某车型前舱盖铰链加强板的改善方案

卞书艳

摘 要：针对某车型在33000公里综合可靠性耐久试验过程中，两台试验车前舱盖铰链加强板处均出现焊点开裂问题，文章主要从结构设计、缓冲块布置、焊点布置等方面进行分析排查，分析了前舱盖铰链加强板处出现焊点开裂的原因，并对现有的铰链加强板结构进行了优化、强度分析、一阶模态分析。最后，通过综合可靠性路试试验进一步验证，焊点开裂问题得到根本解决。

关键词：前舱盖;铰链加强板;CAE;综合可靠性试验

中图分类号：TP212.14  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）03-79-04

1 前言

前舱盖（又称发动机盖）是醒目的车身覆盖件，同时也是车身重要的开启件之一，因此其结构性能的好坏，直接影响车身的总体性能和感知质量。前舱盖总成一般由前舱盖外板、前舱盖内板、内外板加强板、锁扣加强板、铰链加强板、铰链等组成。

本文主要是研究汽车前舱盖铰链加强板结构，从结构设计、缓冲块布置、焊点布置等方面进行分析，提出改进方案解决焊点开裂问题，结合CAE分析计算，在一定程度上缩短了问题解决时间，最终通过实车验证了改进方案的可行性。

2 开裂问题描述

在新车型开发过程中，需要经过规定的可靠性行驶验证，验证其整车及总成零件的可靠性，主要性能是否满足要求。为了保证车身在使用过程中的可靠性及耐久性，通常会对整车进行各种加速破坏的验证试验。常规的验证试验有两种，一种是整车PAVE路试试验，按试验标准进行3000km比利时坏路试验;一种是综合可靠性耐久试验，按试验标准进行33000km综合道路试验。

某车型OTS阶段样车在试验场进行综合耐久33000km试验时，2台试验车均出现前舱盖内板与铰链加强板焊点开焊，破坏形式一致，故障出现时车辆完成试验里程分别为坏路6000和坏路5400km。具体破坏形式为，前舱盖后部，与铰链连接处，内板与铰链加强板焊接位置焊点撕裂（见图1）。

3 开裂原因分析排查

3.1 冲压减薄

冲压减薄是汽车板件制造工艺中经常遇到的问题，尤其是在型面较复杂的零件中，车身部件在行驶过程中的疲劳开裂影响到车辆的安全、使用寿命等关键性能[1]。根据试验车焊点开裂位置，在前舱盖内板单件上对应区域随机选取测厚点，单侧4个测量点，左右共8个测量点，内板理论料厚0.7mm，零件实测料厚最小值0.608mm，零件冲压减薄率为13.14%，小于20%，满足要求。排除材料冲压减薄对焊点开裂问题的影响。

3.2 焊接质量

汽车板经成形工艺后，使用焊接工艺将各个零件组装成白车身，汽车用钢的焊接则是车身制造的关键技术之一，车身焊接中，经常会出现气孔、咬边、未熔合等焊接缺陷，影响焊缝品质[2]。

试验前样车接收查车时并未发现此区域焊点有裂纹、毛刺、压痕过大等缺陷。根据车身焊接工艺规范与检验要求，对出现开裂问题的前舱盖进行拆解剥离，检查前舱盖内板与铰链加强板的焊点，测量焊接熔核大小，要求焊接熔核大小<4mm为不合格，测量结果见表1，开裂处焊点均满足设计要求。排除焊点质量对焊点开裂问题的影响。

3.3 缓冲块支撑配合

前舱盖的缓冲块的主要功能：

（1）防止前舱盖过关时与周边零部件干涉;

（2）前舱盖关闭状态下起缓冲支撐的作用，保证整车的静态外观质量，还可以防止车辆行驶过程中前舱盖因振动而产生疲劳破坏。

该车型布置了4个旋转可调式缓冲块（见图3）。经实车查看，开裂的这两台车前舱盖前部2个缓冲块（缓冲块2、缓冲块3）未调整到位，缓冲块与水箱上横梁不接触，存在间隙，在前舱盖关闭状态下，前部缓冲块未起到缓冲、支撑的作用。

