某车型发动机罩开启失效研究及对策

杨伟民 胡钊军 万世明 喻龙 樊友嗣

摘要：某公司生产的某系列轿车，其发动机机罩无法开启的故障，在售后市场的质量抱怨一度非常严重，严重影响了汽车的正常使用，有部分用户甚至投诉至国家质检总局，严重损坏了公司品牌形象。结合机罩锁系统的工作机理及故障处理经验，本文分析了故障产生的根本原因，提出了相应的改进措施，给出了经济便捷的售后故障维修方法。同时将相关零件的技术要求，纳入到机罩锁系统的技术设计标准，并补充完善了性能认可试验规范，为该公司在机罩锁系统的开发认可方面提供了重要的经验反馈和设计指导。

关键词：发动机罩;开启;失效;拉索卡扣;断裂

中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（ 2021） 06-0084-06

Research and Strategy on the Failure of Vehicle Engine Hood

Opening

YANG Wei-min， HU Zhao-jun， WAN Shi-ming， YU Long， FAN You-si

（ Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company Ltd， Wuhan 430056）

Abstract： The failure of the engine hood of a series of cars produced by a company wasonce very serious in the after-sales market， which seriously affected the normal use of the car.Some users even complained to the Aosio， which seriously damaged the company's brandimage. Combined with the working mechanism and fault handling experience of hood locksystem， this paper analyzes the root causes of faults， puts forward corresponding improvementmeasures， and gives an economical and convenient after-sales fault maintenance method. Atthe same time， the technical requirements of relevant parts are incorporated into the technicaldesign standards of hood lock system， and the performance approval test specifications aresupplemented and improved， which provides important experience feedback and designguidance for the company in the development and approval of hood lock system.

Key Words： Hood; Open; Invalid; Cable Buckle; Crack

汽車的机罩锁系统，其主要功能是开启、关闭、定位及锁紧发动机罩。它安装在车辆前端，由驾乘人员通过拨转内部开启手柄带动钢丝拉绳进行往复传动机罩锁，实现机罩开启及锁止。相对其它车身功能件而言，其使用频率较低，但发动机罩锁系统关系着车辆的行车安全以及发动机舱零件的防盗安全，其功能的完备性，直接关系着汽车的正常使用，严重影响客户的操控体验和使用感知。

1 产品结构与功能要求

1.1 产品结构

发动机机罩锁的操控系统主要由机罩锁、控制拉索、密封胶塞、内部开启手柄等组成，在各部件的相互配合作用下，实现机罩的开启和关闭。该款车的机罩锁与控制拉索之间是通过塑料卡扣进行连接的。

机罩锁部分主要包括安装底板、活动卡板、活动摇臂等，机罩锁布置在前端水箱面板上，锁扣焊接在机罩内板上，由活动摇臂控制活动卡板与锁钩的啮合。

控制拉索部分主要包括定位卡扣、连接卡扣、钢丝拉绳、限位块等。为了确保机舱物品安全，机罩拉索区域需要设计防盗保护罩，确保从外部无法对机罩锁进行操作，并且拉索的走向还关系着机罩内开启手柄的操作力，拉索走向R角越小，手柄开启力越大。

1.2 功能要求

发动机机罩锁的操控系统在设计上需要考虑人机工程，包括开启发动机罩的操纵力、手部开启空间、关闭力等要求。

机罩锁是控制汽车发动机罩开闭的关键装置，其主要功能是保证机罩在使用时的正常开启和锁闭，以及车辆在行驶过程中机罩不会自动开启。随着近年来汽车技术的快速发展和法规的不断完善，机罩锁除了实现其基本功能，还需要从行人保护的角度考虑布置区域，必须满足防盗性能要求。法规要求，机罩锁必须由两道锁进行锁止，第1道锁通过乘客舱内的机罩内开启手柄拨动拉索进行开启，在第1道锁解锁后，发动机罩通过主锁的作用抬起一定高度后，手伸进机舱触动安全钩手柄开启第2道锁，实现发动机罩主锁的解锁过程。

