总结，避免了后续车型发动机罩铰链处焊点应力高而导致的开裂问题，提高了发动机罩的可靠性，总结了铰链加强板结构设计的一些经验教训，缩短了汽车的开发时间。
【关键词】发动机罩;铰链加强板;CAE;路试
【中圖分类号】U464 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）09-0057-03
0 引言
随着中国经济的快速发展，外资汽车企业及国产自主品牌汽车企业快速发展，汽车每年以上千万台的数量充斥着中国的消费市场。当前，汽车已经成为一种十分普遍的交通工具，为人们的生活带来了便利，提升了人们的生活质量。汽车作为一种提高生产效率和生活质量的交通工具，已经快速地进入城市、农村的家庭中，成为人们生活中必不可少的交通工具。
紧凑型SUV因为价格便宜、空间大、通过性好，能适应不同工况，所以受到广大消费者的欢迎。但是在市场调研时发现，在汽车行业中，因为汽车钣金件焊点开裂故障而返回4S店修补的案例数不胜数，所以我们在开发新产品时不仅要注重开发周期及成本，而且要注重产品质量及用户需求，否则在激烈的市场竞争中必定无法长期生存。对于产品质量的保障应该更注重前期开发，尽量把一些隐患扼杀于摇篮，将产品结构做至最佳，避免后期“亡羊补牢”。
发动机罩铰链加强板与发动机罩内板进行焊接，为发动机罩铰链提供安装点，同时为发动机罩铰链提供强度。因为发动机罩位于发动机舱处，工况环境较为恶劣，如果发动机罩出现焊点开裂，后期必定会出现锈蚀、漏水漏灰问题。同时，发动机罩铰链处应力较大且集中，降低该处应力值一直是设计的难点，也是发动机罩设计中很重要的一个研究内容。
本文着重针对发动机罩铰链加强板在实车路试中遇到的铰链处焊点开裂问题，研究如何降低铰链区域钣金应力值。通过对铰链加强板的结构及涂胶工艺进行优化，达到最优的状态，进而实现降低应力值、改善发动机罩系统性能的目的。在结构优化过程中利用了CAE工具进行辅助设计，不仅可以提高结构设计质量，而且可以缩短设计周期，节省大量的试验和生产费用。
1 工况及开裂原因分析
某紧凑型SUV在海南进行整车可靠性路试及在实验室进行发动机罩子系统耐久试验，在未完成坏路试验里程（2.6万km）及耐久次数（3 500次）时均发现，发动机罩铰链加强板处焊点出现开裂问题，最长一处裂纹达15 mm（如图1所示）。
通过实车观察发现，焊点开裂点基本一致，且开裂位置出现锈蚀、漏灰的问题，因此对该零件设计状态的结构进行CAE结构强度分析（计算方法及加载约束均按GM标准）。经分析，结果如图2所示。
经以上CAE分析，得到发动机罩开裂的原因有以下几个方面。{1}发动机罩加强板厚度为1.2 mm，加强板上并未多做加强筋等特征分散应力，且焊点较少，应力集中于焊点上。{2}发动机罩内板及发动机罩铰链加强板的材料为BLD-FB-D，材料屈服极限为155 MPa，而焊点3的应力最大时可达到147.8 MPa，与材料屈服极限应力接近。焊点应力越大，越容易产生疲劳开裂，焊点3存在较大开裂风险。因此可以判断，在可靠性路试耐久及发动机罩子系统耐久过程中，焊点由于长期应力集中而疲劳开裂。设计状态发动机罩加强板焊点应力如图3所示。
2 发动机罩铰链加强板焊点开裂优化方案
2.1 方案一
从CAE分析结果可以看出，发动机罩铰链加强板焊点3应力较大，接近材料屈服极限，而其他几个焊点的应力均远小于材料屈服极限。因此判断，由于发动机罩铰链加强板区域的刚度较差，应力无法分散，导致只有一个焊点应力较大。当零件材料厚度较厚时，零件的刚度会比较好。因此，考虑增加发动机罩铰链加强板的厚度来提升零件周边的刚度，将加强板的厚度由1.2 mm增至1.5 mm。图4为增厚加强板后的CAE分析结果。
从分析结果可以看出，加厚加强板后，各焊点应力均有下降，焊点3的焊点应力下降了6%，最大应力由147.6 MPa变为138.1 MPa。证明加厚加强板、提升刚度对该区域的应力有改善。
2.2 方案二
