馬晏強 丁盛 俞燕

摘 要：文章以發(fā)動機罩鎖為研究對象，闡述了其工作原理，并介紹了結(jié)合其結(jié)構(gòu)、相關(guān)法規(guī)、人機工程、成本等因素的影響下對SUV發(fā)動機罩鎖布置的具體方法。希望通過文章的分析和研究，可以為相關(guān)人士提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機罩鎖；布置；人機工程；行人保護

中圖分類號：U464 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0079-04

Abstract： This paper takes the engine hood lock as the research object， expounds its working principle， and introduces the concrete method of the SUV hood lock arrangement under the influence of its structure， relevant regulations， ergonomics， cost and other factors， in the hope that through the analysis and research of the article， we can provide some reference for relevant people in the trade.

Keywords： engine hood lock； layout； ergonomics； pedestrian protection

1 概述

發(fā)動機罩鎖是發(fā)動機罩的鎖止機構(gòu)，其功能是保證發(fā)動機罩的順利開關(guān)，合理的布置有利于整車外觀造型意圖實現(xiàn)，發(fā)艙總布置空間優(yōu)化，操作舒適性提升，提高顧客滿意度，滿足相關(guān)法規(guī)要求。尤其近年來對行人保護的重視，要求更高的碰撞安全星級，發(fā)動機罩鎖的優(yōu)化布置顯得更為突出。本文就SUV發(fā)動機罩鎖的安裝及結(jié)構(gòu)選擇，空間布置，人機工程，GB/T24550法規(guī)和C-NCAP星級的要求等進行初步研究。

2 行人保護法規(guī)要求

2.1 GB/T24550

規(guī)定頭型試驗區(qū)域由前緣基準線、WAD1000線、左右側(cè)基準線、后基準線、WAD2100線構(gòu)成，如圖1。車輛正常行駛狀態(tài)，柔性線一端與地面基準線接觸，垂直的落在保險杠前表面的下面，另一端與車輛前部結(jié)構(gòu)接觸，距離為1000mm的接觸點所形成的幾何軌跡為WAD1000線，畫線過程如圖2。

圖1

圖2

規(guī)定至少一半兒童試驗區(qū)域，HIC≤1000；三分之二以上兒童頭型和成人頭型合計試驗區(qū)域，HIC≤1000；剩余區(qū)域，HIC≤1700。若只有兒童頭型試驗區(qū)域，則三分之區(qū)域，HIC≤1000；剩余區(qū)域，HIC≤1700。

2.2 C-NCAP星級要求

行人保護得分在整車星級評價占比15%，共計15分，其中頭型試驗項占12分，4星要求頭型試驗項得分50%以上，5星要求頭型試驗項得分65%以上；若要發(fā)動機罩鎖局部區(qū)域不失分或者少失分，發(fā)動機罩鎖的布置位置十分重要。

3 發(fā)動機罩鎖的種類及優(yōu)缺點

發(fā)動機罩鎖工作原理：鎖止方式，一般包括一道鎖止機構(gòu)和二道鎖止機構(gòu)，當一道鎖止機構(gòu)失效時，二道鎖止機構(gòu)發(fā)揮作用，防止發(fā)動機罩自動打開阻擋駕駛員視野造成安全事故。開啟方式，一般為通過拉絲開啟一道鎖止機構(gòu)，通過手柄開啟二道鎖止機構(gòu)。

常見的發(fā)動機罩鎖有以下幾種形式：（1）分體式發(fā)動機罩鎖，如圖3；（2）傳統(tǒng)式發(fā)動機罩鎖，如圖4；（3）雙拉式發(fā)動機罩鎖，如圖5。

傳統(tǒng)式發(fā)動機罩鎖有橫撥和上撥兩個開啟方向，分體式發(fā)動機罩鎖開啟方向為上撥，雙拉式發(fā)動機罩鎖結(jié)構(gòu)與另兩種差別較大，無手柄結(jié)構(gòu)，拉絲第一次拉動時，鎖止機構(gòu)旋轉(zhuǎn)至半鎖狀態(tài)，拉絲第二次拉動時，鎖止機構(gòu)旋轉(zhuǎn)至全開狀態(tài)，完成發(fā)動機罩鎖開啟過程。

優(yōu)缺點對比，如表1。

4 發(fā)動機罩鎖布置

4.1 鎖體的選擇

為了降低模具開發(fā)成本，鎖體的主體結(jié)構(gòu)一般選用目前正在使用的鎖體或者供應(yīng)商已有鎖體，開啟方向和安裝方向（正裝和反裝）需重新設(shè)計。

4.2 空間位置

鎖扣與二道鎖止機構(gòu)一般為硬點，在鎖體布置的時候，需要盡可能把硬點布置在行人保護碰撞區(qū)域以外，因SUV底盤較高，WAD1000線的位置比較靠近發(fā)動機罩前沿，一般情況而言，鎖體均會在碰撞區(qū)域以內(nèi)，為了降低HIC值，獲取更高得分，首先考慮按照碰撞方向鎖扣和鎖體盡量遠離發(fā)動機罩外板，一般要求此距離L0≥72mm，Y=0處斷面如圖6。

