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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 ............................................................................................................................. 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
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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 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 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
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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
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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。
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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）。
空气室总成
前端钣金模块
左前减震塔总成 左前纵梁总成
右前减震塔总成
前围板总成
右前纵梁总成
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：
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表1 法规列表
序号
编号
中国新车评价规程
乘用车正面偏置碰撞的乘员保护 乘用车正面碰撞的乘员保护 汽车前、后端保护装置 汽车对行人的碰撞保护 道路车辆 车辆识别代号(VIN) 道路车辆 世界制造厂识别代号(WMI) 欧盟新车评价规程 美国公路安全保险协会规则
名称
备注 中国 中国 中国 中国 中国 中国 出口用 欧盟 美国 欧盟 欧美
1 C-NCAP 2 GB 20913 3 GB 11551 4 GB 17354 5 GB/T 24550 6 GB 16735 7 GB 16737 8 E-NCAP 9 IIHS 10 77/389/EEC-010406 Motor-vehicle towing-devices（机动车拖车设备） 11 RCAR 汽车维修研究理事会（保险约束）
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70mm），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、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
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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 发动机 变速器
相
散热器总成
关
冷凝器总成
零
空气滤清器
部
燃油管路
件
膨胀箱 ……
车身控制模块（BCM）
……
……
轮罩挡泥板 ……
电器盒（ECU）
前拖钩
雨刮盖板
……
部分车身线束
传动系统
雨刮系统
风挡玻璃
无匙控制器（PEPS）
行驶系统
洗涤水壶
发罩铰链
前舱线束
制动系统
仪表台
发罩拉索
电子电器
空调总成 电瓶
底盘 副车架 转向系统
内外饰 保险杠总成 前大灯/雾灯
其它 发动机罩 翼子板
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
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：
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分散 碰撞
吸能区一 吸能区二 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
