发动机舱总成设计讲解

发动机舱总成设计讲解发动机舱设计--构成发动机舱是动力总成的主要承载部件，也是前碰撞整车安全的主要吸能部件。发动机舱一般由左右前纵梁总成、左右轮罩总成、前保横梁总成、前挡板总成、前风挡下横梁总成所构成。发动机舱设计-前碰撞（高速）前碰撞强制法规范：FMVSS208、ECER94、CMVDR294（GB11551）发动机舱设计-前碰撞（高速）检测标准：北美IIHS、欧洲EuroNCAP、中国C-NCAP，主要考察假人伤害值：头颈部伤害值和胸部伤害值及小腿、脚、脚踝伤害值。从车身的角度分析前碰撞主要有：1、前纵梁变形模式（手风琴折叠变形）2、碰撞加速度波形（匹配安全气囊）3、前挡板入侵量4、发盖刺入前风挡玻璃5、A柱折弯程度6、A柱后移量关注扣分项：1、A柱后移量100mm内不扣分，100-200mm线性从1-2扣分，最高扣2分2、乘员舱的结构完整性被认为不安全，将扣1分3、脚部空间发生重大断裂，通常是由于点焊接合处的断裂，得分将被扣1分4、踏板位移50-175mm线性从0到1扣分，最高扣1分5、试验中车门打开，整个试验至少要扣1分，每打开一个车门（包括后门）将要被扣1分。结构完整性的损坏根据特征鉴定，例如：1）门锁和铰链失效。除非门充分的保留在门框上。2）在前/后压力下车门卡住或其他失效。3）仪表盘与A柱接合处分开或接近分开。4）门缝遭受严重的破坏。前纵梁理想变形区段：S1从横梁的最后端到散热器，主要由保险杠横梁和横梁安装盒承担，长约150mmS2轮罩前的纵梁变形区，主要由纵梁、上加强梁承担能量吸收，长约300mmS3从动力总成后端到前挡板，主要由纵梁、轮罩、上加强梁承担能量吸收长约150mmS4指前挡板充许侵入量，(在Euro-NCAP偏置碰时A柱向后的位移量如小于100则不扣分,如达到200则扣2分)，长可100mm.发动机舱设计-理想变形区段碰撞车身传力的分线：Shortgun---A柱及前门窗台前纵梁---前挡板内加强板---A柱下部前纵梁---前纵梁后部---扭矩盒---门槛碰撞车身传力的主线：前纵梁---前纵梁后部---底板纵梁----车身后部骨架发动机舱设计-前纵梁前纵梁功能：承担来自前悬架系统、发动机的工作载荷、前碰的主要吸能结构。前纵梁组成如图：A、吸能区1：前碰撞最重要收能区域，理想折叠形式为手风琴式的变形最大程度吸收能用量，并为安全气囊匹配提供合适的加速度值B、动力总成安装区：发动机匹配提供理想的纵梁刚度，足够强度保证动力总成不后窜C、吸能区2：动力总成与前挡板之间，在撞碰时希望适当变形参与能量收吸。D、纵梁折弯区：由于前纵梁与底板的高度差，在力传导中此处极易弯折，造成前挡板较大的入侵量，此处设计需要有足够的强度支持前纵梁的变形。E、与底板搭接区：前纵梁的撞碰剩余能量传导入底板的重要搭接区，要求较高的搭接强，需要至少两排焊点前纵梁截面设计：纵梁截面的形状很大程度的决定了它的碰撞吸能效果常见5种截面，这几种结构所能承受的碰撞力不尽相同，假定A截面的是1的话，B的大约是在0.69，C的是1.07，D的为1.14，E的为1.15。A和B截面形式的纵梁对于发动机舱零件安装方便，制造工艺简单，D和E截面形式的纵梁相对复杂，因此A和B截面经常被采用。AudiA8的纵梁前部就采用D的圆管的结构。发动机舱设计-前纵梁前纵梁的结构布置要求：1、截面尺寸：截面尺寸的大小与碰撞吸能多少有直接关系。在纵梁设计中可以根据整车的目标重量及参考车型的截面大小初步定义我们纵梁截面的大小。在相同的碰撞速度下，碰撞能量与整车的质量成正比E=m.v2/2，因此，整车的质量越大前纵梁截面尺寸设计也应该相应要大。前纵梁的结构布置：2、离地高度：吻合各法规碰撞器高度要求，理想高度与前保横梁中心高度一致。摆捶、模拟保险杠及可变形壁障试验规范中，碰撞器高度设置有要求。