第二轮路试试验时，试验前实车确认试验车前舱盖缓冲块安装是满足设计要求，与下部钣金支撑面完全接触，路试完成后，试验车返回公司检查，仍存在焊点开裂问题（见图4）。由此可知缓冲块安装不到位，非前舱盖铰链加强板处焊点开裂的主因。

3.4 对标分析

通过上述排查，已基本可以排除外因造成前舱盖铰链加强板处焊点开裂。某车型前舱盖重量为13Kg，前舱盖内板料厚0.7mm，铰链加强板料厚1.2mm，铰链加强板与内板有效接触面积单侧0.004m2，铰链加强板与内板焊点数量左右各4个，铰链安装间距60mm（见图5）。

质量相似车型1：前舱盖重量为15Kg，前舱盖内板料厚0.7mm，铰链加强板料厚1.8mm，铰链加强板与内板有效接触面积单侧0.008m2，铰链加强板与内板焊点数量左右各6个，铰链安装间距59.5mm（见图6）。

质量相似车型2：前舱盖重量为12.5Kg，前舱盖内板料厚0.7mm，铰链加强板料厚1.2mm，铰链加强板与内板有效接触面积单侧0.008m2，铰链加强板与内板焊点数量左右各6个，铰链安装间距60mm（见图7）。

经对标，某车型前舱盖铰链加强板尺寸较小，加强板与内板的有效接触面积小，焊点数量也偏少，前舱盖内板与铰链加强板链接强度较弱。

4 铰链加强板结构优化设计

通过以上排查，前舱盖铰链加强板焊点开裂的主要原因应是，铰链加强板与内板接触面积小，两者链接的焊点数量少，在焊点开裂处存在应力集中现象;次要原因是，前舱盖缓冲块未起到支撑作用。

参考对标车型并结合CAE仿真分析，同时综合考虑产品开发进度及实际量产时间点要求，在现有数据结构下，对铰链加强板进行结构优化，改善应力分布。

铰链加强板优化设计具体变更如下：（见图8）

（1）铰链加强板尺寸加大，与前舱盖内板的接触面积由0.004m2加大0.007m2;

（2）铰链加强板料厚由1.2增加到1.5mm;

（3）铰链加强板与前舱盖内板的焊点数量由单侧4个增加到单侧6个。

四种典型工况中，其中跳动工况（X4g，Z6g）对前舱盖总成结构强度设计要求最为苛刻，本文暂只列出跳动工况下前舱盖总成的应力对比分析结果。从图9、图10及表2中可以看出原始状态四个焊点中最大应力为41Mpa，优化方案中六个焊点中最大应力为25.4Mpa，降低15.6Mpa，由此可见优化方案中的铰链加强板各个焊点应力分布得到进一步改善。

由图11内板铰链连接处局部应力图可以看出原始状态最大应力为187.2Mpa，大于DC04材料屈服强度184Mpa，存在开裂风险（与实车试验结果一致），优化方案最大应力为40.3Mpa，降低146.9Mpa，远小于DC04材料屈服强度，由此可见优化方案中的内板铰链连接处附近应力分布得到明显改善。

由图12前舱盖总成一阶模态阵型图可以看出优化方案相对于原始状态铰链附近的阵型有一定的改善，原始状态前舱盖总成一阶模态频率为31.7Hz，优化方案前舱盖总成一阶模态频率为32.2Hz，整个前舱盖总成刚度略有一定的提升。

5 改进方案实车道路验证

针对优化方案结构，再次进行整车PAVE路试和综合可

靠性耐久试验。试验后的前舱盖实物照片见图13，优化后的前舱盖未出现焊点失效的情况，焊点失效问题得到解决，改进方案结构通过了试验考核。

6 結论

本文针对某车型前舱盖铰链加强板与内板焊点在综合可靠性耐久试验过程中出现失效问题进行了研究，分析找出问题根源。同时通过结构对标提出了合理的解决方案。参考CAE分析的结果，对解决方案进行不断优化，在一定程度上缩短了问题解决时间，确保了方案的可行性。最终通过实际道路试验对解决方案进行了验证，从而解决了焊点失效的问题。

参考文献

[1] 王昕利，黄宗斌，练朝春.某微型车B柱开裂分析解决[C].2008中国汽车工程学会年会.

[2] 孟祥坤，鲍月峰.汽车车身焊接质量控制分析[J].科技致富向导， 2014（30）：112-112.