主动式发动机罩铰链的研发及量产探究

周超军　段勋兴　李长生　胡龙军

摘 要：汽车发动机罩作为头部撞击的集中区域，其区域内的发动机罩铰链作为发动机罩内部硬点，发动机罩铰链故障会对驾乘人员和行人造成危险。本文在综合当前发动机罩铰链的发展现状及趋势的前提下，以主动式发动机罩铰链得研发及量产为切入点，介绍主动式发动机罩铰链研发及量产的过程、目标和意义，以期为汽车零部件企业的发展和产品开发提供一定的借鉴意义。

关键词：行人保护 发动机罩 铰链 汽车零部件 产品开发

1 引言

随着各国行人保护法规的推进，行人保护逐渐受到各汽车厂商的重视，成为汽车安全领域的前沿和热点问题[1-2]。汽车发动机罩作为头部撞击的集中区域，其区域内的发动机罩铰链作为发动机罩内部硬点，如何避免或减轻碰撞事故中行人的头部部伤害值成为发动机罩铰链结构设计的关键[3-5]。基于行人保护的发动机罩铰链结构主要有以下几种类型。1）主动式发动机罩铰链，是在发生人-车碰撞事故时，行人头部与发动机罩接触之前把发动机罩抬升一定高度，避免行人头部与发动机罩内硬点的接触，使碰撞对行人头部造成的伤害程度减至最低的一种新技术[6-7]。2）压溃式发动机罩铰链，是在撞击时使发动机罩铰链结构发生塌陷，增加了发动机罩的变形空间，从而削弱行人头部损伤[8-12]。3）结构优化发动机罩铰链，通过优化可以有效降低发动机罩铰链对于头部的伤害值[13-14]。4）折叠式发动机罩铰链，以向发动机罩区域内部折叠的方式，使发动机罩纵向上具有更大的缓冲空间[15]。

主动式发动机罩铰链是主动式发动机罩的连接及运动机构，也是其关键零部件之一。主动式发动机罩铰链使行人头部与发动机罩接触之前把发动机罩抬升一定高度，从而有效地防止或降低碰撞对行人头部造成的伤害程度，其市场需求日益增加。本文在综合当前发动机罩铰链的发展现状及趨势的前提下，从主动式发动机罩铰链结构的关键参数设计、结构设计、行人保护性能仿真分析、小批量试制、试验验证、模具设计、夹具设计、检具设计、生产工艺研究、量产等方面介绍其研发及量产的过程、目标和价值。

2 主动式发动机罩铰链的研发及量产的过程

2.1 主动式发动机罩铰链结构关键参数设计

主动式发动机罩铰链，是在发生人-车碰撞事故时，行人头部与发动机罩接触之前把发动机罩抬升一定高度，避免行人头部与发动机罩内硬点的接触，使碰撞对行人头部造成的伤害程度减至最低的汽车发动机罩区域部件。以主动式发动机罩铰链运动轨迹、弹起高度、弹起时间、布置要求、正常使用时的振动和噪声的抑制等方面入手，研究设计主动式发动机罩铰链结构关键参数。

2.2 主动式发动机罩铰链结构设计

基于HIC值与碰撞深度的关系研究以及相关国内外相关资料，从机构设计理论出发，设计开发一套主动发动机罩铰链。建立主动式发动机罩铰链结构的三维模型，对铰链结构进行运动学和动力学仿真，并进行结构优化。

2.3 主动式发动机罩铰链结构行人保护性能仿真分析

利用虚拟的行人或头部模型和车辆模型，模拟仿真各种碰撞事故，获取虚拟行人或头部的运动状态、受力情况及损伤程度，并仿真结果进行分析，从而得到碰撞时行人的损伤机理，以寻求降低行人损伤的发动机罩铰链优化方案，最终实现行人保护的目的。

2.4 主动式发动机罩铰链小批量试制

面对激烈的市场竞争，在主动式发动机罩铰链小批量试制应用快速模具制造技术，实现主动式发动机罩铰链的小批量试制，加快零部件产品的开发速度，提升汽车零部件企业产品快速开发的能力。

2.5 主动式发动机罩铰链试验

2.5.1 主动式发动机罩铰链性能试验

1）开闭功能要求：

①开闭功能应流畅自如，杜绝卡顿、异响等不良缺陷。

②车门铰链的最大开度角、最小关闭角应符合设计图纸的要求。

2）载荷要求

按照GB15086-2013《汽车门锁及车门保持件的性能要求和试验方法》要求

①铰链在11110N的纵向载荷下不脱开；

②铰链在9000N的横向载荷下不脱开；

3）耐腐蚀性

按照GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》中中性盐盐雾试验的要求，进行168小时盐雾试验。在96小时后，检查铰链表面是否存在肉眼可见的白锈、表面处理层脱落等腐蚀失效缺陷；扳动铰链，验证开闭功能是否正常，是否存在卡顿、异响等缺陷。在168小时后，检查铰链表面是否存在基体腐蚀物、表面处理层脱落等腐蚀失效缺陷；扳动铰链，验证开闭功能是否正常，是否存在卡顿、异响等缺陷。