a、摆捶撞击的高度范围：445±57mm，适合欧洲及北美；b、完全正碰模拟保险杠横梁的高度范围：457±50.5mm，适合北美；c、15%重叠模拟保险杠横梁的高度范围：406±50.5mm，适合北美；d、40%可变形壁障高度范围：200mm~530mm，适合欧洲及北美。北美前保横梁中心线离地高度406.5mm≤H≤456.5mm，欧洲前保横梁中心线离地高度388mm≤H≤502mm，满足北美高度布置要求的前保横梁，同时可以满足欧洲高度布置要求。发动机舱设计-前纵梁前纵梁的结构布置3、前纵梁周边条件：1）转向横拉杆包罗面与前纵梁间隙≥10mm发动机舱设计-前纵梁2)轮胎包罗面与前纵梁间隙≥10mmABCABC前纵梁的结构布置4、前纵梁设计要求吸能区要比后部软，保证前部吸能区一层层折叠，确保最佳的吸能效果发动机舱设计-前纵梁a、前纵梁后部增加加强板以加强后部的强度，前部吸能区相对较软b、激光拼焊技术应用：前部用软点的材料后部用硬些的材料c、前纵梁分两件点焊而成，分别采用不同材料，前软后硬。d、前部吸能区设计Z向的变形诱导槽前纵梁本体前纵梁内加强板变形诱导槽B340/590DP/1.8B340/590DP/2.0变形诱导槽激光焊缝发动机舱设计—前轮罩普通轿车一般麦弗逊式和双横臂式前悬架，前轮罩的主要功能是安装前悬架并承载整车的重量。麦弗逊式前悬架双横臂式前悬架前轮罩设计要点：1、前悬架安装点强度----CAE分析2、前轮胎跳动包罗面空间，要求前轮罩与轮胎跳动包罗面间隙大于10mm3、shortgun在碰撞的吸能设计，控制前轮的后侵量4、发动机盖铰链安装点强度碰撞时不后窜导致发盖侵入前风窗发动机舱设计—前轮罩前轮罩组成：轮罩本体、前减振器座本体、减振器座加强板、轮罩上加强梁（shortgun）Shortgun内板接焊序一般在发动机舱总成，外板在主焊线焊接Shortgun也是碰撞的重要吸能部件，设计原则和前纵梁一样，要求前部比后部软。前部可充分变形吸能，后部要硬控制发盖安装点的后移量及前轮的后移量：1、发盖安装点后移导致发盖可能插入前风挡玻璃2、前轮过量移动对A柱后移量影响较大发动机舱设计—前轮罩前轮罩与前轮包罗面间隙大于10mm前保横梁高度布置摆捶、模拟保险杠及可变形壁障试验规范中，碰撞器高度设置有要求。a、摆捶撞击的高度范围：445±57mm，适合欧洲及北美；b、完全正碰模拟保险杠横梁的高度范围：457±50.5mm，适合北美；c、15%重叠模拟保险杠横梁的高度范围：406±50.5mm，适合北美；d、40%可变形壁障高度范围：200mm~530mm，适合欧洲及北美。北美前保横梁中心线离地高度406.5mm≤H≤456.5mm，欧洲前保横梁中心线离地高度388mm≤H≤502mm，满足北美高度布置要求的前保横梁，同时可以满足欧洲高度布置要求。发动机舱设计-前保横梁前保横梁结构组成：前保横梁分总成、左右吸能盒、及安装板组成；前保横梁分总成从工艺上分冲压焊接成型和滚轧成型两类。发动机舱设计-前保横梁1、冲压焊接成型由多个冲压件焊接而成，其优点结构灵活，可变截面设计，冲压件自制生产。缺点是材料利用率低，由多件零件焊接而成，重量较大，高强度钣金冲压成型困难。2、滚轧成型是由钣金等截面由滚轧模具成型，优点材料利用率高，可设计成单个零件，重量轻，可适用于特高强度的钣金成型。前保横梁相关法规：发动机舱设计-前保横梁三者试验考察的内容基本相同：1、照明灯和信号装置能持续正常工作并清晰可见2、发动机盖、行李箱盖和车门能正常开闭，汽车的侧门应在碰撞的作用下不能开启。3、供油和冷却系统应无泄漏，油路或水路不堵塞，其密封装置与油箱和水箱盖能正常工作。4、排气系统不应损坏和错位。5、传动系统、悬架系统（包括轮胎）、转向和制动系统保持良好的调整状态并能正常工作。Allian检测规范试验以16Km/h的速度以40%重叠与刚性壁发生碰撞，考察车辆损坏程度及维修成本分析。