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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。
空气室
减震塔 前围板 前端模块
前防撞梁 前纵梁
前立柱
副车架
图4 某承载式轿车的车身结构
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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。
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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，改成先将不同强度和不同厚度的板材冲裁、焊接成整体毛坯，然后进行整体冲压成型。
激光拼焊在生产中体现为高质量、高效率、低成本。如某项目在一辆轿车上，共用了16个拼焊板冲压件，由于选用了拼焊板，车身零件数量约减少20%，减重25%。激光拼焊板已被广泛应用于发动机舱纵梁、地板、立柱等汽车结构件。 1.3.2.3 涂装工艺
在整车设计目标中有明确的密封和防腐性能指标，涂装工序是实现密封和防腐的主要工序，涂装效果好坏直接影响着白车身的密封性和耐腐蚀性。
涂装工艺主要包括密封胶、磷化膜、电泳漆、面漆、PVC涂层、空腔注腊等。其中发动机舱主要涉及密封胶、电泳漆、PVC涂层、注蜡等。
1）涂胶工艺
涂胶工艺包括焊装涂胶和涂装涂胶两部分。
焊装涂胶包括焊接密封胶、指压胶、膨胀胶以及结构胶等几种。焊接密封胶、膨胀胶、结构胶等涂装参数和要求一般由工艺早期输入。指压胶一般用在钣金接头间隙＞3mm时采用，但最好不要超过5mm，否则密封效果不好。在钣金设计中，应该尽量减少指压胶的用量。
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涂装涂胶要求由工艺早期输入。在钣金设计过程中，尽量保持涂胶缝隙的平顺性，同时要注意校核涂胶的可操作性和易操作性。
发动机舱和侧围连接部位是涂装涂胶难点之一。设计此区域搭接结构时，要充分考虑密封问题，此区域易出现漏水问题。
2）电泳工艺
电泳膜是白车身防腐性能的基础。影响电泳效果的因素主要有电泳液、电泳时间和电压、钣金结构等。其中车身钣金结构是车身设计中需要重点关注的。
钣金结构中影响电泳效果的因素主要是钣金之间的间隙、涂装工艺孔大小和布置。钣金间隙越大，越有利于电泳工艺，但从钣金性能角度说，外截面尺寸一定的情况下，内钣金设计的尽量大，故在设计中需注意满足涂装要求的最小钣金间隙。涂装工艺孔分进液排液孔和电力线用孔。涂装工艺的大小、数量和分布，工艺工程师会提出具体的要求，钣金设计过程中要协调好与其他功能孔统一。
3）PVC涂层
PVC防石击涂料是轿车在高速行驶下避免因路面石子弹击车身底部致使车底涂层打碎而引起车身腐蚀之用的涂料。前轮罩容易受轮胎带起的沙石等撞击，如无保护措施，石击会引起钣金表面防腐漆脱落成钣金腐蚀，降低车身可靠性和使用寿命。为减小撞击造成的腐蚀风险，需要在前轮罩喷涂PVC抗石击材料，喷涂厚度0.6mm～0.8mm，具体区域如图7所示。PVC抗石击材料技术条件可参考企标《QJGAC 1270.010 抗石击中涂技术条件》。
图7 前轮罩PVC
4）空腔注蜡
空腔注蜡就是在车身空腔中打入一定量的液态蜡，经过特定工艺流程使留在车身空腔内部的蜡形
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成均匀的保护膜，保证整车良好的防腐性能。
发动机舱纵梁内腔极易进水，为了更好的保证腔内钣金结构不被腐蚀，通常会在纵梁腔体内注入防锈蜡，在钣金结构表面形成至少0.5mm的蜡膜。有关空腔注蜡的技术条件可参考企标《QJGAC 1310.012 内腔防锈蜡技术条件》。 1.3.2.4 总装工艺
在总装生产线上，装配在发动机舱上有前副车架、动力总成、减震器、空调、转向、制动、仪表台以及外饰等系统。在车身设计过程中要考虑安装零件装拆的间隙需求及安装工具占用空间。
前悬系统在发动机舱上的装配是一个重点难点问题，同时与发动机舱配合的零件有减震器、前副车架、动力总成等，同时需要匹配的孔位达15个以上（见图8）。在设计前副车架、动力总成和减震器的时候就要考虑怎样装配定位，通常采用专用夹具或定位销完成定位，具体方案需要经过各部门责任工程师沟通确定。
图8 前悬系统与发动机舱匹配孔位（俯视图）
1.3.2.5 滚压工艺
