某車型發動機罩開啟失效研究及對策

楊偉民 胡釗軍 萬世明 喻龍 樊友嗣

摘要：某公司生產的某系列轎車，其發動機機罩無法開啟的故障，在售后市場的質量抱怨一度非常嚴重，嚴重影響了汽車的正常使用，有部分用戶甚至投訴至國家質檢總局，嚴重損壞了公司品牌形象。結合機罩鎖系統的工作機理及故障處理經驗，本文分析了故障產生的根本原因，提出了相應的改進措施，給出了經濟便捷的售后故障維修方法。同時將相關零件的技術要求，納入到機罩鎖系統的技術設計標準，并補充完善了性能認可試驗規范，為該公司在機罩鎖系統的開發認可方面提供了重要的經驗反饋和設計指導。

關鍵詞：發動機罩;開啟;失效;拉索卡扣;斷裂

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：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

汽車的機罩鎖系統，其主要功能是開啟、關閉、定位及鎖緊發動機罩。它安裝在車輛前端，由駕乘人員通過撥轉內部開啟手柄帶動鋼絲拉繩進行往復傳動機罩鎖，實現機罩開啟及鎖止。相對其它車身功能件而言，其使用頻率較低，但發動機罩鎖系統關系著車輛的行車安全以及發動機艙零件的防盜安全，其功能的完備性，直接關系著汽車的正常使用，嚴重影響客戶的操控體驗和使用感知。

1 產品結構與功能要求

1.1 產品結構

發動機機罩鎖的操控系統主要由機罩鎖、控制拉索、密封膠塞、內部開啟手柄等組成，在各部件的相互配合作用下，實現機罩的開啟和關閉。該款車的機罩鎖與控制拉索之間是通過塑料卡扣進行連接的。

機罩鎖部分主要包括安裝底板、活動卡板、活動搖臂等，機罩鎖布置在前端水箱面板上，鎖扣焊接在機罩內板上，由活動搖臂控制活動卡板與鎖鉤的嚙合。

控制拉索部分主要包括定位卡扣、連接卡扣、鋼絲拉繩、限位塊等。為了確保機艙物品安全，機罩拉索區域需要設計防盜保護罩，確保從外部無法對機罩鎖進行操作，并且拉索的走向還關系著機罩內開啟手柄的操作力，拉索走向R角越小，手柄開啟力越大。

1.2 功能要求

發動機機罩鎖的操控系統在設計上需要考慮人機工程，包括開啟發動機罩的操縱力、手部開啟空間、關閉力等要求。

機罩鎖是控制汽車發動機罩開閉的關鍵裝置，其主要功能是保證機罩在使用時的正常開啟和鎖閉，以及車輛在行駛過程中機罩不會自動開啟。隨著近年來汽車技術的快速發展和法規的不斷完善，機罩鎖除了實現其基本功能，還需要從行人保護的角度考慮布置區域，必須滿足防盜性能要求。法規要求，機罩鎖必須由兩道鎖進行鎖止，第1道鎖通過乘客艙內的機罩內開啟手柄撥動拉索進行開啟，在第1道鎖解鎖后，發動機罩通過主鎖的作用抬起一定高度后，手伸進機艙觸動安全鉤手柄開啟第2道鎖，實現發動機罩主鎖的解鎖過程。

機罩拉索作為給機罩鎖臂提供拉力的傳動部件，其主要功能是通過將人在駕駛艙對內開啟手柄施加的旋轉力轉化為拉力，從而控制發動機艙里的機罩鎖，實現打開機罩的目的。機罩拉索在設計開發時，需要保證與機罩鎖搖臂相連接的塑料卡扣在常溫、低溫、高溫、持續高溫等使用環境下具有足夠的強度;在使用過程中零件不會出現變形或磨損等缺陷，并且保留功能特性;卡扣的固定裝配力、拆卸拔出力、脫出剪切力等均能滿足相應的強度要求，并且耐氣候性能、耐久性能等無降級。