机罩拉索作为给机罩锁臂提供拉力的传动部件，其主要功能是通过将人在驾驶舱对内开启手柄施加的旋转力转化为拉力，从而控制发动机舱里的机罩锁，实现打开机罩的目的。机罩拉索在设计开发时，需要保证与机罩锁摇臂相连接的塑料卡扣在常温、低温、高温、持续高温等使用环境下具有足够的强度;在使用过程中零件不会出现变形或磨损等缺陷，并且保留功能特性;卡扣的固定装配力、拆卸拔出力、脱出剪切力等均能满足相应的强度要求，并且耐气候性能、耐久性能等无降级。

2 質量现状

2.1 故障信息

据某公司商务部反馈，有用户抱怨其生产销售的某车型发动机罩盖无法正常开启。主驾驶位置的机罩内开启手柄无法控制引擎盖开启，严重影响了汽车的正常使用，造成客户严重不满，部分用户甚至投诉至国家质检总局，严重影响了公司品牌形象。

对售后数据进一步跟踪分析发现（见图3），从2018年11月开始，售后陆续出现该车型发动机罩盖无法开启的缺陷，并且一直没有找到简单有效的售后维修方案，网点只能在中网处打洞将机盖掏开。这种维修方法会破坏中网、保险杠加强板，需要更换中网、狮标、保险杠加强板、机盖拉线及锁扣等备件，操作非常复杂，且费用高昂（单车2000元人民币），非常不便于网点维修，网点和客户抱怨强烈。

根据故障件保修标识卡的描述，结合车辆的生产日期、维修日期、行驶里程、分布区域等信息进行分类统计，缺陷爆发主要集中在2018年冬天，行驶里程集中在5000公里至25000公里，地域分布无规律性。

2.2 故障模式

对缺陷零件进行拆解，通过机罩锁与机罩拉索的装配关系及运动状态分析，确认该故障是由于机罩拉索上靠近机罩锁端的塑料卡扣发生断裂，导致拉索卡扣从机罩锁摇臂孔上脱出、拉索与机罩锁失去连接配合，力无法传递到锁上，造成用户无法开启发动机罩。

同时，在部分返回的机罩锁摇臂孔上，发现有肉眼可见的明显毛刺，这个毛刺也可能会对塑料卡扣造成划伤，故障现象及配合关系见图4所示：

3 原因分析

3.1 符合性检查

针对机罩开启拉线总成售后出现较高比例的卡扣断裂的现象，开展了从原料的入厂检查、零件的生产工艺、产品的全尺寸测量的全流程工艺审核，以及从已知问题的整改跟踪等领域人手，重点审核了产品定义、生产场地、生产设备、模具、工装、关键特性CSE项及监控频次等与开发阶段认可的一致性。

在现场随机抽查了42件机罩锁，发现3件的摇臂卡扣安装孔上有肉眼可见的明显毛刺，这种毛刺是技术标准明确禁止的，零件符合性存在风险。

3.2 断口分析

对3个失效件的断面进行微观形貌观察，黄色箭头为零件理论受力方向，根据断面裂纹的扩展方向，推断零件断裂的主要受力方向（断裂起源）为红色箭头，断口分析如图5所示：

通过对故障件的断口分析，断面分析的结果，红色箭头标注了受力的区域和方向，零件的拍摄方向全部统一，整体上看，几个件的受力位置和方向的相似度较高，结合拉索受力分析（见图6），可以判断卡扣是在钢丝绳拉伸方向受力导致的断裂。

3.3 卡扣强度分析

3.3.1 影响因素1：持续高温环境导致机罩卡扣剪切强度降低。

考虑到车辆在行驶过程中，发动机发热，环境温度随之变化，特别是在炎热的夏季，前机舱内的环境温度会很高，于是模拟环境温度进行了耐老化对比试验，将卡扣放在高温老化试验箱中，140℃放置240h，试验结束后常温放置4h，再将卡扣模拟实车安装到电子拉力机上，以lOmm/ min速度进行极限剪切力验证。

从试验结果可知（见表1），卡扣的力学性能满足技术标准ST要求。但是横向对比发现，该车型卡扣距离发动机最近，且该车型是涡轮增压发动机，较自然吸气发动机的环境温度要高，卡扣在持续高温的环境下，强度下降，目前使用的卡扣材料PA66 408L在持续高温工况下的剪切强度衰减较大，不满足要求的> 500N技术标准，因此，卡扣的材质热老化性能不好，进而导致部分卡扣脆断，这是售后出现故障高点的主要原因之一。