滚压加工是一种无切屑加工。通过一定形式的滚压工具向工件表面施加一定压力。在常温下利用金属的塑性变形，使工件表面的微观不平度辗平从而达到改变表层结构、机械特性、形状和尺寸的目的。因此这种方法可同时达到光整加工及强化两种目的。
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在发动机舱零件中，滚压工艺主要用于制造前防撞梁本体。 1.3.3 材料介绍
这里主要介绍发动机舱主要零件材料应用情况。
为确保发动机舱的性能，左/右纵梁、防撞梁和前围板骨架使用的一般是屈服强度大于340MPa的高强钢。主要有以下四种材料形式：普通高强度钢板、热成形钢板、激光拼焊板、差厚板。其中后三种材料一般应用在左/右纵梁和防撞梁上。 1.3.3.1 普通高强度钢板
发动机舱常用的普通高强度钢板牌号见表3所示，材料的力学性能参见企标。
表 3 普通高强度钢板材料列表
常用零件 防撞梁 吸能盒内板 吸能盒外板 纵梁内板 纵梁外板 副车架安装支架 悬置安装加强板
轮罩外板 减震器座安装板
前围板 前围骨架 踏板安装支架 导水板 前围上部板 前风挡下横梁
屈服强度（MPa） 340～1000 240～300 240～300 340～1000 340～1000 150～300 150～300 120～240 130～340 130～300 240～300 150～300 150～300 150～300 240～340
推荐料厚（mm） 1.5～2.0 1.0～1.5 1.0～1.5 1.5～2.0 1.5～2.0 2.0～2.5 1.5～2.0 0.8～1.5 1.5～2.5 0.7～1.0 1.0～2.0 1.0～1.5 0.7～1.0 0.8～1.2 0.8～1.5
备注
如：GC340/590DP/t1.6如：HC220BD/t1.5 如：HC220BD/t1.5 如：GC420/780DP/t2.0如：GC420/780DP/t2.0如：DC52D+ZF/t2.0 如：BLC/t1.5 如：DC54D+ZF/t1.5 如：DC54D+ZF/t2.5 如：DC54D+ZF/t0.8 如：HC220BD/t2.0 如：BLC/t1.2 如：DC53D+ZF/t0.8 如：DC54D+ZF/t1.2 如：HC260BD/t0.8
注：零件选材应该结合CAE分析，采用好的结构设计，先进的车型工艺或者在满足高强度钢板冲压的条件下，选择薄的材料。
1.3.3.2 热成形钢板
热成形钢是一种低碳合金钢，含有一定量的锰、硼为主的合金元素，具有良好的热处理性能，可
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以通过直接热冲压成形或先预成形再热冲压成形同时模具内淬火，从而获得高强度。热成形冲压件的主要金相组织为马氏体。
热成形钢板有带预涂层和不带预涂层两种。热成形钢预涂层是指热成形钢表面有一层致密的铝硅涂层，能提高抗腐蚀性能，且在加热成形过程，由于铝硅涂层的保护作用，不会存在脱碳现象，无氧化皮产生，加热成形后获得的制件不需进行喷丸处理，零件尺寸精确度高。对于不带涂层的热冲压成形制件，表面应经过喷丸或其他处理方式去除氧化皮。表4为不同钢厂生产的热成型钢的牌号。表5为热成形钢板的力学性能。发动机舱中主要是防撞梁本体、纵梁内外板、前围骨架等采用此材料。
表 4 不同钢厂热成形钢牌号
本特勒BTR165宝钢B1500HSArcelor-Mital22MnB5/Usibor 1500P
表 5 热成形钢板力学性能
状态热轧冷轧热成形后屈服强度MPa≥300≥300≥1000抗拉强度Mpa≥450≥500≥1300延伸率A50（%）延伸率A80（%）不适用不适用≥6≥12≥20不适用推荐料厚（mm）1.4～2.5 1.3.3.3 激光拼焊板
激光拼焊板是利用“裁缝”的原理，根据零件设计的要求，将不同厚度、不同强度和不同镀层种类的钢板（或同种类的其他金属板）通过激光焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的不同要求。图9为一种激光拼焊板的示意图。
焊缝厚板薄板
图9 激光拼焊板的示意图
与传统的钢板相比较，激光拼焊板最显著的优点是减少了零件数量和材料消耗，降低了整车质量，改善了刚性，降低了成本，简化了装配工艺，提高了产品质量。图10为某一车型应用激光拼焊板制作的发动机舱纵梁内板，前段料厚为1.8mm，后段为2.0mm。
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图10 激光拼焊板
激光拼焊板存在的问题：
1）增加一系列工序，因而增加了生产成本；
2）多了一条（或几条）焊缝，影响冲压件的表面质量； 3）焊缝附近性能均匀性差；
4）在焊缝处厚度突变，对冲压成形不利；