IIHS检测规范中包括四种试验方法：1）以8Km/h的速度完全正面重叠与刚性壁发生碰撞2）以8Km/h的速度30度角与刚性壁发生碰撞3）与模拟保险杠以10Km/h速度正面撞击，模拟保险杠高度457mm4）与模拟保险杠以5Km/h速度15%重叠撞击，模拟保险杠高度406mm低速碰撞要求前保横梁分总成具体足够的强度，一般选择材料1000MP以上。一般发生碰撞时横梁会折弯，左右吸能盒发生轻度变形。除Allian以16Km/h速度40%offset碰撞刚性壁，吸能盒完全折叠变形。前保横梁相关法规：发动机舱设计-前保横梁低速碰撞要求前保横梁分总成具体足够的强度，一般选择材料1000MP以上。一般发生碰撞时横梁会折弯，左右吸能盒发生轻度变形。除Allian以16Km/h速度40%offset碰撞刚性壁，吸能盒完全折叠变形。前保横梁相关法规：发动机舱设计-前保横梁30度角碰撞区域要求有足够的要求支撑并吸收碰撞能量，横梁本体超出角碰撞区域100mm，并留有不少于60mm的吸能块厚度。另：前保横梁截面尺寸选择可根据参考样车的尺寸及CAE分析结果确认，设计可以初步选择截面大小120mmx85mm，并给吸能块留100mm的布置空间。前保横梁相关法规：行人保护法规发动机舱设计-前保横梁车辆撞到行人理想的行人腾空过程如右图：前保撞到行人小腿并把行人顶起髋骨落在发盖上然后头部也落在发盖设定好的行人保护区内。行人小腿伤害：前保与行人小腿接触是尽量减小行人小腿骨的伤害。在前保横梁下面设计一下横梁，使车辆与行人双点接触减小行人小腿伤害，并有利于把行人顶起。发动机舱设计-前挡板不论是国家强制法规还是NCAP等非官方机构规范，对于前挡板的碰撞结果重点考察前挡板的入侵量。前挡板的入侵量直接影响小腿伤害值，同时也直接影响踏板的移动量增加扣分可能性。发动机舱设计-前挡板前挡板入侵量的影响因素：1、前纵梁后端截面大小，强度要求足够支撑前碰撞力2、前纵梁前部吸能变形合理3、车身碰撞传力路径合理其中，1和2主要取决于前纵梁的结构设计的合理性，前挡板结构设计是车身碰传力路径设计的重要组成部分。左/右加强板：在碰撞中把部分力传导到A柱以支撑前挡板外加强板：连接左右纵梁在碰撞中维持驾驶舱的平衡性，并把部分力传到另一侧发动机舱设计-前挡板前挡板上部，也称前风挡下横梁，玻璃安装截面。玻璃安装面流水槽本体横向封闭截面，提高侧向刚度前盖密封条安装，防机舱废气通过空气室进入乘员舱发动机舱设计-前挡板前挡板上部，也称前风挡下横梁，雨刮安装与运动包罗面，运动包罗面与流水槽间隙大于10mm除了雨刮的布置空间外，还需要设计雨刮系统的安装支架，一般需要三点固定雨刮系统。雨刮电机固定点需要承载电机的重量，因此需要设计一个强度较高的支架固定电机，另两个分别是两个雨刮臂连杆的固定点，需要考虑具有足够的刚度，以防雨刮工作时产生抖动。另外，车身设计中还需要考虑电机的防水，在电机的正上方不可有流入到电机，需要有遮挡物。发动机舱设计-前挡板前挡板上部，也称前风挡下横梁，前风挡排水前挡板上部，也称前风挡下横梁，空调进气口空调进气口一般设计成翻边孔，大小可根据进气量计算得到，要求翻边高度5mm以上，滤清器固定方案可选用焊接T型钉N90149502固定。为了从前风挡流下的水不流入滤清器上，要求在滤清器的正上方要求有下装饰板或是钣金遮挡。发动机舱设计-前挡板前挡板上部，也称前风挡下横梁，VIN码另外，VIN码是法规要求，但是在车身设计中经常被忽视的问题。因此，设计前挡板上部总成的时候，还需要考虑VIN码的要求。奇瑞公司企标规定：VIN码必须打刻在前挡板上部或轮罩的可见区域，并要求在整车的右侧。VIN码打码需要一个面积为20X200mm的平面，并且在此平面的正反两边需要预留打码机夹紧面及操作空间。发动机舱设计-前挡板前挡板下部总成：歇脚踏板前挡板结构设计通常布置有歇脚踏板以供驾驶员脚部休息之用，设计歇脚踏板的要求驾驶员脚搁着舒适，减少驾驶员的疲劳程度。总布置确定整车H点并布置好假人，调整脚部平面与小腿成角度α，要求α=90±5°，此时脚部平面的摆放位置就是歇脚踏板的设计位置。发动机舱设计-前挡板前挡板下部总成：前挡板与发动机舱内外加强板与发动机