入點，介紹主動式發動機罩鉸鏈研發及量產的過程、目標和意義，以期為汽車零部件企業的發展和產品開發提供一定的借鑒意義。

關鍵詞：行人保護 發動機罩 鉸鏈 汽車零部件 產品開發

1 引言

隨著各國行人保護法規的推進，行人保護逐漸受到各汽車廠商的重視，成為汽車安全領域的前沿和熱點問題[1-2]。汽車發動機罩作為頭部撞擊的集中區域，其區域內的發動機罩鉸鏈作為發動機罩內部硬點，如何避免或減輕碰撞事故中行人的頭部部傷害值成為發動機罩鉸鏈結構設計的關鍵[3-5]?；谛腥吮Ｗo的發動機罩鉸鏈結構主要有以下幾種類型。1）主動式發動機罩鉸鏈，是在發生人-車碰撞事故時，行人頭部與發動機罩接觸之前把發動機罩抬升一定高度，避免行人頭部與發動機罩內硬點的接觸，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[6-7]。2）壓潰式發動機罩鉸鏈，是在撞擊時使發動機罩鉸鏈結構發生塌陷，增加了發動機罩的變形空間，從而削弱行人頭部損傷[8-12]。3）結構優化發動機罩鉸鏈，通過優化可以有效降低發動機罩鉸鏈對于頭部的傷害值[13-14]。4）折疊式發動機罩鉸鏈，以向發動機罩區域內部折疊的方式，使發動機罩縱向上具有更大的緩沖空間[15]。

主動式發動機罩鉸鏈是主動式發動機罩的連接及運動機構，也是其關鍵零部件之一。主動式發動機罩鉸鏈使行人頭部與發動機罩接觸之前把發動機罩抬升一定高度，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。本文在綜合當前發動機罩鉸鏈的發展現狀及趨勢的前提下，從主動式發動機罩鉸鏈結構的關鍵參數設計、結構設計、行人保護性能仿真分析、小批量試制、試驗驗證、模具設計、夾具設計、檢具設計、生產工藝研究、量產等方面介紹其研發及量產的過程、目標和價值。

2 主動式發動機罩鉸鏈的研發及量產的過程

2.1 主動式發動機罩鉸鏈結構關鍵參數設計

主動式發動機罩鉸鏈，是在發生人-車碰撞事故時，行人頭部與發動機罩接觸之前把發動機罩抬升一定高度，避免行人頭部與發動機罩內硬點的接觸，使碰撞對行人頭部造成的傷害程度減至最低的汽車發動機罩區域部件。以主動式發動機罩鉸鏈運動軌跡、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，研究設計主動式發動機罩鉸鏈結構關鍵參數。

2.2 主動式發動機罩鉸鏈結構設計

基于HIC值與碰撞深度的關系研究以及相關國內外相關資料，從機構設計理論出發，設計開發一套主動發動機罩鉸鏈。建立主動式發動機罩鉸鏈結構的三維模型，對鉸鏈結構進行運動學和動力學仿真，并進行結構優化。

2.3 主動式發動機罩鉸鏈結構行人保護性能仿真分析

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、受力情況及損傷程度，并仿真結果進行分析，從而得到碰撞時行人的損傷機理，以尋求降低行人損傷的發動機罩鉸鏈優化方案，最終實現行人保護的目的。

2.4 主動式發動機罩鉸鏈小批量試制

面對激烈的市場競爭，在主動式發動機罩鉸鏈小批量試制應用快速模具制造技術，實現主動式發動機罩鉸鏈的小批量試制，加快零部件產品的開發速度，提升汽車零部件企業產品快速開發的能力。