5）做不到厚板和薄板的过渡连接，不利于负载的均匀变化。 1.3.3.4 差厚板
差厚板是一种沿长度方向厚度发生变化的薄板。与激光拼焊板不同，差厚板由轧制方法生产。图11为一种差厚板的示意图。
厚区 过渡区 薄区
图11 差厚板示意图
与激光拼焊板相比，差厚板有以下优点 1）省去了焊接工序，可降低生产成本；
2）连续性生产，生产效率高、操作容易、可靠性好； 3）没有焊缝，表面质量好；
4）用过渡区代替焊缝，连接强度大幅度提高，均匀性好； 5）厚度控制容易，能生产出二种以上厚度组合的板材； 6）厚度过渡区的长度和形状可以控制；
7）可根据冲压件服役时受力状况，设计过渡区的长度和形状； 8）过渡区光滑连接，比拼焊板厚度突变的模具设计简单； 9）过渡区有良好的吸收能量效果，比拼焊板抗冲击性能好。
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综上各种材料介绍，发动机舱选材应满足功能要求及性能要求，并以低成本和轻量化为原则。目前国内大多数车的机舱纵梁和前围骨架使用普通高强度钢板，因为普通高强度钢板在价格上占较大优势，且制造工艺成熟；热成型钢板在国产车上的使用量在逐年增加，在欧盟国家热成型技术处于成熟阶段，应用普遍；激光拼焊板在欧盟国家技术较为成熟，应用较多，但在国内该技术还处于发展阶段，应用较少；差厚板在欧盟国家技术比较成熟，较多的使用在高档车上，国内该项技术现处于起步阶段。
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2 发动机舱设计流程
2.1 发动机舱设计过程介绍
发动机舱设计开发通用的全流程的五个阶段为： 1）前期研究阶段； 2）概念设计阶段； 3）详细设计阶段； 4）设计验证阶段； 5）认证&生产准备阶段。 2.1.1 前期研究阶段
前期研究阶段的主要工作包括对标车分析和编写零部件可行性研究报告。 2.1.1.1 对标车分析：
1）对标车拆解：熟悉对标车的发动机舱结构，记录各个零件的料厚、质量以及与前地板、侧围、前端模块、动力总成、底盘系统等的连接方式，并注意其上附件的安装方式；
2）对标车数据逆向；
3）对标车性能分析：主要包括白车身的刚度、模态分析、碰撞性能分析、白车身强度分析。 2.1.1.2 编写零部件可行性研究报告；
1）开展技术调研，初步确定发动机舱总成的技术方案； 2）初步确定性能、质量目标和需要满足的法规； 3）初步确定BOM； 4）确定初始断面； 5）编制DCD文件。 2.1.2 概念设计阶段
概念设计阶段的主要工作包括技术方案分析与确认、典型断面设计、Rough 3D数据设计、主要CAE分析、工艺ECR解决等。
2.1.2.1 完成技术方案分析和确认；
1）确认质量目标并完成目标分解；
2）校核总布置图：硬点检查，主要部件位置校核； 3）预估沿用件/改制件/新增件，完成清单；
4）校核内外造型面，确认各部分安装结构及实现的可能性。如结构不能实现，则需要修改造型。
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2.1.2.2 编制初始BOM； 2.1.2.3 编制设计任务书； 2.1.2.4 编制初始关键特性清单；
2.1.2.5 典型断面设计（具体见3.2.2节发动机舱断面的具体要求）； 2.1.2.6 Rough 3D数据设计，申请件号，编制BOM表并完善主要属性； 2.1.2.7 零部件之间装配关系分析与处理；
2.1.2.8 开展CAE分析，根据CAE计算结果优化数据：
1）截面特性分析计算； 2）主要连接点刚度计算；
3）重要安装点的刚度、强度优化； 4）概念数据的模态与刚度计算； 5）概念数据的碰撞模拟计算。 2.1.3 详细设计阶段
此阶段主要开展工作包括：
2.1.3.1 进行详细的工程设计（结构、尺寸、材料、性能、外观等），发布ET数据；2.1.3.2 零部件技术文件确认及发布：
1）孔位描述表； 2）涂胶图； 3）堵盖分布图； 4）零件尺寸测量计划； 5）产品验证计划； 6）DFMEA。 2.1.3.3 DMU校核；
2.1.3.4 开展CAE计算，根据CAE计算结果优化数据：
1）重要安装点的刚度、强度优化； 2）BIW的刚度及耐久性； 3）整车刚度特性、NVH性能； 4）第一轮整车碰撞及安全性能分析。 2.1.3.5 工程试制用BOM发布。
15
发动机舱设计指南
2.1.4 设计验证阶段
此阶段主要开展工作包括： 1）工程样车及样件试制跟踪； 2）工程样车及样件验证试验： a 碰撞试验； b 行人保护试验； c 整车耐久试验； d NVH试验； e 淋雨、涉水试验； f 车身弯曲、扭转刚度试验。