从上面的分析结果可以得知，铰链加强板应力大是由于该区域应力较大，应力无法分散导致局部应力集中，从而导致焊点开裂。对此，考虑将加强板加长，增加加强筋，提高该区域的刚度，同时通过增加焊点的方式分散高应力焊点的应力，以起到降低焊点3应力的作用（如图5所示）。图6是加长加强板、增加加强筋、增加焊点后的CAE分析结果。
从分析结果得知，最大焊点处（焊点3）应力由147.6 MPa变为123.1 MPa，应力下降了16.5%。说明提高零件刚度、做加强筋、增加焊点对应力有改善。
2.3 方案三
综合方案一及方案二，两种方案均对发动机罩铰链加强板处的焊点应力分散有帮助，但是应力下降幅度有限，仍然解决不了焊点疲劳开裂问题。因此，考虑将两种方案结合实施，再分析是否可以更好地解决焊点开裂问题。将加强板按照方案二加长，增加加强筋及焊点后，再将厚度增厚至1.5 mm。CAE分析结果如图7所示。
从分析结果得知，方案一与方案二同时实施的确能够更好地解决问题，焊点应力由147.6 MPa变为118.7 MPa，下降幅度达19.6%，但是仍无法完全解决焊点开裂问题。
2.4 方案四
上述方案均对发动机罩铰链加强板处焊点开裂问题有帮助，但应力下降幅度有限，无法完全解决焊点开裂问题，因此我们必须考虑一些更好的方案。通过对标车的拆车研究发现，很多车型在铰链加强板上增加了结构胶。结构胶在涂装车间烘烤后会变硬，把加强板和内板连接起来，作用与焊点类似。即将加强板与发动机罩内板由焊点连接变为面与面连接，应力由原来作用于焊点上变为作用于面上。而且在加强板与发动机罩内板上涂上结构胶后，不仅有利于提高刚度与强度，也有利于防腐。在市场的车型中，我们经常见到结构胶的身影（如图8所示）。
因此，我们考虑在原方案的基础上，增加涂结构胶（如图9所示）。
在原方案上涂结构胶后，经CAE分析，焊点应力由147.6 MPa变为37.5 MPa，远小于材料屈服应力155 MPa，应力下降幅度达74.5%，证明涂结构胶对解决焊点开裂问题有重大帮助。CAE分析结果如图10所示。
2.5 方案五
从方案一至方案四的结果来看，方案二与方案四对降低铰链加强板的应力帮助较大。因此，考虑在方案二的基础上，实施方案四，增加结构胶（如图11所示）。
经CAE分析，焊点3应力大幅度下降，由147.6 MPa降低至21.2 MPa，远小于材料屈服应力155 MPa，下降幅度为85.6%，应力下降效果较方案四更佳。证明方案五对降低应力帮助最大。CAE分析结果如图12所示。
3 方案对比及选择
各个方案的焊点3（开裂焊点）应力对比见表1。
从表1中的数据可知，各个方案相对于原方案均有优化，尤其是方案四及方案五，应力下降幅度均非常大。因此可以判断，方案四与方案五为最优方案。方案四为在原方案基础上增加结构胶，方案五为更改加强板，增加加强筋，然后再涂结构胶。如果按照方案五进行修改，需要修改发动机罩铰链加强板的成型模、落料模及切边模，更改量非常大，不仅需要昂贵的修模费用，还需要一段时间调试模具及优化工艺。
在保证零件性能的情况下，我们选择修改最小、产生费用最低、耗时最少的方案，因此从方案一至方案五中选择，方案四的可行性最大。
4 方案验证
我们采用方案四制造了4台车，2台用于发动机罩子系统耐久，2台用于整车常规耐久路试。完成了3 500次（子系統耐久）发动机罩开关试验、4.5万km里程后，发动机罩铰链加强板应力未发现有焊点开裂的迹象。因此，推荐方案四为实施方案。
5 总结
针对发动机罩铰链加强板处焊点开裂问题，通过以上的问题分析、CAE分析、方案验证等，我们可以知道方案五为降低应力的最优方案。而从方案一、方案三可以看出，单纯增加材料厚度对降低焊点应力效果不明显。从方案二与方案四可以看出，增加结构胶与优化加强板结构对降低焊点应力效果较佳。这些结论可以为我们后续车型前期设计作指引，在设计发动机罩铰链加强板时，可以朝着方案二与方案四的方向进行结构设计优化。
参 考 文 献
[1]库才旗，谢新生.举升门铰链加强板的结构设计改进[J].企业科技与发展，2013（13）.
[2]邓代玉，高君杰，赵福全.某车型发动机罩铰链失效解决措施[J].农业装备与车辆工程，2012（7）.
[3]曲思明，束萍萍，赵福全.某车型发动机罩焊点开裂解决措施[J].农业装备与车辆工程，2012（11）.
