发动机盖铰链的设计开发

梁世强

摘要：发动机盖铰链是连接车身与发动机盖的关键部件，也是发动机盖的主要受力部件，对发动机盖起主要支撑作用，并为发动机盖提供旋转的轴线。发动机盖围绕铰链轴线旋转实现发动机盖开启与关闭功能，其性能和布置直接关系到发动机盖开关舒适性和财产安全。

关键词：乘用车；发动机盖铰链；轴线

前言

发动机盖铰链按结构形式分为合页式发动机盖铰链和四连杆式发动机盖铰链。因合页式铰链结构简单，稳定可靠，成本低廉，因此大多经济型乘用车发动机盖铰链为合页式铰链结构，少数中高端车使用四连杆结构。

1. 发动机盖铰链的设计流程

发动机盖铰链布置的原则是节约空间，隐蔽性好，一般会将铰链布置在流水槽内。发动机盖铰链的布置位置需要同时结合发动机盖开启角度、发动机盖人机工程校核及与周边件之间的安全间隙等方面综合考虑，从造型效果图到CAS设计、数据设计，发动机盖铰链的布置起到至关重要的作用。

1.1.1 铰链位置布置设计

考虑到发动机盖开启方便性以及与周边件的距离，在考虑造型与空间限制后尽量将轴线布置往后靠。两个发动机盖铰链轴线保证在同一直线，且左右铰链布置需要对称。一般要求两个铰链距离越大越好，作用是增大发动机舱空间。

1.2 铰链轴线设计

（1）铰链轴线布置越靠近发动机盖外板和发动机盖上分缝后端越有利，因为铰链轴线越靠后，发动机盖在打开过程中，发动机盖与翼子板之间间隙就越大，避免发动机盖开启关闭过程中铰链包络面和发动机盖本体包络面与周边件干涉。但同时需要考虑发动机盖铰链处钣金安装强度、发动机盖包边、钣金电泳性能以及与周边件间隙。推荐铰链位置断面如下：

L1≥t1+R+b

20mm≤L2≤40mm

其中：

t1：翼子板厚度

t2：内板厚度

R：铰链轴中心与铰链座顶部距离，推荐≥15mm

b：铰链与翼子板间隙，推荐≥3mm

1）发动机盖铰链轴线一般与Y轴方向平行，两铰链轴线的连线需在同一条直线上。

2）发动机盖过开3°与翼子板、通风盖板、前风挡玻璃间隙≥5mm

3）发动机盖外板沿±X、±Y、±Z偏移1.5mm，开启包络与翼子板不干涉

4）根据以上条件设定铰链轴线位置，铰链轴线调不出来时，可对分缝进行修改。

1.3 铰链结构设计

铰链底座的设计：

在铰链两个合页上，要为紧固螺栓留有足够接触品面，安装螺栓到周边件R角≥2.5mm。

若发动机盖铰链布置位于头部碰撞区域，下底座要具有压溃特征，若铰链布置时无关乎头部碰撞，则不用设计压溃特征，来保证铰链底座的强度。

为增加铰链底座强度，且减轻重量，根据底座具体形状，需要增加减重孔并增加翻边结构。底座设计时，安装面中间需要设计凸台来保证安装面的电泳。

铰链上座设计：

为防止铰链在实物状态下因为装调或者精度问题导致上下合页之间产生干涉，合页式铰链上下座之间运动包络间隙，要求≥3mm。

为保证强度，加强翻边和加强筋需要贯穿整个上座，来保证铰链上座能满足试验要求。安装面中间需要设计凸台来保证安装面的电泳。

铰链安装孔孔径设計应有一定的调节余量，满足发动机盖的装调，目前铰链发动机盖侧及车身侧安装孔均设计为Φ11mm的圆孔，11mm×13mm的腰孔。

1.4 发动机盖铰链开启角度设计

为满足人机工程要求，发动机盖总成开启高度需满足95%男性头部运动空间和5%女性手部运动空间，即图示中95%男性靠着前保的头部运动空间与5%女性不靠前保的手部运动空间组成的设计区域。