4）侧向刚度

铰链全开为试验条件，以阳铰链两个安装点中点为外部负载受力点，载荷200N，铰链偏转角小于等于5度。

2.5.2 主动式发动机罩铰链结构行人保护性能试验

搭建用于发动机罩行人保护性能测试的跌落试验平台，采用基于重力势能的自由跌落试验，实验验证主动式发动机罩的行人保护性能，以未安装主动式发动机罩铰链的发动机罩进行对比验证。

2.5.3 主动式发动机罩铰链机罩开闭耐久性试验验证

按照完全开闭试验的方法，进行发动机罩5000次循环的耐久性试验。试验后检查开闭功能是否正常且无噪音，是否存在卡滞、异响、松旷等缺陷。经过8万公里路试后，检查铰链，相关零件无裂纹、松脱、脱焊等明显缺陷，没有任何可视范围变形（包括铰链不应出现间隙），与环境件不出现磕碰痕迹。

2.6 主动式发动机罩铰链的模具、夹具、检具设计

结合过往产品的开发经验，在保证产品质量，冲压工艺可行的前提下，从冲压工艺规划、工艺分析与设计，及模具结构的关键部位进行分析，设计主动式发动机罩铰链的模具，尽可能减少工序数量，降低成本，提高生产效率。

设计主动式发动机罩铰链夹具，以快速装夹零部件为基本出发点，且具备良好的定位及夹紧效果，能够达到快速装夹到位，防止误操作，同时保证装配合格率。在主动式发动机罩铰链组装时，由于工件小、质量轻，移位过程中工件极易发生变形或移动而产生装配缺陷。

对主动式发动机罩作为发动机罩与车身的连接部件，对于发动机罩及车辆外观的整体装配精度起着一定的决定作用。针对主动式发动机罩铰链设计一套检具，实现准确快速检测，保证其成品质量。

2.7 主动式发动机罩铰链的生产工艺研究

通过分析主动式发动机罩铰链零件成形特点，确定相应生产工艺，形成成形质量好、尺寸精度高、生产效率高的主动式发动机罩铰链生产工艺。

2.8 主动式发动机罩铰链的量产

针对研发成功的主动式发动机罩铰链，设计开发智能自动化柔性生产线，满足主动式发动机罩铰链的量产，匹配汽车行业发展的需求。

3 主动式发动机罩铰链的研发及量产的目标

3.1 研究制定主动式发动机罩铰链结构具体参数

综合主动式发动机罩铰链运动轨迹、弹起高度、弹起时间、布置要求、正常使用时的振动和噪声的抑制等方面因素，研究制定主动式发动机罩铰链结构具体参数。

3.2 设计开发一套主动发动机罩铰链

设计开发了某型号主动发动机罩铰链一套，提出其结构的设计要求和开发流程，建立主动式发动机罩铰链结构的三维模型并对其进行了运动学和动力学仿真。

3.3 形成主动式发动机罩铰链结构行人保护性能仿真分析结果

以发动机罩不弹起时发动机罩区域的行人头部碰撞仿真为参照，建立发动机罩不弹起时发动机罩区域行人头部碰撞有限元模型和搭载主动式发动机罩铰链发动机罩弹起时发动机罩区域行人头部碰撞有限元模型，对主动式发动机罩铰链结构行人保护性能进行仿真分析，形成仿真分析结果，表征该型号主动式发动机罩铰链结构的行人保护效能。

3.4 获得主动式发动机罩铰链结构行人保护性能试验结果

在仿真分析的基础上，搭建实际测试的试验台架，通过实际测试来验证该型号主动式发动机罩铰链结构的行人保护效能，获得相应试验结果。

3.5 研制主动式发动机罩铰链对应工装、夹具、模具、检具

在完成产品工程化设计后，研制主动式发动机罩铰链对应工装、夹具、模具、检具，形成一套完整的主动式发动机罩铰链对应工装、夹具、模具、检具实物。

3.6 汇编主动式发动机罩铰链产品开发技术要求

在完成产品工程化设计后，汇编主动式发动机罩铰链开发性能指标、技术要求与质量目标，3D设计资料，2D资料，DFMEA，试验资料，样件试制，整车匹配，整车试验，零部件BOM表，工装、夹具、模具、检具设计资料等在内的产品开发技术要求，为主动式发动机罩铰链的标准化、系列化提供坚实的基础，进而快速相应经销商及定制开发销售产品。