2.5 主動式發動機罩鉸鏈試驗

2.5.1 主動式發動機罩鉸鏈性能試驗

1）開閉功能要求：

①開閉功能應流暢自如，杜絕卡頓、異響等不良缺陷。

②車門鉸鏈的最大開度角、最小關閉角應符合設計圖紙的要求。

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載受力點，載荷200N，鉸鏈偏轉角小于等于5度。

2.5.2 主動式發動機罩鉸鏈結構行人保護性能試驗

搭建用于發動機罩行人保護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，實驗驗證主動式發動機罩的行人保護性能，以未安裝主動式發動機罩鉸鏈的發動機罩進行對比驗證。

2.5.3 主動式發動機罩鉸鏈機罩開閉耐久性試驗驗證

按照完全開閉試驗的方法，進行發動機罩5000次循環的耐久性試驗。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。經過8萬公里路試后，檢查鉸鏈，相關零件無裂紋、松脫、脫焊等明顯缺陷，沒有任何可視范圍變形（包括鉸鏈不應出現間隙），與環境件不出現磕碰痕跡。

2.6 主動式發動機罩鉸鏈的模具、夾具、檢具設計

結合過往產品的開發經驗，在保證產品質量，沖壓工藝可行的前提下，從沖壓工藝規劃、工藝分析與設計，及模具結構的關鍵部位進行分析，設計主動式發動機罩鉸鏈的模具，盡可能減少工序數量，降低成本，提高生產效率。

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

對主動式發動機罩作為發動機罩與車身的連接部件，對于發動機罩及車輛外觀的整體裝配精度起著一定的決定作用。針對主動式發動機罩鉸鏈設計一套檢具，實現準確快速檢測，保證其成品質量。

2.7 主動式發動機罩鉸鏈的生產工藝研究

通過分析主動式發動機罩鉸鏈零件成形特點，確定相應生產工藝，形成成形質量好、尺寸精度高、生產效率高的主動式發動機罩鉸鏈生產工藝。

2.8 主動式發動機罩鉸鏈的量產

針對研發成功的主動式發動機罩鉸鏈，設計開發智能自動化柔性生產線，滿足主動式發動機罩鉸鏈的量產，匹配汽車行業發展的需求。

3 主動式發動機罩鉸鏈的研發及量產的目標

3.1 研究制定主動式發動機罩鉸鏈結構具體參數

綜合主動式發動機罩鉸鏈運動軌跡、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，研究制定主動式發動機罩鉸鏈結構具體參數。

3.2 設計開發一套主動發動機罩鉸鏈

設計開發了某型號主動發動機罩鉸鏈一套，提出其結構的設計要求和開發流程，建立主動式發動機罩鉸鏈結構的三維模型并對其進行了運動學和動力學仿真。

3.3 形成主動式發動機罩鉸鏈結構行人保護性能仿真分析結果

以發動機罩不彈起時發動機罩區域的行人頭部碰撞仿真為參照，建立發動機罩不彈起時發動機罩區域行人頭部碰撞有限元模型和搭載主動式發動機罩鉸鏈發動機罩彈起時發動機罩區域行人頭部碰撞有限元模型，對主動式發動機罩鉸鏈結構行人保護性能進行仿真分析，形成仿真分析結果，表征該型號主動式發動機罩鉸鏈結構的行人保護效能。

3.4 獲得主動式發動機罩鉸鏈結構行人保護性能試驗結果

在仿真分析的基礎上，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動機罩鉸鏈結構的行人保護效能，獲得相應試驗結果。

3.5 研制主動式發動機罩鉸鏈對應工裝、夾具、模具、檢具

在完成產品工程化設計后，研制主動式發動機罩鉸鏈對應工裝、夾具、模具、檢具，形成一套完整的主動式發動機罩鉸鏈對應工裝、夾具、模具、檢具實物。

3.6 匯編主動式發動機罩鉸鏈產品開發技術要求

在完成產品工程化設計后，匯編主動式發動機罩鉸鏈開發性能指標、技術要求與質量目標，3D設計資料，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、檢具設計資料等在內的產品開發技術要求，為主動式發動機罩鉸鏈的標準化、系列化提供堅實的基礎，進而快速相應經銷商及定制開發銷售產品。