为了保证发动机盖撑杆能够脱出，铰链开启角度一般要求为：铰链最大开启角度≥发动机盖开启角度+3°。

1.5 周边间隙设计

a.发动机盖总成前端包边过关5mm无干涉；

b.旋转包络与周边件无干涉；

c.发动机盖总成过开3°铰链与翼子板间隙≥5mm；

d.发动机盖总成过开3°本体与周边件间隙≥8mm；

e.铰链安装螺栓与发动机盖外板间隙≥10mm。

1.6校核方法

发动机盖过关校核方法

a、发动机盖沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、偏移的发动机盖数据以铰链轴线向下旋转，旋转的角度为发动机盖前部包边处偏移5mm对应角度；

c、要求：旋转的包络面与周边件间隙≥0mm。

发动机盖过开校核方法：

a、发动机盖沿X、Y、Z方向偏移±1.5mm；

b、过开角度：铰链最大开启角度+3°；

c、发动机盖铰链过开包络面与翼子板间隙≥5mm；

d、发动机盖本体过开包络面与周边件间隙≥8mm。

1.7铰链安装设计

发动机盖铰链采用螺栓连接简单方便、成本低，得到广泛的应用。铰链上座安装在发动机盖上，一般采用2个M8的螺栓固定，安装点间距一般要求>70mm。

根据不同车型车体边梁结构以及轴线的布置位置，铰链底座分为在发动机盖下侧或者在翼子板下侧。在发动机盖下侧则需要先安装铰链底座，此时布置设计时就要考虑到安装上座时安装工具的空间预留位置。而铰链布置在翼子板下侧，则先将铰链与发动机盖预装，后安装于车体边梁上，此时就要考虑到安装下座时安装工具的空间预留位置。

2.设计验证

在铰链结构设计时需要对其刚度、强度进行对应的CAE分析及试验验证以保证零部件结构设计的强度及性能要求。

2.1 CAE分析

模拟强度试验，CAE计算结果满足以下强度要求。

2.1.1过开启载荷

发动机盖在全开位置，将135N的载荷沿纵向中心线施加于发动机盖，部件不得出现开裂、 销松动及任何引起偏移或故障的永久性变形。

2.1.2扭转刚度

发动机盖在全开位置，在其前边缘两个方向上轮流施加135N载荷，部件不得出现开裂、销松动及任何引起偏移或故障的永久性变形。

2.1.3横向刚度

发动机盖在全开位置，在其前邊缘两个方向上轮流施加横向载荷135N，部件不得出现开裂、销松动及任何引起偏移或故障的永久性变形。

2.1.4静态承载能力

铰链处于闭合状态，以5mm/min的速率施加10000N的压力直至静止并保持3s以上，试验后不得出现任何脱开和断裂等破坏现象。

2.2 试验验证

2.2.1强度试验

实物满足2.1强度要求。

2.2.2可靠性

经3000次台架试验后发动机盖各项性能应符合下表要求：

备注：循环前需对各项性能进行检测，记录各项检测内容的初始数据（初始数据应满足设计要求）。

2.2.3高低温

经-40℃低温试验、80℃高温试验后扭矩变化量≤初始值30%（试验前在同一台架上进行初始值测量并记录）

2.2.4耐腐蚀性

1）经48h腐蚀试验后，产品外观及性能无任何变化；

2）经72h腐蚀试验后，产品无白锈；

3）经144h腐蚀试验后，产品无红锈（铆接位置除外），发动机盖不应该出现吱吱声等刺耳声音，测试铰链力矩变化量≤30%。（试验前在同一台架上进行初始值测量并记录）

2.2.5铆接扭矩

发动机盖铰链总成铆接后，发动机盖铰链的扭矩应在0.4Nm～1.5Nm之间。

3. 结论

随着乘用车的迅猛发展，人们对行车安全及行人保护要求也越来越高，越来越多的高端车型开始使用主动式行人保护铰链来提高碰撞得分。放眼未来，人工智能、轻量化等大量新技术也将应用于发动机盖铰链的开发过程中，我们应该顺应潮流，适应新时代的新要求，不断增强中国汽车工业的研发实力。

参考文献：

[1]葛如海，吴淼，陈小东，车彬彬，基于行人保护的发动机罩铰链研究，汽车技术，2008（12）

[2]江淮汽车公司，QIQ5201-发动机舱盖铰链总成验收技术要求，2011