2 質量現狀

2.1 故障信息

據某公司商務部反饋，有用戶抱怨其生產銷售的某車型發動機罩蓋無法正常開啟。主駕駛位置的機罩內開啟手柄無法控制引擎蓋開啟，嚴重影響了汽車的正常使用，造成客戶嚴重不滿，部分用戶甚至投訴至國家質檢總局，嚴重影響了公司品牌形象。

對售后數據進一步跟蹤分析發現（見圖3），從2018年11月開始，售后陸續出現該車型發動機罩蓋無法開啟的缺陷，并且一直沒有找到簡單有效的售后維修方案，網點只能在中網處打洞將機蓋掏開。這種維修方法會破壞中網、保險杠加強板，需要更換中網、獅標、保險杠加強板、機蓋拉線及鎖扣等備件，操作非常復雜，且費用高昂（單車2000元人民幣），非常不便于網點維修，網點和客戶抱怨強烈。

根據故障件保修標識卡的描述，結合車輛的生產日期、維修日期、行駛里程、分布區域等信息進行分類統計，缺陷爆發主要集中在2018年冬天，行駛里程集中在5000公里至25000公里，地域分布無規律性。

2.2 故障模式

對缺陷零件進行拆解，通過機罩鎖與機罩拉索的裝配關系及運動狀態分析，確認該故障是由于機罩拉索上靠近機罩鎖端的塑料卡扣發生斷裂，導致拉索卡扣從機罩鎖搖臂孔上脫出、拉索與機罩鎖失去連接配合，力無法傳遞到鎖上，造成用戶無法開啟發動機罩。

同時，在部分返回的機罩鎖搖臂孔上，發現有肉眼可見的明顯毛刺，這個毛刺也可能會對塑料卡扣造成劃傷，故障現象及配合關系見圖4所示：

3 原因分析

3.1 符合性檢查

針對機罩開啟拉線總成售后出現較高比例的卡扣斷裂的現象，開展了從原料的入廠檢查、零件的生產工藝、產品的全尺寸測量的全流程工藝審核，以及從已知問題的整改跟蹤等領域人手，重點審核了產品定義、生產場地、生產設備、模具、工裝、關鍵特性CSE項及監控頻次等與開發階段認可的一致性。

在現場隨機抽查了42件機罩鎖，發現3件的搖臂卡扣安裝孔上有肉眼可見的明顯毛刺，這種毛刺是技術標準明確禁止的，零件符合性存在風險。

3.2 斷口分析

對3個失效件的斷面進行微觀形貌觀察，黃色箭頭為零件理論受力方向，根據斷面裂紋的擴展方向，推斷零件斷裂的主要受力方向（斷裂起源）為紅色箭頭，斷口分析如圖5所示：

通過對故障件的斷口分析，斷面分析的結果，紅色箭頭標注了受力的區域和方向，零件的拍攝方向全部統一，整體上看，幾個件的受力位置和方向的相似度較高，結合拉索受力分析（見圖6），可以判斷卡扣是在鋼絲繩拉伸方向受力導致的斷裂。

3.3 卡扣強度分析

3.3.1 影響因素1：持續高溫環境導致機罩卡扣剪切強度降低。

考慮到車輛在行駛過程中，發動機發熱，環境溫度隨之變化，特別是在炎熱的夏季，前機艙內的環境溫度會很高，于是模擬環境溫度進行了耐老化對比試驗，將卡扣放在高溫老化試驗箱中，140℃放置240h，試驗結束后常溫放置4h，再將卡扣模擬實車安裝到電子拉力機上，以lOmm/ min速度進行極限剪切力驗證。

從試驗結果可知（見表1），卡扣的力學性能滿足技術標準ST要求。但是橫向對比發現，該車型卡扣距離發動機最近，且該車型是渦輪增壓發動機，較自然吸氣發動機的環境溫度要高，卡扣在持續高溫的環境下，強度下降，目前使用的卡扣材料PA66 408L在持續高溫工況下的剪切強度衰減較大，不滿足要求的> 500N技術標準，因此，卡扣的材質熱老化性能不好，進而導致部分卡扣脆斷，這是售后出現故障高點的主要原因之一。