為防止干涉問題，鎖體與運動件間距A≥10mm，鎖體非安裝面部分與周邊靜止零部件間距B≥5mm。

4.3 嚙合角選擇

嚙合角為發(fā)動機罩鎖全鎖止時，ZX平面內(nèi)鎖扣嚙合方向與其旋轉(zhuǎn)中心和嚙合點連線的夾角，如圖7。

嚙合角θ最佳選擇為90度，此時鎖體與鎖扣法相切入，鎖止能力及耐久性最好；受發(fā)動機罩內(nèi)板沖壓方向、局部空間等因素的影響，嚙合角可調(diào)整為80度～100度。

4.4 拉絲的布置

拉絲走向一般由離駕駛室一側(cè)較近的拉絲固定結(jié)構(gòu)出發(fā)，經(jīng)前擋模塊或者T型梁、大燈、輪包、前圍板到駕駛室操作位置結(jié)束；為防止拉絲晃動，卡扣安裝點間距L2一般為300mm以內(nèi)；考慮拉絲傳動效率，拉絲彎曲半徑R≥50mm；拉絲還需要設(shè)計防盜結(jié)構(gòu)；如圖8。

拉絲最大開啟行程為S，鎖體開啟行程為L1，S≥L1+5mm。

4.5 裝配性

用工具校核鎖的安裝空間是否滿足要求。M6的套筒的尺寸是Φ15mm，M8的套筒尺寸是Φ22mm，要求螺栓打緊時，工具不與周邊件干涉。

4.6 人機工程要求

因需要手操作發(fā)動機罩開啟，需考慮人體模型手部尺寸，如表2；一般按照95百分位進行設(shè)計。

開啟手柄操作通道寬度滿足95%男性食指近位指節(jié)寬度，W≥21mm，開啟手柄通道長度滿足95%女性食指長度，L3≤60mm，發(fā)動機罩開啟過程中，鎖扣與二道鎖止機構(gòu)相切時，手柄處斷面如圖9。

4.7 彈起高度校核

發(fā)動機罩鎖解鎖時，發(fā)動機罩彈起高度要求，H≥15mm，否則出現(xiàn)以下兩個隱患：

（1）發(fā)動機啟停功能觸點開關(guān)失效。

（2）行車中發(fā)動機罩一道鎖止失效時，駕駛員不能及時發(fā)現(xiàn)，特別是高速行駛中發(fā)動機罩鎖止失效掀起后阻擋駕駛員視野，會引發(fā)安全事故。

鎖舌彈起力計算：

力學(xué)模型如圖10。

G為發(fā)動機罩重力，G=mg；

F為鎖舌彈力；

L4為重力力臂；

L5sinθ為鎖舌彈力力臂。

根據(jù)力矩平衡得出以下公式：

根據(jù)已有數(shù)據(jù)：

m=15kg，g=9.8m/s2，θ=86°，嚙合點FXYZ（764，0，557）

重心GXYZ（-443，0，740），

鉸鏈軸線：x=85z=831，

計算得出L4=528mm，L5=892mm；

帶入公式（1）

F=87.2N

彈簧剛度K值計算（以傳統(tǒng)式鎖為例）：

鎖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖11。

力學(xué)模型如圖12。

O為鎖舌旋轉(zhuǎn)中心；

L6為反向F力臂；

H為鎖舌彈起高度；

L7為鎖舌旋轉(zhuǎn)中心到鎖舌上彈簧固定點距離；

L8為鎖舌開啟時彈簧兩固定點距離；

L9為鎖舌旋轉(zhuǎn)中心到底板上彈簧固定點距離；

L10為發(fā)動機罩關(guān)閉時彈簧兩固定點距離；

F0為鎖舌開啟時彈簧力值；

L11為彈簧自然狀態(tài)兩固定點的距離；

L8-L11為鎖舌開啟時彈簧伸長量；

α為L7和L9的夾角；β為鎖舌旋轉(zhuǎn)角度；

γ為鎖舌開啟時L8與L9的夾角；

L7sinγ為鎖舌開啟時彈簧力力臂。

根據(jù)力矩平衡和幾何關(guān)系得出以下公式：

根據(jù)已有鎖體測量有以下數(shù)據(jù)：

L6=20mm，L7=23.2mm，L9=64.53mm，L10=73.85mm，H=15mm，L11=50mm；

代入公式（2），α=104.54°；

代入公式（3），β=36.87°；

代入公式（4），L8=59.8mm；

代入公式（5），sinγ=0.998；

代入公式（6），F(xiàn)=75.3N；

代入公式（7），K=7.7N/mm。安全系數(shù)一般取1.3，K值大于等于10N/mm，最終對實車發(fā)動機罩彈起高度測量為19mm，滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

本文通過對發(fā)動機罩鎖體結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，結(jié)合力矩平衡原理、幾何尺寸關(guān)系、車輛使用工況完成以下工作：

（1）根據(jù)安全碰撞對行人保護法規(guī)進行了簡要介紹。

（2）根據(jù)鎖體結(jié)構(gòu)對不同鎖體做了簡要對比。

（3）通過鎖體選擇、空間位置布置、嚙合角度、拉絲布置、裝配性、人機工程要求，對SUV發(fā)動機罩鎖的布置方法進行了詳細說明。

（4）通過力矩平衡計算，對發(fā)動機罩彈起高度、彈簧剛度取值計算進行了詳細說明。

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