李濤 李燕龍 楊飄 饒?zhí)煊? 李桂青

摘要：本文以實際車型開發(fā)為例，解析了機罩鎖解鎖過程中解鎖音過大，且存在撞擊鎖扣的復(fù)合聲音。通過理論計算，分析原因為機罩鎖的主彈簧的抬升力過大導致。通過改善彈簧參數(shù)初張力，聯(lián)合供應(yīng)商樣件試制，實車試裝評價，解決了異響問題，并為后續(xù)車型開發(fā)制定目標，具有很強的實際意義。

關(guān)鍵詞：機罩鎖;解鎖音;主彈簧;初張力

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2019）05-0012-04

李濤

畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學（威海），學士學位，現(xiàn)在東風技術(shù)中心車身部工作，任開閉件主管工程師，主要研究方向為開閉件設(shè)計，已發(fā)表《發(fā)動機罩在正面碰撞中的改善分析》等文章。

1 問題來源

東風某車型在試制過程中被VES評價部門指摘，當在機艙內(nèi)扳動拉索手柄解鎖時，機罩鎖位置會發(fā)生很大的“嘭”音，并伴隨撞擊鎖扣等的二次聲音，評價人員認為導致使用者感官上的不愉悅感，對產(chǎn)品產(chǎn)生不好的印象，故將解鎖音問題列為減分項，作為專項問題分析整改。

2 原因解析

2.1 問題識別

2.2.1 問題定性分析

對機罩鎖實車裝配位置放置，模擬解鎖狀態(tài)，分析機罩鎖可能產(chǎn)生聲音的來源，見下圖1：

機罩鎖主鎖解鎖過程：拉索控制鎖搖臂1旋轉(zhuǎn)，帶動鎖扣板2旋轉(zhuǎn)，當鎖扣板2旋出與鎖搖臂1的重疊量時，鎖扣板2會在主彈簧7力作用下，克服機罩板件重力，撞擊到本體板6達到限位位置，這樣主鎖扣3從鎖扣板2中脫出，主鎖解鎖完成。

機罩鎖二道鎖解鎖過程：主鎖解鎖后，使用者站在機罩前面，用人手旋轉(zhuǎn)鎖安全鉤4，從副鎖扣5中脫出，這樣機罩第二道鎖解鎖完成。人手抬起機罩，用撐桿撐住，即完成機罩的開啟過程。

通過主觀感受及數(shù)模評價可知：鎖扣板限位音產(chǎn)生是由于鎖扣板2旋轉(zhuǎn)后撞擊本體板6產(chǎn)生，二次撞擊音主要是副鎖扣5撞擊安全鉤4產(chǎn)生，鎖扣板回位力越大，則聲音越大，而鎖扣板回位力是通過主彈簧轉(zhuǎn)化來的，所以歸根到底是主彈簧7力值大小設(shè)定問題。

2.2.2 問題定量分析

建立簡化力學模型如下圖2：

主彈簧拉伸力F1，力臂L1

鎖扣板抬升力F0，力臂L0

根據(jù)力矩平衡：F1×L1=F0×L0

由于彈簧屬于拉伸彈簧，根據(jù)彈簧P;計算公式：F1=Kx+b（其中K是彈簧剛度系數(shù)，x是彈簧伸長量，b是彈簧初張力）

彈簧初張力指適足拉開互相緊貼的彈簧并圈所需的力，初張力在彈簧卷制成形后發(fā)生，彈簧自由狀態(tài)下F1=b

另外，彈簧還有幾種典型狀態(tài)，其中安裝到鎖上后形成初裝力A1，在機罩關(guān)閉狀態(tài)下為拉伸力A2，彈簧動作過程中可伸長到最大時最大拉伸力A3，如下圖3：

力值與彈簧線長的函數(shù)關(guān)系如下圖4所示：

根據(jù)圖示測量可知，b=7.59呵（1kgf=9.8N），K=2.72N/mm

當鎖扣板完全回位時，通過測量可知彈簧長度變?yōu)?9.8mm，力臂L1=32.55mm，力臂L0=20mm

則鎖扣板抬升力F0=（Kx+b）xL1/L0=（2.72×（79.8-70）+74）×31.55/20=159N

根據(jù)杠桿原理，計算出鎖位置重力值，如下圖5所示：

其電總成重力G=mg=149.9N，距離L1=520mm，距離L2=900mm

鎖位置重力

G1=G×L1/L2=149.9×520/900=86.6N

對比可知：鎖扣板回位力

F0=159N>G1=86.6N

由以上計算可以看出，鎖扣板回位力完全可以克服機罩重力，保證機罩彈起，回位時鎖扣板產(chǎn)生極大的沖擊力，導致金屬音產(chǎn)生。

2.2 競品對標

針對機罩鎖解鎖音大，除了主觀感受外，需考慮如何轉(zhuǎn)化為設(shè)計值，對此我們選取車型進行對標分析如下，

測量方法：環(huán)境噪音一致（約60分貝）條件下，將分貝測量儀（如下圖6）放置在機罩與格柵分縫位置，記錄機罩解鎖聲音[2]。

記錄各車型數(shù)值如下表1：

通過競品分析可知，解鎖音超過100分貝時，評價者認為解鎖音過大。另外，緩沖塊的位置也起到關(guān)鍵的作用，當緩沖塊處于最低及最高狀態(tài)時，分貝相差可超過14分貝[3]。