3）根据工程样车试制试验的反馈，完成产品数据的设计修改，并最终发布生产准备数据；4）完成2D图纸冻结并发布； 5）完成设计认可报告并发布； 6）完成整车力矩清单冻结并发布； 7）BOM冻结并发布。 2.1.5 认证&生产准备阶段
此阶段主要开展工作包括： 1）BOM发布； 2）协助生产线调试； 3）生产准备样车试制； 4）生产准备样车试验；
5）根据生产准备样车试制试验的反馈，优化产品数据，并最终完成量产数据的发布。 具体设计流程见图12。
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发动机舱设计指南
前期研究阶段 总成硬点控制 竞争车型和目标车型技术分析 新产品开发可行性研究 （总布置提供） 总成硬点控制 (总布置提供) 概念设计阶段 发动机舱总成设计概念描述造型可行性分析 车身主断面设计 3D rough数据设计 初版BOM设计 详细设计阶段 设计验证阶段 认证&生产准备阶段 内外饰件、车身附件、 电气元件、底盘件及周 边总成输入 工艺条件输入 品质基准书 样车试制大纲 正式工程图 N 工程图评 批准 CAE分析详细结构数据 零部件技术文件 CAE分析工艺分析 数据评审 Y 工程样车试制 冲压、焊接、涂装、总装等工艺验证 N N NY工程样车试验 碰撞、刚度、模态、耐久等性能验证 Y 生产准备样车验证 样车试制，样车试验，目录认证，生产线调试支持 N N 小批量生产 入库（存档） 大批量生产 图12 设计流程图
17
发动机舱设计指南
2.2 发动机舱开发各阶段输入/输出内容定义
发动机舱设计各阶段输入/输出内容如表6所示：
表6 发动机舱设计输入/输出清单
序号 1 2
项目前期研究阶段 阶段
工作项目 对标车数据搜集整理 编写可行性研究报告 发动机舱设计概念描述
输入文件
对标车数据 项目可行性分析报告 市场调研报告
初版整车设计任务书 项目可行性分析报告
白车身设计目标 原型车性能参数 内外造型面
生产约束输入：包括关键定位、焊接顺序、冲压输入 动力总成、底盘等硬点 整车初始BOM；
发动机舱设计概念描述； 材料选用清单； 初始断面
整车设计任务书； 原型车性能参数； 整车总布置要求 整车验证计划 原型车性能参数； 内外造型面
造型面
动力和底盘硬点、三踏板、减震器、转向系统、空调、线束、电瓶、散热器、雨刮电机、前组合灯、新拖钩、发罩铰链等 工艺输入
CAE分析结果（基于断面） 动力和底盘硬点、三踏板、减震器、转向系统、空调、线束、电瓶、散热器、雨刮电机、前组合灯、前拖钩、发罩铰链等 概念数据 BOM
输出文件 对标车技术分析报告
可行性研究报告 发动机舱设计概念描述
在白车身方面分析报告中
备注
3
4 典型断面设计 典型断面
5 初始BOM 初始BOM清单
6
白车身设计任务书
产品概念设计阶段
初始产品验证计划 对造型进行可行性校核分析
白车身设计任务书
初始产品验证计划
造型可行性分析报告
在白车身方面分析报告中
7 8
9
Rough 3D数据设计
Rough 3D数据
10 装配关系校核 校核报告
在整车校核报告中 在整车分析报告中
11
开展CAE分析 CAE分析报告
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发动机舱设计指南
表6(续) 发动机舱设计输入/输出清单
序号 12 13
阶段
工作项目 对造型进行可行性校核分析 车身结构断面设计、评审与发布
输入文件
内外造型面 车身典型断面； 总布置要求
造型面
动力和底盘硬点、三踏板、减震器、转向系统、空调、线束、电瓶、散热器、雨刮电机、前组合灯、新拖钩、发罩铰链、RPS等 动力和底盘硬点、三踏板、减震器、转向系统、空调、线束、电瓶、散热器、雨刮电机、前组合灯、新拖钩、发罩铰链、RPS ET数据 BOM表
输出文件 造型可行性分析报告
详细结构断面
备注
14 ET数据发布 ET数据
产品详细设计阶段 15
零部件技术文件发布
孔位描述表 涂胶图 堵盖分布图 零件尺寸测量计划
产品验证计划 DFMEA DCD
DMU校核报告 BOM
CAE分析报告 试制问题跟踪报告 试验报告
在白车身技术文件中
16 17 18 19 20
DMU校核 ET数据
在整车校核报告中
在整车分析报告中 在整车试制报告中 在整车试验报告中
工程试制用 ET数据； BOM 发布 工艺条件 开展CAE分析 工程样车及样件试制跟踪 工程样车及样件验证试验 根据工程样车试制试验的反馈，优化数据
产品设计验证阶段
2D图纸冻结并发布 设计认可报告
ET数据 BOM表 ET数据 BOM ET数据 BOM
试制问题跟踪报告 试验报告 整车数据； 工艺要求 整车数据
白车身性能目标
21 生产准备数据
22 23
2D图纸 设计认可报告 孔位描述表 涂胶图 堵盖分布图
