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1、 文件编号 版本号 发动机舱设计指南 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 发动机舱设计指南 目 录 1 发动机舱概述 1 1 1 发动机舱定义 构成与分类 1 1 1 1 发动机舱定义 1 1 1 2 发动机舱构成 1 1 1 3 发动机舱分类 1 1 2 发动机舱设计要求 1 1 2 1 发动机舱通用要求 2 1 2 2 发动机舱功能要求 3 1 3 发动机舱典型结构 工艺及材料介绍 3 1 3 1 典型结构 5 1 3 2 典型工艺 6 1 3 3 材料介绍 10 2 发动机舱设计流程 14 2 1 发动机舱设计过程介绍 14 2 1 1 前期研究阶段 14 2 1 2 概念设计阶段
2、14 2 1 3 详细设计阶段 15 2 1 4 设计验证阶段 16 2 1 5 认证 生产准备阶段 16 2 2 发动机舱开发各阶段输入 输出内容定义 18 3 发动机舱详细设计 20 3 1 编制 DCD 20 3 2 选型及布置设计 20 3 3 典型断面设计 21 3 3 1 典型布置断面 21 3 3 2 发动机舱断面的具体要求 22 发动机舱设计指南 3 4 人机布置设计 29 3 5 主构件详细设计 29 3 5 1 前纵梁总成设计 29 3 5 2 前围板总成设计 32 3 5 3 前轮罩总成设计 36 3 5 4 空气室总成设计 37 3 5 5 前端钣金模块设计 40 4
3、发动机舱设计评审及验证 45 4 1 设计验证内容及方法 45 4 2 设计评审 46 5 发动机舱典型设计案例 48 5 1 前期研究阶段 48 5 1 1 对标车分析 48 5 1 2 可行性研究报告 48 5 2 概念设计阶段 49 5 3 详细设计阶段 54 5 3 1 ET 数据发布 54 5 3 2 零部件技术文件发放 54 5 5 认证 生产准备阶段 59 6 发动机舱常见问题 60 6 1 前端钣金模块损坏严重 60 6 1 1 问题描述 60 6 1 2 原因分析 61 6 1 3 解决方案 63 6 1 4 经验总结 64 6 2 减震器支座焊点开裂 车身连接螺栓移位 64
4、 6 2 1 原因分析 64 6 2 2 经验总结 64 6 3 发动机舱漏水 64 发动机舱设计指南 6 3 1 原因分析 64 6 3 2 经验总结 64 6 4 蓄电池支架开裂 65 6 4 1 原因分析 65 6 4 2 经验总结 65 附 录 A 66 发动机舱设计指南 前 言 本指南适用于承载式且发动机前置的发动机舱结构设计 本指南规定了发动机舱的概述 第一章 设计流程 第二章 详细设计 第三章 设计评审及 验证 第四章 典型设计案例 第五章 发动机舱常见问题 第六章 本指南暂时无法识别是否涉及专利技术 本指南由广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院车身工程部提出 本指南由广州汽车
5、集团股份有限公司汽车工程研究院技术管理部归口 本指南由广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院车身工程部起草 本指南由广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院车身工程部解释 本指南主要起草人 杨国勇 杨金秀 潘俊 蔡汉琛 本指南于 2011 年 12 月首次发布 发动机舱设计指南 1 发动机舱设计指南 1 发动机舱概述 发动机舱是汽车动力总成 前悬架 线束 管路和空调等的安装载体 发动机舱结构设计与整车 安全 乘员舱的密封性 隔绝振动和噪声等性能密切相关 发动机舱按发动机的布置位置分前置发动 机舱 中置发动机舱 后置发动机舱三种 本指南只对前置发动机舱结构设计进行具体描述 1 1 发动机舱定义 构
