基于轎車改型設(shè)計(jì)的壓潰式發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈設(shè)計(jì)分析

徐林森

（慈溪市亞路車輛配件有限公司，浙江 慈溪 315303）

經(jīng)過(guò)大量調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，人與車發(fā)生碰撞之后，行人的頭部與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)罩或者是擋風(fēng)玻璃發(fā)生碰撞的可能性很大，導(dǎo)致人們的頭部發(fā)生嚴(yán)重的損傷，甚至?xí)黾有腥怂劳龅目赡苄?。發(fā)動(dòng)機(jī)罩因?yàn)樾枰獫M足車輛性能要求，鉸鏈區(qū)域高度較大，潰縮空間很小，所以會(huì)對(duì)人們的頭部帶來(lái)不利影響，無(wú)法滿足行人保護(hù)法規(guī)當(dāng)中的要求?；诖?，本文主要對(duì)基于轎車改型設(shè)計(jì)的壓潰式發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈設(shè)計(jì)展開深入探討。

1 概況

人們?cè)诔鲂械倪^(guò)程當(dāng)中，汽車已經(jīng)成為首選的交通工具，可以為人們快速出行提供幫助和便捷，并且大幅度提高人們的生活水平。轎車最大的特點(diǎn)就是空間大、通透性能好，可以適應(yīng)不同工況，所以更多的人對(duì)轎車非常關(guān)注與重視。汽車行業(yè)發(fā)展期間，汽車鈑金件焊點(diǎn)開裂問題的出現(xiàn)是駕駛?cè)藛T最為頭疼的問題，而且當(dāng)相關(guān)工作人員在新產(chǎn)品開發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)開發(fā)的時(shí)間、具體的成本、產(chǎn)品的總體質(zhì)量、用戶的需求等多方面內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真分析、預(yù)測(cè)，否則就無(wú)法確保自己設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品可以在市場(chǎng)當(dāng)中在站穩(wěn)腳跟并獲得更好的發(fā)展。在進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制的過(guò)程當(dāng)中，還需要對(duì)前期的開發(fā)進(jìn)行重視，將隱患從根源上解決，保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更佳。

發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈加強(qiáng)板與發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板進(jìn)行結(jié)合(焊接在一起)，為發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈提供安裝位置，并保證發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈有強(qiáng)度。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)罩是在發(fā)動(dòng)機(jī)艙處所設(shè)置，工作環(huán)境非常復(fù)雜與惡劣，若發(fā)動(dòng)機(jī)罩發(fā)生焊點(diǎn)開裂，那么出現(xiàn)銹蝕、漏水問題的可能性就會(huì)增大。發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈處應(yīng)力大，呈現(xiàn)力集中，在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)工作人員一直在思考，應(yīng)該運(yùn)用怎樣的方法，才能夠降低此處應(yīng)力值。與此同時(shí)，這也是發(fā)動(dòng)機(jī)罩設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的一大主要內(nèi)容。

汽車造型改變?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，諸多影響因素都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)工作帶來(lái)不利的影響，例如：為了保持最大通用化率，一些內(nèi)部零件依舊被使用。若原車型在初始設(shè)計(jì)時(shí)，并沒有對(duì)相關(guān)法律要求加強(qiáng)理解和認(rèn)識(shí)，也并未進(jìn)行仔細(xì)的思考，那么改型設(shè)計(jì)空氣必然會(huì)出現(xiàn)不足問題，想要呈現(xiàn)出更好的行人保護(hù)碰撞效果，難度極大。發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈部分傷害值非常高，碰撞要求發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈要有一定強(qiáng)度，防止在撞擊的過(guò)程當(dāng)中發(fā)生斷裂問題，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)罩對(duì)駕駛?cè)藛T以及其他乘客的生命安全帶來(lái)不利的影響。而且為了能夠呈現(xiàn)出更好的發(fā)動(dòng)機(jī)罩開啟運(yùn)行軌跡，發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈軸在設(shè)置的過(guò)程當(dāng)中，大多的情況之下都會(huì)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩的后邊緣外，與外表面距離相近，這樣的設(shè)計(jì)方法在行人保護(hù)試驗(yàn)當(dāng)中，頭部試驗(yàn)單元只是短距離緩沖，若與發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈相撞帶來(lái)的傷害會(huì)加倍[1]。

2 行人保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀

汽車成為人們出行過(guò)程當(dāng)中的重要工具，但是不可否認(rèn)的是，汽車在使用的過(guò)程當(dāng)中會(huì)發(fā)生各種各樣的交通事故，按照《中華人民共和國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)》當(dāng)中的內(nèi)容指出：我國(guó)道路交通事故傷亡人數(shù)、死亡的人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失一直處在高位運(yùn)行?，F(xiàn)如今我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)向著智能化、新能源化的方向發(fā)展和前進(jìn)，汽車安全技術(shù)將會(huì)面臨更多的挑戰(zhàn)，也會(huì)有更多機(jī)遇的出現(xiàn)。行人在交通體系中，是弱勢(shì)群體，與其他道路使用者相比較，行人面臨傷亡風(fēng)險(xiǎn)的可能性極大。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈的設(shè)計(jì)要求