3.7 制定主動式發動機罩鉸鏈相應標準

提升產品質量控制，有效的途徑之一就是建立規范的零部件企業標準、行業標準、國家標準。針對研發并量產的該型號主動式發動機罩鉸鏈，制定相應的企業標準，并嚴格執行標準，提升企業產品的質量。

3.8 研發主動式發動機罩鉸鏈智能化生產線

針對研發成功的該型號主動式發動機罩鉸鏈，設計開發一條智能自動化柔性生產線，滿足該型號主動式發動機罩鉸鏈的量產，實現年產主動式發動機罩鉸鏈6萬套以上，并具備擴展產品產能和譜系得能力。

4 主動式發動機罩鉸鏈的研發及量產的意義

4.1 提供行人保護關鍵零部件

汽車發動機罩作為頭部撞擊的集中區域，其區域內的發動機罩鉸鏈作為發動機罩內部硬點，如何避免或減輕碰撞事故中行人的頭部部傷害值成為發動機罩鉸鏈結構設計的關鍵。研發并量產一種可重復動作、機械式發動機罩彈起機構的主動式發動機罩鉸鏈，進而提供基于行人保護得汽車關鍵零部件，切實提高機動車的行人保護能力，滿足國內及國際相關法律法規、標準、市場對于車輛發動機罩區域的行人保護的需求。

4.2 提升企業科技創新水平

通過研發及量產主動式發動機罩鉸鏈新產品，使產品提檔升級，形成一套完整的新產品研發創新的人員、設備、技術、工藝流程、供應鏈等體系，提高企業科技創新水平水平，給企業帶來良好的品牌形象，使公司獲得持續的核心競爭力，為公司的長遠發展做出重要的貢獻，推動重慶地區汽車鉸鏈及限位器生產企業的自主研發能力，加速推動重慶市高端汽車制造企業的配套研發、生產、制造能力提檔升級，實現企業社會效益不斷外溢。

4.3 輻射帶動產業上下游

通過研發及量產主動式發動機罩鉸鏈新產品，帶動下游產業鏈開展新產品配套，服務上游產業鏈新產品研發，有效地促進行業技術進步，對重慶汽車制造業的發展提供了重要的支持和保障，也促進重慶市地方經濟的發展，可大大推動長壽區工業轉型升級發展的步伐，對持續促進長壽區現代工業發展、服務園區產業集群、豐富園區產業結構具有重大意義。

4.4 開創汽車零部件經銷商及定制開發銷售產品新模式

針對主動式發動機罩鉸鏈新產品的研發及量產，在完成產品工程化設計后，匯編主動式發動機罩鉸鏈產品開發完整體系資料，制定相應的企業標準并嚴格執行標準提升企業產品的質量，為主動式發動機罩鉸鏈的標準化、系列化提供堅實的基礎，進而快速響應經銷商及定制開發銷售產品，在汽車零部件產業中開創零部件經銷商及定制開發銷售產品新模式。

4.5 穩固汽車零部件供應鏈體系

受新冠肺炎疫情及國家環境等因素影響，2020年初至今中國汽車零部件產業鏈受到沖擊，部分關鍵核心部件出現“斷供”風險。建設“自主高效、安全穩定”的中國汽車零部件供應鏈體系，成為中國汽車零部件產業發展的主基調。以主動式發動機罩鉸鏈新產品的研發及量產為切入點，實現主動式發動機罩鉸鏈產品迭代升級，以新產品研發、試驗、標準化、系列化和技術服務為依托，實現產品和服務的融合，推動汽車零部件產業“固鏈、強鏈、補鏈”工程，提高汽車零部件產業垂直整合程度，增強汽車零部件產業關聯性、集成性，形成自主完整的發動機罩鉸鏈供應鏈體系，搶抓戰略發展先機，穩固汽車零部件供應鏈體系。