3.3.2 影響因素2：卡扣損傷導致卡扣剪切強度下降。

由于符合性檢查已識別出機罩鎖搖臂孔上有毛刺風險，而這個孔恰好是拉索卡扣的安裝孔，為了驗證毛刺對卡扣的性能影響，設計了一組對比試驗，主要驗證卡扣在被毛刺劃傷情況下卡扣的強度影響，相關數據結果如表2所示。

從試驗數據可以看出，PA66材料的卡扣在有缺口情況下，韌性會急劇下降。因此，機罩鎖孔上的毛刺，會對拉索上的PA66卡扣形成劃傷風險，而卡扣在有損傷的情況下，抗剪切強度會下降，無法滿足技術標準ST的要求，這也是售后出現故障高點的主要原因之一。

3.4 解鎖力值分析

隨機抽查30臺車輛，解鎖力均大于30N（目標<30N）。進一步分析發現，2017年10月，為了解決機罩抖動的高頻缺陷，對機罩的間隙面差做過一次調整，具體措施是機罩鎖鉤向Z+方向減短2.5mm，加上環境對機罩墊塊剛度的影響較大（溫度越低，機罩墊塊剛度越大），該調整的結果直接導致機罩鎖的解鎖力增大，這也是售后出現故障高點的主要原因之一。

對機罩前部墊塊和前保支撐點存在間隙問題，做了6臺車在調整機罩鎖位置前彌補這個間隙，方法是：在前保支架和機罩墊塊接觸面上，各增加1個5mm高的墊塊，用力關閉機罩，借助機罩沖擊力導致鎖扣距離拉長變形，變相把機罩鎖上抬或機罩墊塊下降，機罩面差0.5-l.Omm，以前普遍3mm，測量解鎖力回到了30N附近。邀請整車扣分進行評價，淋雨后在跑道上測試，觀察水珠狀態，未發現機罩抖動問題，整改效果良好。

3.5分析結論

綜上所述，造成機罩拉索卡扣斷裂的有兩大因素：

（l）機罩鎖搖臂上的毛刺造成了卡扣有不同程度的損傷，PA66材質的卡扣在有損傷的情況下，卡扣強度會急劇下降;同時由于該車型的發動機是渦輪增壓結構，其發動機艙的溫度要高于自然吸氣發動機車型，在這種持續高溫使用環境下，卡扣材料PA66 408L的剪切強度會大幅降低。

（2）前期為了解決機罩抖動的質量問題，將機罩鎖鉤向Z+方向減短了2.5mm，導致內開啟手柄的解鎖力增大，更加加大了機罩正常開啟時，卡扣所需要承受的剪切力。

正是由于以上兩大因素的疊加影響，導致拉索卡扣從機罩鎖搖臂孔上脫落，進而產生拉索與機罩鎖失去連接配合，最終造成用戶無法正常開啟發動機罩的故障。

通過分析評估認為，雖然通過增加墊塊的方法將解鎖力恢復至30N附近，解鎖力得到改善，但是仍然沒有達到設計的理想狀態，由于機罩抖動也是關系到行車安全的重要問題，解鎖力沒有繼續優化的空間，其造成的機罩解鎖力變大的現狀無法避免，因此，要想徹底解決目前面臨的機罩拉索卡扣斷裂問題，只能從卡扣的材料牌號或者零件結構上繼續優化，提高卡扣本身的抗剪切力強度。

4 改進對策

4.1 機罩鎖去毛刺

由于卡扣選用的材料為尼龍，該零件表面在受到環境件毛刺劃傷后強度會急劇下降，因此保證卡扣在安裝和使用過程中不能被環境件劃傷，是保證卡扣強度的基本要求。

為了快速消除機罩鎖搖臂上的毛刺影響，通知機罩鎖供應商立即啟動庫存零件的挑選工作，主機工廠也增加了對毛刺監控項的復查，確保現供貨零件無肉眼可見的毛刺。

同時，機罩搖臂原始設計為普通沖壓件，在該種工藝下零件不可避免有毛刺產生，由于該孔較小，無法通過拋光等后續處理進行去毛刺，因此在目前工藝下，在機罩鎖搖臂上新增規格為0.2mm的方角徹底去除毛刺。