6、成与分类发动机舱定义 构成与分类 1 1 1 发动机舱定义 发动机舱位于车身前端 供动力总成及其它附件的安装 由前纵梁 前围板 前减震塔 空气室 前端钣金模块等焊接或螺接而成 是白车身重要的构成部分 1 1 2 发动机舱构成 发动机舱 供放置发动机的空间 GB T 14780 汽车车身术语 发动机舱主要由左 右前纵梁总成 前围板总成 前减震塔总成 空气室总成 前端钣金模块等组 成 见图 1 图 1 发动机舱总成构造 1 1 3 发动机舱分类 发动机舱是车身中重要部件 按车身种类划分 发动机舱可以分为 非承载式 承载式 半承载 式 本文论述的是发动机前置且为承载式的发动机舱 1 2 发动机舱设计
7、要求发动机舱设计要求 发动机舱是正面碰撞的主要构件 应具有较大的抗弯和抗扭刚性 在正碰时对乘员和行人要起到 保护作用 针对不同的市场 需满足的法规如表 1 左前纵梁总成 右前纵梁总成 前围板总成 左前减震塔总成 右前减震塔总成 空气室总成 前端钣金模块 发动机舱设计指南 2 表 1 法规列表 序号 编号 名称 备注 1 C NCAP 中国新车评价规程 中国 2 GB 20913 乘用车正面偏置碰撞的乘员保护 中国 3 GB 11551 乘用车正面碰撞的乘员保护 中国 4 GB 17354 汽车前 后端保护装置 中国 5 GB T 24550 汽车对行人的碰撞保护 中国 6 GB 16735 道
8、路车辆 车辆识别代号 VIN 中国 7 GB 16737 道路车辆 世界制造厂识别代号 WMI 出口用 8 E NCAP 欧盟新车评价规程 欧盟 9 IIHS 美国公路安全保险协会规则 美国 10 77 389 EEC 010406 Motor vehicle towing devices 机动车拖车设备 欧盟 11 RCAR 汽车维修研究理事会 保险约束 欧美 针对上述相关法规 对发动机舱的具体要求体现为 1 变形模式要求 高速碰撞时 侵入量发生在前围板总成处 一般最大侵入量小于 130mm 加速度小于 40g 低速碰撞时 侵入量发生在吸能盒处 一般最大侵入量小于吸能盒 2 3 长度 约 7
9、0mm 承载能 力大约在 100 kN 2 发动机舱纵梁要沿 X 向由车身前端向后逐渐压溃 而不能发生弯曲变形 1 2 1 发动机舱通用要求 1 发动机舱设计应符合整车性能及总布置设计要求 不与周边各部件发生位置 2 结构强度 动 静刚度 疲劳耐久性能和模态等必须能够承受在其使用寿命内设计所允许的所有 静力和动力载荷 不发生塑性变形或破坏 不同车型的刚度和疲劳耐久性 需根据整车装备 平台级 别 工作环境而定 模态一般需要大于发动机所产生频率 5Hz 以上 如 AF 车型 载重为 1275Kg 发 动机频率为 26Hz 白车身一阶模态 35Hz 和二阶模态 45Hz 弯曲刚度 18000N mm
10、 扭转刚度 16000N m 3 保证在车辆发生碰撞时发动机舱有足够的吸能性 对乘员有很好的保护作用 具体见 3 4 1 节 前纵梁详细设计和 3 4 5 节防撞梁详细设计 4 符合制造工艺要求 包括冲压 焊接 涂装 总装等 必要时候可要求制造车间增添相关设备 发动机舱设计指南 3 来满足设计要求 5 前围部分要结合非金属件 考虑减震 隔音 隔热性能 6 满足整车设计任务书对白车身的轻量化要求 1 2 2 发动机舱功能要求 发动机舱需要解决如下零件的搭载 表 2 发动机舱主要搭载零件 系统 动力 电子电器 底盘 内外饰 其它 相 关 零 部 件 发动机 空调总成 副车架 保险杠总成 发动机罩
11、变速器 电瓶 转向系统 前大灯 雾灯 翼子板 散热器总成 前舱线束 制动系统 仪表台 发罩拉索 冷凝器总成 无匙控制器 PEPS 行驶系统 洗涤水壶 发罩铰链 空气滤清器 部分车身线束 传动系统 雨刮系统 风挡玻璃 燃油管路 电器盒 ECU 前拖钩 雨刮盖板 膨胀箱 车身控制模块 BCM 轮罩挡泥板 表 2 中所述零件 若与车身之间有相关运动关系 如轮胎 转向横拉杆 雨刮电机等 一般都要 留出 10mm 的安全间隙 1 3 发动机舱典型结构 工艺及材料介绍发动机舱典型结构 工艺及材料介绍 对于车身结构来讲 正碰有低速与高速之分 低速碰撞后需要保证散热器 发动机 变速器等重 要部件能正常工作 高
