基于LS-dyna的汽车引擎盖关闭过程的冲击分析

撰文/ 郑州日产汽车有限公司 兰天亮 张晓文 张玺斌

一、引言

本文以LS-dyna 软件为分析工具，对某款新车引擎盖在相关工况下的关闭过程进行冲击分析。通过分析引擎盖在关闭过程中与前组合灯、前格栅之间有无干涉，来判断引擎盖与前组合灯、前格栅之间的设计方案是否合理，并据此确定相关的设计方案。从而缩短了新车的开发、验证周期。

二、引擎盖关闭过程的冲击分析

1. 引擎盖关闭过程分析的模型建立

本文利用HyperWorks 软件对引擎盖总成、引擎盖铰链、散热器支撑总成、引擎盖锁和引擎盖缓冲块等零部件采用壳单元进行网格划分，可得187,000 个单元。引擎盖关闭过程分析的有限元分析模型如图1 所示。

2. 引擎盖关闭过程的冲击分析

本文首先在两种工况下对引擎盖关闭过程进行冲击分析，其一是引擎盖从距离引擎盖锁300mm 处自由下落；其二是引擎盖从距离引擎盖锁798mm 处（引擎盖全开状态）自由下落。引擎盖关闭过程冲击分析工况示意图如图2 所示。其中，分析工况1 是为了验证引擎盖在评价标准高度关闭时的运动情况，分析工况2 是为了验证引擎盖在极限位置关闭时的运动情况。

定义完成零部件的材料属性、约束之后，将引擎盖的重力以重力加速度的形式施加到引擎盖上，然后采用LSdynaR6 进行引擎盖关闭过程的冲击分析。两种工况下的分析结果如图3 所示。

通过以上分析可知，在工况1 的仿真过程中，引擎盖前边缘与前格栅及大灯之间未产生冲击接触（最小间隙在引擎盖前边缘中部与前格栅之间，大小为2mm）；在工况2 的仿真过程中，引擎盖前边缘中部与前格栅之间有接触产生，二者之间的干涉距离并不大（约0.2mm 左右），而工况2 中，引擎盖前边缘左右侧并未与前组合灯之间产生冲击接触，但最小间隙较小（约为1mm 左右）。综合分析结果可知，在综合考虑引擎盖、前组合灯、引擎盖锁等零部件的制造误差和装调误差，以及散热器支撑支撑的焊接误差，引擎盖关闭过程中的最小理论间隙1mm 较小，为避免引擎盖在关闭过程中与前组合灯产生干涉，致使前组合灯损坏，引擎盖在关闭过程中与前组合灯之间的最小间隙应保证在4mm 以上。

三、引擎盖与前组合灯运动间隙的改善方案分析及确定

1. 引擎盖与前组合灯之间运动间隙改善方案的运动分析影响引擎盖前边缘过关量（过关量是指引擎盖在关闭过程中超过其设计位置的最大距离）的主要因素有很多，基于该车型的实际情况可做简单调整的因素主要有：上移引擎盖锁U 型槽和调整引擎盖橡胶缓冲块的高度、刚度。如图4 ～ 6 所示。

基于以上两种调整因素，制定了改善方案。

（1）基于引擎盖锁锁体U 型槽上移的改进。

引擎盖锁锁体U 型槽上移3mm，其锁死位置不变，同时，中部缓冲块增长3mm。该方案的运动分析示意图如图7 所示。

（2）基于引擎盖锁锁体U 型槽上移和缓冲块刚度的共同改进。

引擎盖锁锁体U 型槽上移3mm，同时，中部及左右缓冲块刚度由100N/mm 变为200N/mm 或300N/mm。该方案的运动分析示意图如图8 所示。

（3）在方案2 的基础上增长左右缓冲块的高度。

在方案2 的基础上分别对刚度为K=100N/mm 和K=200N/mm 方案的左右缓冲块增长5mm。该方案的运动分析示意图如图9 所示。

2. 改善方案运动分析的结果分析

结合上述工况1、工况2 的分析结果，在此仅分析工况2 时的运动情况。根据对以上各改善方案的运动分析，现将结果汇总如下。

（1）引擎盖与前组合灯配合区域的运动间隙情况，分析区域示意如图10 所示。

在分析区域选取5 个关键点（如图8 所示）进行运动间隙分析，各点在相关改善方案下的运动间隙情况如表1所示。

（2）引擎盖与前格栅配合区域的运动间隙情况，分析区域示意如图11 所示。

在分析区域选取5 个关键点（如图11 所示）进行运动间隙分析，各点在相关改善方案下的运动间隙情况如表2所示。

综合表1 和表2 的分析结果可知， 只有方案3 中的K=200N/mm 是可行的， 即引擎盖锁锁体的U 型槽上移3mm、3 个引擎盖缓冲块的刚度由100N/mm 变为200N/mm，且左右缓冲块的高度增加5mm、中部缓冲块高度增加3mm 方案是可行的。

四、结语

本文运用LS-dyna 软件对某一款新车的引擎盖关闭过程进行了冲击分析，并依据分析结果来判断设计方案的可行性。针对初期设计方案的不足，提出了有效的改善方案。从而缩短了新车的开发周期及验证周期。为新车在进行前端模块设计时，提供了一种很好的设计验证方法。