4.2 卡扣強度優化

4.2.1 增加卡扣根部R角

由于卡扣根部原始設計時沒有設計R角，在結構上，卡扣底板和卡扣受力部分在該位置有結構上的突變，形成了高應力集中區域，為改善拉索卡扣的受力狀態，在卡扣根部增加0.5mm的圓角，讓卡扣受力結構與底板之間進行圓滑過渡，消除這種結構上的突變，增大了卡扣受力的橫截面，改變了該處的受力結構，提高了產品的受力能力。

4.2.2 更改卡扣材料

原定義的機罩拉索卡扣選用的材料為PA66408L，該材料在長時間140℃的高溫的環境下，剪切強度會大幅下降。經試驗驗證，選用該材料的卡扣在240h高溫環境耐久后，卡扣的剪切強度從大于500N下降到280N。同時長時間高溫造成卡扣脆性增大，韌性降低，卡扣受力后出現脆斷的問題。為改善該問題，將拉索卡扣材料由PA66 408L更改至性能更好的PA66 103HSL，新卡扣能滿足持續高溫條件下的剪切剛度，同時提升了卡扣的韌性，從而提升卡扣應對長時間高溫的耐久能力。

5 改進效果

針對以上原因，分別采取機罩鎖毛刺臨時挑選、去毛刺工藝實施，卡扣材料變更，以及卡扣結構優化等措施，并及時發放售后維修工藝。改進方案實施后，跟蹤效果非常明顯，改進前后的12MR故障率改善5KPPM，售后維修成本由單車2000元RMB降低到150元RMB，年均保修費用節省約100萬元RMB，大幅度提升了整車及部件的質量水平。

6 結束語

發動機罩開啟操作系統作為影響安全駕駛的關鍵零件，隨著渦輪增壓等大功率發動機的普及，發動機艙內的熱環境溫度也越來越高，在新車型的零件開發過程中，需要考慮零件長期暴露在高溫環境下的零件耐久性能，才能保證正常的產品功能及產品質量目標的實現。

本文結合機罩鎖系統的工作機理及故障處理經驗，從零件的符合性檢核、失效件的斷口模態、卡扣強度以及解鎖力值等各個環節人手，循序漸進地進行了原因分析及解決方案的尋找和驗證，找出故障產生的根本原因，提出相應的改進措施，并給出了經濟便捷的售后故障維修方法，對于售后質量問題的分析與改進工作有一定的指導借鑒作用。

在解決質量問題的同時，將相關零件的技術要求提煉升華到機罩鎖系統的技術設計標準，補充完善了相關產品性能認可試驗規范，為后續該公司在機罩鎖系統的開發認可方面，提供了重要的經驗反饋和設計指導，具有很強的實際意義。

參考文獻：

[1]DPCA機罩拉索設計技術規范[M].

[2]邱貴年.淺談某微型車發動機罩鎖布置方案[J]企業科技與發展，2008（18）.

[3]李燕龍.汽車發動機艙防盜策略[J].汽車工程師，2014 （1）.

[4]葛坤.乘用車發動機罩鎖布置設計研究[J].設計研究，2018（ 17）.

[5]李濤，發動機罩拉索質量問題改善分析[J]檢測與維修，2017（ 2）.

專家推薦語

康明

東風商用車技術中心工藝研究所所長

材料科學與工程 研究員級高級工程師

該文分析了故障產生的原因.提出了相應的改進措施，給出了經濟便捷的售后故障維修方法。同時該文將相關零件的技術要求，納入到機罩鎖系統的技術設計標準，補充完善了性能認可試驗規范，為該公司在機罩鎖系統的開發認可方面提供了重要的經驗反饋和設計指導。

該文設計合理，數據可靠，理論正確，具有一定的實用性。

楊偉民

畢業于湖北工業大學測控技術及儀器專業，學士學位，現就職于神龍汽車有限公司，任技術質量部車身系統集成主管，工程師職稱。研究方向為車身專業質量問題分析與改進，發表科技論文4篇，獲東風公司優秀學術論文三等獎1項，獲武漢市企業管理現代化創新成果二等獎1項，湖北省企業管理現代化創新成果二等獎1項、三等獎3項。