12、速碰撞主要关心防火墙的侵入量和侵入加速度 侵入量及侵入速度越小 对于 乘员保护性能就越好 因此 需要一个合适的发动机舱来保护乘员安全 而发动机舱是正面碰撞中的 主要受力部件 在介绍其典型结构之前 先简单介绍下正碰的能量传递过程 以便更好的理解发动机 舱的结构设计 正碰的能量传递路径如图 2 发动机舱设计指南 4 a 侧面能量传递 b 底部能量传递 图 2 发动机舱前碰能量传递示意图 分散 碰撞 吸能区一 吸能区二 发动机舱设计指南 5 发动机舱结构的刚性应经过精密计算 在受到撞击时会沿 X 向溃缩并有效地吸收冲击力 避免冲 击力直接影响乘员舱 精巧的前机舱结构设计 依靠吸能盒与纵梁将撞击力加以
13、吸收 吸能比例可达 整车的 60 其余撞击力沿 A 柱 门槛 车门和前地板传向车身后端 低速碰撞时 发动机舱主要受力件为吸能盒 为封闭的箱体构造 主要功能是汽车发生正面碰撞 时 吸能盒被压溃吸能 保护车身主要结构 如纵梁 不受影响 减少维修成本 吸能盒理想压溃状 态如图 3 图 3 吸能盒理想压溃状态 高速碰撞时 机舱主要受力件为防撞梁 左 右纵梁及防火墙骨架 防撞梁和前围骨架主要传递力 纵梁既要传递撞击力也要自身前端被压溃而吸收能量 故左 右纵梁形状及断面设计尤为重要 1 3 1 典型结构 对于发动机前置且承载式发动机舱 主要由前纵梁 减震塔 前围板 空气室 前端模块等构成 前端模块与纵梁之
14、间 空气室与发动机舱之间 均有焊接和螺接两种方式 前者一般采用螺接方式 后者常采用焊接方式 此种发动机舱 有足够大的强度和刚度 无需新增一个完整的车架 仅需前后局部副车架 见图 4 从而整车自重减小和离地高度降低 生产车架纵梁必须具备大型压床以及专门的焊接 检验工装模具 和夹具 故无车架的车身 设备投资和基础建设费用较低 图 4 某承载式轿车的车身结构 前端模块 前防撞梁 副车架 前围板 空气室 前立柱 前纵梁 减震塔 发动机舱设计指南 6 1 3 2 典型工艺 冲压 焊接 涂装和总装是发动机舱制造的主要工艺 此外还有等截面的滚压工艺 1 3 2 1 冲压工艺 冲压成形工艺在汽车车身制造工艺中
15、占有重要的地位 特别是空间曲面 并且表面质量要求高 所以用冲压加工方法来制作这些零件是用其它加工方法所不能比拟的 由于汽车碰撞要求越来越严格 机舱纵梁等主要受力零件必须采用高强度的材料才能满足法规要 求 为得到高强度的零件 目前应用较多的主要有以下两种工艺 1 原始钢板的高强化 即高强度钢板的冷冲压 约占发动机舱零件加工的 70 95 随着车型 级别和车身强度提高而所占比例下降 2 生产工艺的高强化 即普通高强度钢板经过热成形工艺得到超高强度的零件 约占发动机舱零 件加工的 0 35 随着车型级别和车身强度提高而所占比例和升 针对不同的车型选用不同的工艺 如果车型级别较高 且设定的碰撞目标较难
16、实现 可以考虑使 用热成形工艺 1 3 2 2 焊接工艺 发动机舱总成的典型焊接工艺主要有点焊 CO2焊和激光焊接 1 点焊 点焊是车身制作中最常用的连接方式 点焊是焊件装配成搭接接头 并压紧在两电极之间 利用 电阻热熔化母材金属 形成焊点的电阻焊焊接方法 见图 5 是发动机舱各零件连接的主要方法 图 5 点焊示意图 2 CO2气体保护焊 CO2气体保护焊是一种熔化极气体保护电弧焊接法 它利用焊丝与工件间产生的电弧来熔化金属 由 CO2气体作为保护气体 焊丝作为填充金属 发动机舱设计指南 7 相较电阻焊 电弧焊操作灵活 可以达到很高的焊接强度 缺点是耗时长 成本高 产生热量大 容易引起变形 对操作人员技术要求高 焊接质量不稳定 同时产生有害气体 工作环境较差 故在 设计时应该尽量避免采用 CO2气体保护焊 发动机舱中一般是在焊枪无法到达的地方和螺纹管这样特 殊零件才采用 CO2气体保护焊 如图 6 所示即为焊枪无法到达而需要焊接区域 图 6 发动机舱中 CO2的应用 3 激光拼焊 激光拼焊技术即将原来由几块不同厚度和不同强度板材分别冲压成零部件 然后焊接成整体件的 工序 改成先将不同强