3.3.2 影响因素2：卡扣损伤导致卡扣剪切强度下降。

由于符合性检查已识别出机罩锁摇臂孔上有毛刺风险，而这个孔恰好是拉索卡扣的安装孔，为了验证毛刺对卡扣的性能影响，设计了一组对比试验，主要验证卡扣在被毛刺划伤情况下卡扣的强度影响，相关数据结果如表2所示。

从试验数据可以看出，PA66材料的卡扣在有缺口情况下，韧性会急剧下降。因此，机罩锁孔上的毛刺，会对拉索上的PA66卡扣形成划伤风险，而卡扣在有损伤的情况下，抗剪切强度会下降，无法满足技术标准ST的要求，这也是售后出现故障高点的主要原因之一。

3.4 解锁力值分析

随机抽查30台车辆，解锁力均大于30N（目标<30N）。进一步分析发现，2017年10月，为了解决机罩抖动的高频缺陷，对机罩的间隙面差做过一次调整，具体措施是机罩锁钩向Z+方向减短2.5mm，加上环境对机罩垫块刚度的影响较大（温度越低，机罩垫块刚度越大），该调整的结果直接导致机罩锁的解锁力增大，这也是售后出现故障高点的主要原因之一。

对机罩前部垫块和前保支撑点存在间隙问题，做了6台车在调整机罩锁位置前弥补这个间隙，方法是：在前保支架和机罩垫块接触面上，各增加1个5mm高的垫块，用力关闭机罩，借助机罩冲击力导致锁扣距离拉长变形，变相把机罩锁上抬或机罩垫块下降，机罩面差0.5-l.Omm，以前普遍3mm，测量解锁力回到了30N附近。邀请整车扣分进行评价，淋雨后在跑道上测试，观察水珠状态，未发现机罩抖动问题，整改效果良好。

3.5分析结论

综上所述，造成机罩拉索卡扣断裂的有两大因素：

（l）机罩锁摇臂上的毛刺造成了卡扣有不同程度的损伤，PA66材质的卡扣在有损伤的情况下，卡扣强度会急剧下降;同时由于该车型的发动机是涡轮增压结构，其发动机舱的温度要高于自然吸气发动机车型，在这种持续高温使用环境下，卡扣材料PA66 408L的剪切强度会大幅降低。

（2）前期为了解决机罩抖动的质量问题，将机罩锁钩向Z+方向减短了2.5mm，导致内开启手柄的解锁力增大，更加加大了机罩正常开启时，卡扣所需要承受的剪切力。

正是由于以上两大因素的叠加影响，导致拉索卡扣从机罩锁摇臂孔上脱落，进而产生拉索与机罩锁失去连接配合，最终造成用户无法正常开启发动机罩的故障。

通过分析评估认为，虽然通过增加垫块的方法将解锁力恢复至30N附近，解锁力得到改善，但是仍然没有达到设计的理想状态，由于机罩抖动也是关系到行车安全的重要问题，解锁力没有继续优化的空间，其造成的机罩解锁力变大的现状无法避免，因此，要想彻底解决目前面临的机罩拉索卡扣断裂问题，只能从卡扣的材料牌号或者零件结构上继续优化，提高卡扣本身的抗剪切力强度。

4 改进对策

4.1 机罩锁去毛刺

由于卡扣选用的材料为尼龙，该零件表面在受到环境件毛刺划伤后强度会急剧下降，因此保证卡扣在安装和使用过程中不能被环境件划伤，是保證卡扣强度的基本要求。

为了快速消除机罩锁摇臂上的毛刺影响，通知机罩锁供应商立即启动库存零件的挑选工作，主机工厂也增加了对毛刺监控项的复查，确保现供货零件无肉眼可见的毛刺。

同时，机罩摇臂原始设计为普通冲压件，在该种工艺下零件不可避免有毛刺产生，由于该孔较小，无法通过抛光等后续处理进行去毛刺，因此在目前工艺下，在机罩锁摇臂上新增规格为0.2mm的方角彻底去除毛刺。

