某MPV車型加油口蓋防撞鎖鉤設計

莫熔蔚 覃松

東風柳州汽車有限公司技術中心 廣西柳州市 545000

1 引言

部分帶滑門的MPV車型由于總布置的需求，加油口蓋被布置在車身左側圍C、D柱之間。對于這種車型，為防止車輛加油時加油槍與開啟的左中滑門互相碰撞，導致油料泄漏事故（如圖1），加油口蓋與左中滑門必須存在互鎖裝置，以實現加油口蓋與左中滑門不能同時開啟的邏輯。在此邏輯中，左中滑門開啟時加油口蓋不能開啟的功能由傳感器及電磁閥實現，而加油口蓋開啟時左中滑門不能開啟的功能則由加油口蓋防撞鎖鉤實現。

本文首先介紹加油口蓋防撞鎖鉤的原理及要求，簡述了加油口蓋防撞鎖鉤的設計邏輯，然后分析加油口蓋防撞鎖鉤的使用環境、使用條件的影響及要求，最后通過設計實例，深入的探討了加油口蓋防撞鎖鉤設計、校核及優化驗證的過程，從而實現設計目的。

圖1 加油時加油槍與開啟的左中滑門互相碰撞

圖2 加油口蓋開啟時鎖止左中滑門

2 加油口蓋防撞鎖鉤工作原理及使用要求

2.1 加油口蓋防撞鎖鉤工作原理

為避免部分MPV車型在加油時加油槍與開啟的左中滑門互相碰撞，需在車身左側圍增加加油口蓋防撞鎖鉤等零件。通過加油口蓋防撞鎖鉤內部的推銷、搖臂、鎖舌等部件的聯動，完成加油口蓋與左中滑門的互鎖邏輯，實現加油口蓋開啟時加油口蓋防撞鎖鉤鎖止左中滑門（如圖2）、加油口蓋關閉時加油口蓋防撞鎖鉤解止左中滑門（如圖3）的功能：

2.2 加油口蓋防撞鎖鉤設計要求

根據加油口蓋防撞鎖鉤的布置環境、配套車型三包期限、周邊零件的影響等情況，確定加油口蓋防撞鎖鉤包括耐載荷、耐久次數等設計要求，以此作為后續設計驗證的輸入依據。

2.2.1 加油口蓋防撞鎖鉤耐載荷性要求

在加油口蓋防撞鎖鉤鎖止左中滑門的過程中，加油口蓋防撞鎖鉤內部的鎖舌、基板等部件需承受左中滑門的沖擊負載（如圖4）。

考慮到配套MPV的左中滑門的設計質量為43kg，并且左中滑門在剛剛打開時即被鎖止，并沒有較大慣性力。因此在設計階段，按2G加速度負載，即843N負載對相關受力件做CAE分析及耐載荷試驗要求，要求加油口蓋防撞鎖鉤內部的部件在承受843N負載時不超過材料的屈服強度、不出現塑性變形。

加油口蓋防撞鎖鉤內部的鎖舌、基板的材料暫定為普通碳素結構鋼Q235。碳素鋼Q235由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，因此用途廣泛。該材料彈性模量（E/Gpa）：200～210、泊松比（ν）：0.25～0.33、抗拉強度（σb/MPa）：375-460、屈服強度235MPa。

加油口蓋防撞鎖鉤受力件的材料性能、載荷條件暫按上述條件作為設計輸入。

2.2.2 加油口蓋防撞鎖鉤耐久次數要求

由于加油口蓋防撞鎖鉤配套的某MPV車型三包期限為五年或者十萬公里，以先到為準。綜合考慮一般MPV車型的加油頻率以及后續延長車型三包期限的可能性，而且加油口蓋防撞鎖鉤的互鎖功能僅在乘員誤操作時起作用，并不是每次開啟加油口蓋時都會承受載荷沖擊。因此加油口蓋防撞鎖鉤耐久要求按2000次開閉耐久執行，要求在2000次開閉耐久試驗后總成功能仍然正常，無明顯變形及異音等異常反饋。

2.2.3 加油口蓋防撞鎖鉤布置要求

由于加油口蓋防撞鎖鉤是完成加油口蓋與左中滑門互鎖邏輯的機械零件，并且考慮節省成本，減小布置難度等因素，因此加油口蓋防撞鎖鉤需布置在左中滑門與加油口蓋之間，即車身左C柱下部。而在此處還存在揚聲器等零件，為降低對布置環境的要求、改善零部件裝配性、便于后續零部件通用化，綜上考慮，確定加油口蓋防撞鎖鉤的內部傳動使用拉索式而不是拉桿式。

圖3 加油口蓋關閉時解止左中滑門

圖4

3 運動機構設計及驗證

3.1 運動機構邏輯設計

為實現加油口蓋防撞鎖鉤的互鎖邏輯，在加油口蓋打開、關閉狀態分別對應加油口蓋防撞鎖鉤的鎖舌鎖止、解止兩種位置，設計通過拉索、搖臂等部件實現推銷與鎖舌的互動結構。

為實現這一設計目的，設計1個推銷、2個搖臂、1根拉索、1個鎖舌，并結合基板等固定結構及回位簧等部件組成加油口蓋防撞鎖鉤總成。該結構的簡要設計圖見圖5：

圖5

3.2 運動機構部件設計

簡要設計圖初步確認可行，對加油口蓋防撞鎖鉤主要部件進行初版數模設計，并根據各部件的功能要求選取材料及完善數模結構細節。

3.3 運動機構邏輯驗證

針對上述設計邏輯及初版數模，使用三維軟件catia的運動仿真模塊進行運動分析，對加油口蓋防撞鎖鉤中的10個相關零件的初版數模進行運動副結合。使用共計3個剛性副、5個旋轉副、2個點曲線副、1個棱形副（如圖6），并按實際使用行程添加驅動命令：

圖6

經catia運動仿真模擬，以上邏輯確認可行，在設定的行程內，可以分別完整實現加油口蓋防撞鎖鉤的鎖止狀態（如圖7）、解止狀態（如圖8），無自干涉及其他異常狀態。

圖7

圖8

3.4 運動機構的強度驗證

根據初版數模及材料性能、約束條件、載荷條件等設計輸入，針對加油口蓋防撞鎖鉤內的受力件，即鎖舌、基板。使用catia的CAE模塊按照設定的材料性能、約束條件、載荷條件對鎖舌、基板進行CAE分析，確認在選取合適的材料后可以滿足設定負載而不超過材料的屈服強度：

由圖9可見，按選定的材料碳素鋼Q235參數、約束條件、載荷條件，鎖舌受到的最大應力值為51.9MPa，低于材料的235MPa的屈服強度，因此滿足使用要求。

由圖10可見，按選定的碳素鋼Q235參數、約束條件、載荷條件，基板受到的最大應力值為205MPa，低于材料的235MPa的屈服強度，因此滿足使用要求。

3.5 設計驗證結論

根據上述設計簡圖、運動仿真分析結果、受力件CAE分析結果等驗證手段，確認該設計可行。到此，加油口蓋防撞鎖鉤設計完成。

4 結語

本文根據實際車型開發經歷，首先介紹加油口蓋防撞鎖鉤的開發需求及使用要求，并根據開發需求完善加油口蓋防撞鎖鉤的設計邏輯，然后分析加油口蓋防撞鎖鉤使用環境、使用條件的影響及要求，最后完成設計驗證。本文深入的探討了加油口蓋防撞鎖鉤設計、校核及優化的過程，

為后續產品的開發提供了理論基礎和借鑒作用。