由于發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈高硬度，會(huì)對(duì)行人頭部保護(hù)效果產(chǎn)生不利影響，所以需要用科學(xué)的方法，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈進(jìn)行改進(jìn)，保證此區(qū)域完全滿足法律要求，同時(shí)又需要符合車輛的其他要求[2]。

3.1 滿足車輛相關(guān)要求

發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈需要滿足車輛相關(guān)要求：

其一，車輛在行駛的過(guò)程當(dāng)中，如果受到某些因素所帶來(lái)的影響發(fā)生碰撞問題，發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈絕對(duì)不可以出現(xiàn)斷裂的情況，因?yàn)橐坏┌l(fā)生斷裂情況，發(fā)動(dòng)機(jī)罩會(huì)直接飛入車輛駕駛室的內(nèi)部，導(dǎo)致車輛駕駛?cè)藛T以及其他乘客受到非常嚴(yán)重的傷害，甚至出現(xiàn)傷亡。

其二，發(fā)動(dòng)機(jī)罩開度不要過(guò)大。

其三，低速碰撞測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)罩在鉸鏈處平移、旋轉(zhuǎn)等需要達(dá)到最小，防止原件被損壞。

其四，發(fā)動(dòng)機(jī)罩負(fù)責(zé)開啟和關(guān)閉狀態(tài)燈，應(yīng)該保證發(fā)動(dòng)機(jī)罩與附近的元件接觸力不會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈塑性變形的問題。

其五，駕駛條件造成加速力和空氣阻力，不可造成發(fā)動(dòng)機(jī)罩出現(xiàn)移動(dòng)情況。

其六，發(fā)動(dòng)機(jī)罩處在閉合的狀態(tài)之下，應(yīng)有壓力作用在腳墊點(diǎn)上，使得發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈處的縫隙不再出現(xiàn)。因?yàn)榭p隙的發(fā)生，容易增加變形問題出現(xiàn)的可能性。

其七，滿足裝配要求[3]。

3.2 行人保護(hù)要求

鉸鏈部分需要保證變形空間更加的充足，垂直高度低，可以吸收更多的能量，對(duì)于人的頭部加大保護(hù)的力度。通過(guò)上面的分析可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)罩的改進(jìn)工作非常的關(guān)鍵[4]。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1 原始鉸鏈主要結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)圖1 當(dāng)中的內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)罩原始鉸鏈雖然滿足車輛相關(guān)要求，但是并沒有較為足夠的運(yùn)行空間，而且硬點(diǎn)主要在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的內(nèi)部垂直剛度很大，沒有辦法滿足行人保護(hù)要求[5]。圖1是原始鉸鏈。

圖1 原始鉸鏈

4.2 原始鉸鏈安裝改進(jìn)

原始鉸鏈主要的轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面，轉(zhuǎn)點(diǎn)堅(jiān)硬程度較大，對(duì)于人的頭部會(huì)帶來(lái)很嚴(yán)重的影響。因此，需要將此轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)，將其設(shè)置到發(fā)動(dòng)機(jī)罩的外面。但是經(jīng)過(guò)專業(yè)工作人員認(rèn)真分析之后發(fā)現(xiàn)，此方法也有一定的缺點(diǎn)，給裝配工作帶來(lái)諸多的影響，而且很難保證發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈橫向有較高的強(qiáng)度[6]。

4.3 壓潰式發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈

壓潰機(jī)制的鉸鏈可以將行人碰撞的能量大量吸收，通過(guò)對(duì)圖2 當(dāng)中的內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)的分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)如果人的頭部與發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈上方相碰撞，由于已經(jīng)超過(guò)剪切削的斷裂極限，所以使其被壓潰，部件1 與部件2發(fā)生塌陷的情況，吸收更多能量。此項(xiàng)方法最明顯的特點(diǎn)就是發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈在轉(zhuǎn)點(diǎn)位于發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面，而且滿足行人保護(hù)要求。但是不可否認(rèn)的是，它也有一定的缺點(diǎn)，其與原始發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈相比較，需要更大的安裝空間，而且因?yàn)樵黾恿艘恍┎考?，所以造成機(jī)構(gòu)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)[7]。圖2 是壓潰式鉸鏈。