3.7 制定主动式发动机罩铰链相应标准

提升产品质量控制，有效的途径之一就是建立规范的零部件企业标准、行业标准、国家标准。针对研发并量产的该型号主动式发动机罩铰链，制定相应的企业标准，并严格执行标准，提升企业产品的质量。

3.8 研发主动式发动机罩铰链智能化生产线

针对研发成功的该型号主动式发动机罩铰链，设计开发一条智能自动化柔性生产线，满足该型号主动式发动机罩铰链的量产，实现年产主动式发动机罩铰链6万套以上，并具备扩展产品产能和谱系得能力。

4 主动式发动机罩铰链的研发及量产的意义

4.1 提供行人保护关键零部件

汽车发动机罩作为头部撞击的集中区域，其区域内的发动机罩铰链作为发动机罩内部硬点，如何避免或减轻碰撞事故中行人的头部部伤害值成为发动机罩铰链结构设计的关键。研发并量产一种可重复动作、机械式发动机罩弹起机构的主动式发动机罩铰链，进而提供基于行人保护得汽车关键零部件，切实提高机动车的行人保护能力，满足国内及国际相关法律法规、标准、市场对于车辆发动机罩区域的行人保护的需求。

4.2 提升企业科技创新水平

通过研发及量产主动式发动机罩铰链新产品，使产品提档升级，形成一套完整的新产品研发创新的人员、设备、技术、工艺流程、供应链等体系，提高企业科技创新水平水平，给企业带来良好的品牌形象，使公司获得持续的核心竞争力，为公司的长远发展做出重要的贡献，推动重庆地区汽车铰链及限位器生产企业的自主研发能力，加速推动重庆市高端汽车制造企业的配套研发、生产、制造能力提档升级，实现企业社会效益不断外溢。

4.3 辐射带动产业上下游

通过研发及量产主动式发动机罩铰链新产品，带动下游产业链开展新产品配套，服务上游产业链新产品研发，有效地促进行业技术进步，对重庆汽车制造业的发展提供了重要的支持和保障，也促进重庆市地方经济的发展，可大大推动长寿区工业转型升级发展的步伐，对持续促进长寿区现代工业发展、服务园区产业集群、丰富园区产业结构具有重大意义。

4.4 开创汽车零部件经销商及定制开发销售产品新模式

针对主动式发动机罩铰链新产品的研发及量产，在完成产品工程化设计后，汇编主动式发动机罩铰链产品开发完整体系资料，制定相应的企业标准并严格执行标准提升企业产品的质量，为主动式发动机罩铰链的标准化、系列化提供坚实的基础，进而快速响应经销商及定制开发销售产品，在汽车零部件产业中开创零部件经销商及定制开发销售产品新模式。

4.5 稳固汽车零部件供应链体系

受新冠肺炎疫情及国家环境等因素影响，2020年初至今中国汽车零部件产业链受到冲击，部分关键核心部件出现“断供”风险。建设“自主高效、安全稳定”的中国汽车零部件供应链体系，成为中国汽车零部件产业发展的主基调。以主动式发动机罩铰链新产品的研发及量产为切入点，实现主动式发动机罩铰链产品迭代升级，以新产品研發、试验、标准化、系列化和技术服务为依托，实现产品和服务的融合，推动汽车零部件产业“固链、强链、补链”工程，提高汽车零部件产业垂直整合程度，增强汽车零部件产业关联性、集成性，形成自主完整的发动机罩铰链供应链体系，抢抓战略发展先机，稳固汽车零部件供应链体系。

5 结语

以汽车安全技术领域行人保护中被动安全保护的主动式发动机罩为切入点，围绕一种可重复动作、机械式弹起机构的主动式发动机罩铰链的研发和量产而开展。通过主动式发动机罩铰链的研发和量产，开发一套基于行人保护的主动式发动机罩铰链机构，形成一套基于行人保护的主动式发动机罩铰链的结构性能仿真分析数，形成一套基于行人保护的主动式发动机罩铰链的结构性能性能试验结果，开发一套主动式发动机罩铰链对应工装、夹具、模具、检具，汇编主动式发动机罩铰链产品开发技术要求，制定主动式发动机罩铰链相应标准，开发一套主动式发动机罩铰链智能化生产线，最终实现年产主动式发动机罩铰链6万套以上。以主动式发动机罩铰链的研发及量产为切入点，为汽车行业提供行人保护关键零部件，提升企业科技创新水平，辐射带动产业上下游，开创汽车零部件经销商及定制开发销售产品新模式，稳固汽车零部件供应链体系。

基金项目：2022年度长寿区科技局计划项目（cskj2022006）。

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