4.2 卡扣强度优化

4.2.1 增加卡扣根部R角

由于卡扣根部原始设计时没有设计R角，在结构上，卡扣底板和卡扣受力部分在该位置有结构上的突变，形成了高应力集中区域，为改善拉索卡扣的受力状态，在卡扣根部增加0.5mm的圆角，让卡扣受力结构与底板之间进行圆滑过渡，消除这种结构上的突变，增大了卡扣受力的横截面，改变了该处的受力结构，提高了产品的受力能力。

4.2.2 更改卡扣材料

原定义的机罩拉索卡扣选用的材料为PA66408L，该材料在长时间140℃的高温的环境下，剪切强度会大幅下降。经试验验证，选用该材料的卡扣在240h高温环境耐久后，卡扣的剪切强度从大于500N下降到280N。同时长时间高温造成卡扣脆性增大，韧性降低，卡扣受力后出现脆断的问题。为改善该问题，将拉索卡扣材料由PA66 408L更改至性能更好的PA66 103HSL，新卡扣能满足持续高温条件下的剪切刚度，同时提升了卡扣的韧性，从而提升卡扣应对长时间高温的耐久能力。

5 改进效果

针对以上原因，分别采取机罩锁毛刺临时挑选、去毛刺工艺实施，卡扣材料变更，以及卡扣结构优化等措施，并及时发放售后维修工艺。改进方案实施后，跟踪效果非常明显，改进前后的12MR故障率改善5KPPM，售后维修成本由单车2000元RMB降低到150元RMB，年均保修费用节省约100万元RMB，大幅度提升了整车及部件的质量水平。

6 结束语

发动机罩开启操作系统作为影响安全驾驶的关键零件，随着涡轮增压等大功率发动机的普及，发动机舱内的热环境温度也越来越高，在新车型的零件开发过程中，需要考虑零件长期暴露在高温环境下的零件耐久性能，才能保证正常的产品功能及产品质量目标的实现。

本文结合机罩锁系统的工作机理及故障处理经验，从零件的符合性检核、失效件的断口模态、卡扣强度以及解锁力值等各个环节人手，循序渐进地进行了原因分析及解决方案的寻找和验证，找出故障产生的根本原因，提出相应的改进措施，并给出了经济便捷的售后故障维修方法，对于售后质量问题的分析与改进工作有一定的指导借鉴作用。

在解决质量问题的同时，将相关零件的技术要求提炼升华到机罩锁系统的技术设计标准，补充完善了相关产品性能认可试验规范，为后续该公司在机罩锁系统的开发认可方面，提供了重要的经验反馈和设计指导，具有很强的实际意义。

参考文献：

[1]DPCA机罩拉索设计技术规范[M].

[2]邱贵年.浅谈某微型车发动机罩锁布置方案[J]企业科技与发展，2008（18）.

[3]李燕龙.汽车发动机舱防盗策略[J].汽车工程师，2014 （1）.

[4]葛坤.乘用车发动机罩锁布置设计研究[J].设计研究，2018（ 17）.

[5]李涛，发动机罩拉索质量问题改善分析[J]检测与维修，2017（ 2）.

专家推荐语

康明

东风商用车技术中心工艺研究所所长

材料科学与工程 研究员级高级工程师

该文分析了故障产生的原因.提出了相应的改进措施，给出了经济便捷的售后故障维修方法。同时该文将相关零件的技术要求，纳入到机罩锁系统的技术设计标准，补充完善了性能认可试验规范，为该公司在机罩锁系统的开发认可方面提供了重要的经验反馈和设计指导。

该文设计合理，数据可靠，理论正确，具有一定的实用性。

杨伟民

毕业于湖北工业大学测控技术及仪器专业，学士学位，现就职于神龙汽车有限公司，任技术质量部车身系统集成主管，工程师职称。研究方向为车身专业质量问题分析与改进，发表科技论文4篇，获东风公司优秀学术论文三等奖1项，获武汉市企业管理现代化创新成果二等奖1项，湖北省企业管理现代化创新成果二等奖1项、三等奖3项。