5 結語

以汽車安全技術領域行人保護中被動安全保護的主動式發動機罩為切入點，圍繞一種可重復動作、機械式彈起機構的主動式發動機罩鉸鏈的研發和量產而開展。通過主動式發動機罩鉸鏈的研發和量產，開發一套基于行人保護的主動式發動機罩鉸鏈機構，形成一套基于行人保護的主動式發動機罩鉸鏈的結構性能仿真分析數，形成一套基于行人保護的主動式發動機罩鉸鏈的結構性能性能試驗結果，開發一套主動式發動機罩鉸鏈對應工裝、夾具、模具、檢具，匯編主動式發動機罩鉸鏈產品開發技術要求，制定主動式發動機罩鉸鏈相應標準，開發一套主動式發動機罩鉸鏈智能化生產線，最終實現年產主動式發動機罩鉸鏈6萬套以上。以主動式發動機罩鉸鏈的研發及量產為切入點，為汽車行業提供行人保護關鍵零部件，提升企業科技創新水平，輻射帶動產業上下游，開創汽車零部件經銷商及定制開發銷售產品新模式，穩固汽車零部件供應鏈體系。

基金項目：2022年度長壽區科技局計劃項目（cskj2022006）。

參考文獻：

[1]匡芳，劉宏達，陳林，陳琳，樓植楊.行人保護研究綜述[J].汽車科技，2018（04）：96-102.

[2]李海巖，楊振，賀麗娟，呂文樂，崔世海，阮世捷.全球NCAP行人保護測評的對比研究及展望[J].汽車工程，2021，43（05）：730-738.

[3]Qi WG，Jin XL，Zhang XY.Improvement of energy-absorbing structures of a commercial vehicle for crash worthiness using finite element method[J].INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY，2006：1001-1009.

[4]Forman JL，Lopez-Valdes FJ，Duprey S，et al.The tolerance of the human body to automobile collision impact - a systematic review of injury biomechanics research， 1990-2009[J].ACCIDENT ANALYSIS AND PREVENTION，2015：7-17.

[5]李玉琴，邵祖峰.人車碰撞交通事故車速鑒定方法及取證研究[J].上海公安高等?？茖W校學報，2013，23（02）：66-69.

[6]唐小東. 主動式發動機罩鉸鏈裝置的設計與安全性分析[D].山東科技大學，2017.

[7]徐世平，李充，張帆，黃詩雯.對弱勢道路使用者保護的研究[J].汽車零部件，2020（08）：96-100.

[8]葛如海，吳淼，陳曉東，車彬彬.基于行人保護的發動機罩鉸鏈研究[J].汽車技術，2008（12）：28-31.

[9]杜廣智，李宏華，趙福全.基于轎車改型設計的壓潰式發動機罩鉸鏈設計[J].農業裝備與車輛工程，2011（09）：46-48+51.

[10]李子云，李崢，李濤，李燕龍，楊飄，羅鑫，陳文.基于行人頭部碰撞保護的發動機罩結構設計[J].汽車工程師，2017（08）：27-29.

[11]袁俊彪.基于頭部保護的發動機罩總成設計研究[J].時代汽車，2018（01）：51-56.

[12]Jae Wan Lee，Kyong Han Yoon，Youn Soo Kang，et al.Vehicle Hood and Bumper Structure Design to Mitigate Casualties of Pedestrian Accidents.The 19th Enhanced Safety of Vehicles，Paper Number05-0105.

[13]王菊，禹慧麗，趙會.用CAE優化發動機前罩板鉸鏈機構的設計[J].汽車制造業，2010（4）：46-46.

[14]汪俊，陳金華.基于行人頭部碰撞保護的發動機罩鉸鏈結構設計[J].機械設計，2013，30（02）：54-57.

[15]王新，房亮，侯國強，張文超.基于行人頭部保護的汽車發動機罩鉸鏈優化設計[J].汽車實用技術，2018（19）：175-177.