3 問題改善及驗證

為解決解鎖音大問題，通過如下步驟及解決方案

3.1 主彈簧初張力改善

根據(jù)彈簧計算公式F1=Kx+b可知，影響彈簧的因素為初張力b和剛度K，所以減少彈簧拉伸力有如下兩個途徑。

1）減小剛度K。由彈簧計算公式可知，更改剛度k只能通過更換彈簧材料，調(diào)整余量小;如果更改彈簧結(jié)構(gòu)，調(diào)整量大，不可控，不采用。

2）減小初張力。無需更改結(jié)構(gòu)，只需調(diào)整制造彈簧時線圈張力。

故推薦減小彈簧初張力來改善彈簧力值。

3.2 抬升量與解鎖音平衡

由于機罩鎖一般作為平臺件來管理，當重量相差不大時，不建議頻繁更改主彈簧參數(shù)，不利于生產(chǎn)管理。篩選出東風采用此車型機罩重力如下表2：

由于人解鎖時需要保證前部的手伸空間，如下圖7所示，需滿足手伸操作空間min16.5mm要求

由于F37車型鎖扣處重力最大，先以此數(shù)值反推初張力大小，看重力與抬升力平衡時彈簧初張力大小，即F抬升力=99N=（Kx+b）×L1/L0，推算出b=3.68kgf

供應(yīng)商反饋彈簧制造時初張力存在10%偏差，所以設(shè)定時修正b=3.68×1.1=4kgf

由于主彈簧回位時會先拉伸再回位，所以產(chǎn)生的抬升量多少及聲音大小還需實際裝車才能評價得出，分別試制4.0kgf，及4.6kgf的樣件各三個，裝車驗證進行試裝評價。其中D27只裝配4.0kgf，F(xiàn)37裝配4.0kgf，及4.6kgf樣件。

3.3 總裝緩沖塊調(diào)整工藝改善

機罩緩沖塊[4]有兩種作用，一是用來調(diào)整機罩間隙面差，二是提供一定的反力，在機罩過關(guān)時提供緩沖[5]。通過競品測量可知緩沖塊位置對解鎖音有影響，為消除緩沖塊裝配不到位造成的影響，定義如下要求。

緩沖塊增加裝配工藝點（如下圖s），并在總裝在工藝卡中明確，緩沖塊旋轉(zhuǎn)1.5圈，標記點對準緩沖塊缺口，然后在此位置調(diào)整間隙面差。

3.4 試裝評價

分別對F37及D27機罩鎖樣件進行試裝，測量解鎖音及彈起量，試裝結(jié)果如下表3：

驗證可知，采用4.0kgf初張力彈簧，F(xiàn)37及D27解鎖音可滿足要求，D27處于評價臨界值，可接受。

F37機罩前端抬升量可滿足16.5mm，前端通道滿足20.5mm。滿足要求故最終確定，以4.0kfg作為最終驗證件，改善有效。

3.5 試驗驗證

機罩鎖更改彈簧后進行了臺架試驗及開閉耐久試驗，以驗證機罩鎖性能是否滿足要求，結(jié)果如下：

臺架試驗5000次耐久試驗滿足要求

整車開閉耐久2000次滿足要求。

4 結(jié)論

本文通過改善發(fā)動機罩鎖主彈簧初張力，降低鎖扣板回位時對本體板的沖擊力，從而改善機罩鎖開啟音，同時消除了二次撞擊鎖扣的沖擊音。另外，在制造過程中，對機罩緩沖塊的理論位置進行了定義，避免因裝配手法導致的一致性偏差。并且，為實現(xiàn)機罩抬升量與解鎖音的平衡，通過制作樣件試裝進行實車評價，實現(xiàn)了鎖彈簧的平臺化應(yīng)用。另外，由于主彈簧樣本容量有限，同一車型初張力與解鎖音的對應(yīng)關(guān)系，沒有深人研究，后續(xù)其他研究者可以探討。本文具有很強的實用意義，供后續(xù)車型開發(fā)參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準.GB/T23935-2009圓柱螺旋彈簧設(shè)計計算.中國標準初版社.2009.

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[4]鄧賽幫等.現(xiàn)代測試技術(shù)在發(fā)動機罩設(shè)計中的應(yīng)用.汽車零部件.2018（07）.

[5]李海波等某SUV背門鎖異響與解析.汽車科技‘2017（01）.