圖2 壓潰式鉸鏈

5 汽車行人保護(hù)技術(shù)發(fā)展方法

首先，企業(yè)在其發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，需要針對(duì)行人的頭部與腿部加大保護(hù)的力度，應(yīng)用被動(dòng)安全技術(shù)與方法，大幅度提高企業(yè)車輛行人保護(hù)水平。其次，對(duì)新技術(shù)加大研發(fā)的力度，保證技術(shù)有著較強(qiáng)的可行性。由專業(yè)工作人員進(jìn)入主動(dòng)彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋（主動(dòng)彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋技術(shù)由三部分共同組合而成，即：探測(cè)與傳感系統(tǒng)控制、控制系統(tǒng)與彈起執(zhí)行系統(tǒng)）。將行人保護(hù)氣囊、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)等行人保護(hù)新技術(shù)融入研究過(guò)程當(dāng)中，結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃，投入市場(chǎng)。因?yàn)槲覈?guó)道路交通環(huán)境特別的復(fù)雜，所以企業(yè)在發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)產(chǎn)品應(yīng)用驗(yàn)證加強(qiáng)重視，保證產(chǎn)品有著較強(qiáng)的可靠性。再則，系統(tǒng)性通過(guò)主被動(dòng)安全技術(shù)集成，提高車輛行人保護(hù)的性能。將傳統(tǒng)被動(dòng)安全技術(shù)與成熟主動(dòng)安全技術(shù)融合使用，二者相輔相成，進(jìn)一步提升汽車行人保護(hù)的水平，這也是未來(lái)發(fā)展的主要方向。企業(yè)還需要按照產(chǎn)品的真實(shí)情況以及技術(shù)的積累，在進(jìn)行車輛開發(fā)時(shí)，對(duì)自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)、主動(dòng)彈起式發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋等展開結(jié)構(gòu)優(yōu)化與造型優(yōu)化。最后，在汽車材料應(yīng)用上，需要對(duì)行人保護(hù)性能的影響進(jìn)行認(rèn)真的思考，認(rèn)真分析材料對(duì)形成保護(hù)性能的影響[8]。

6 發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈研究展望分析

現(xiàn)如今各大高校、企業(yè)、相關(guān)的科研部門都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈展開深入的研究與分析，在仿真分析、試驗(yàn)等多個(gè)方面取得的成果非常豐碩。隨著科學(xué)技術(shù)呈現(xiàn)出高速的發(fā)展態(tài)勢(shì)，基于行人保護(hù)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈研究也在不斷完善當(dāng)中。發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈未來(lái)研究展望包括以下幾方面的內(nèi)容。首先，主動(dòng)被融合的智能化汽車安全提檔升級(jí)?；谥鲃?dòng)被融合的智能化安全是汽車安全技術(shù)主要的方向，融入智能感知、主動(dòng)控制等專業(yè)技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈的設(shè)計(jì)與制作必定更為合理，能減少對(duì)行人所帶來(lái)的不利影響與傷害。其次，開發(fā)與應(yīng)用有高生物保真度有限元模型，確保仿真模型更加準(zhǔn)確，節(jié)約更多的成本，并且提供可供試驗(yàn)、可供參考的方針結(jié)果[9]。再次，研發(fā)出替代原有發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈的新材料，尋找結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、行人保護(hù)效能更為平衡的新材料。最后，傳感器技術(shù)不斷地發(fā)展，主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩鉸鏈作為一種使碰撞對(duì)行人頭部造成傷害程度降低的全新技術(shù)，將成為發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈研究最主要的方向[10]。

7 結(jié)語(yǔ)

總之，一旦發(fā)生交通事故，行人、非機(jī)動(dòng)車、摩托車駕駛?cè)藛T受到的傷害是非常大的，因?yàn)樗麄兪侨鮿?shì)群體，甚至有時(shí)交通事故會(huì)威脅到他們的生命。眾所周知，我國(guó)道路是混合性交通，機(jī)動(dòng)車與行人處在同一條道路上面，所以行人與機(jī)動(dòng)車發(fā)生碰撞的可能性是非常大的?，F(xiàn)有的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈結(jié)構(gòu)剛度很大，潰縮空間偏少，沒有辦法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈區(qū)域行人保護(hù)頭部重?fù)粜阅艿囊?，通過(guò)專業(yè)工作人員的認(rèn)真設(shè)計(jì)和分析之后，決定延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)罩鉸鏈的實(shí)際長(zhǎng)度，將角度旋轉(zhuǎn)中心遠(yuǎn)離行人頭部容易碰撞的區(qū)域，此形式鉸鏈尺寸很大，對(duì)總布置提出較高的要求。將壓潰式鉸鏈與原始鉸鏈進(jìn)行比較，二者之間有較大的差異，前者可以有效降低頭部加速度二次峰值，保護(hù)行人與車輛駕駛?cè)藛T的安全，滿足行 人保護(hù)性能要求。