零件尺寸测量计划 BOM
24
零部件技术文件冻结并发布 生产准备数据 BOM表 在白车身技术文件中
25 BOM冻结并发布 焊接工艺、涂胶工艺
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发动机舱设计指南
表6(续) 发动机舱设计输入/输出清单
序号 26 27
阶段
工作项目 生产准备样车试制
生产准备样车试验
输入文件 PT数据 BOM PT数据 BOM
试制问题跟踪报告 试验报告 试制问题 售后反馈
输出文件 试制问题跟踪报告 试验报告
备注 在整车试制报告中 在整车试验报告中
28
产品认
根据生产准备
证&生
样车试制试验
产准备
的反馈，优化产品数据
设计优化
量产数据
29
持续改进报告
3 发动机舱详细设计
3.1 编制DCD
DCD文件是指Design Concept Description，即零部件的设计概念描述，一般包括零部件的设计方向、设计校核表、设计概念纲要三部分内容。其中，设计方向是零部件设计的目标及功能要求的概述，设计校核表中包括各类法规、总布置、生产工艺及前期产品出现的一些问题的校核项，设计概念纲要包括结构与材料、典型断面、接头设计等内容，如表7所示。
表7 DCD主要内容列表
a） Design Direction.设计方向 To secure the related regulations.遵循相关法规 To meet functional and structural performance targets.实现车身结构设计目标 TO preventive concept for Anti-water, Anti-corrosion, Anti-noise. 保证良好的防水、防尘、防噪的效果 To provide a significant cost & mass reduction.低成本轻量化原则b) Consideration .设计校核项 Regulation.法规 Test Specification.试验说明 Manufacturing Requirement.制造要求 Previous Car Ploblem (Countermeasure).前期车型问题（对策）c) Design Concept .设计概念 Construction & Material.结构和材料Typical Sections.典型断面Joint Concept .接头概念 3.2 选型及布置设计
汽车车身选型及布置，对汽车的动力性、燃料经济性、乘坐舒适性、操纵稳定性和行驶安全性、汽车使用寿命及维修保养等都有直接影响。因此，在进行车身选型及布置设计时，必须清楚地认识到
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发动机舱设计指南
车身应当具备哪些基本性能，如何保证这些性能的实现等。
根据发动机布置形式（发动机前置还是后置，前轮、后轮还是全轮驱动等），发动机舱的定义内容及结构有很大区别，本文主要针对发动机前置前驱而展开工作。
车身发动机舱选型和布置设计是依据《整车设计任务书》，基于整车总布置、造型和生产工艺约束的基础上进行的。 3.3 典型断面设计
整个车身项目开发过程中典型断面设计大致分为三个阶段：典型布置断面、详细设计断面和检查断面。
3.3.1 典型布置断面
典型断面是前期布置可行性分析、工艺校核、整车强度刚度分析等工作的基础条件，是整车开发不可缺少的重要内容。在设计典型断面的时候，有以下4点通用要求：
1）尽量采用闭口断面
车体骨架的设计中，满足车身刚度和强度需求是首要要素。刚度和强度不足，在碰撞中会引起车体严重变形，增加乘员伤害，重则危及乘员生命，同时，低刚度伴随有低的固有振动频率，易发生结构共振和声响，并削弱结构接头的连接强度。而结构强度不够则引起构件早期出现裂纹和疲劳断裂。
与刚度有关的断面特性是弯曲惯性矩I，扭转惯性矩Jk等，而薄壁件的断面形状对其断面特性有很大的影响。薄壁杆件的断面形状分为闭口和开口两类，两者的断面特性有很大的差别。对于闭口断面，扭转惯性矩Jk=4A2st/s，式中As为板料厚度中线所围成的面积。可见，中线周长s一定，材料厚度t一定，扭转惯性矩Jk与As的平方成正比，而断面形状无独立意义，所围面积大小则很重要。可见，闭口断面的扭转惯性矩要比开口断面大得多。
因此，从提高整个车身和构件的扭转刚度出发，尽可能采用闭口断面。 2）保持断面尺寸一致性，避免断面形状和尺寸急剧变化
当车身骨架梁的断面发生突变时，就会由于刚度突变引起断面变化处应力集中。在碰撞过程中容易引起弯折，同时，应力集中可能诱发裂缝，导致疲劳损坏，降低使用寿命。
因此，在结构设计时要避免断面急剧变化，特别是要注意加强板和接头的设计。 3）体现工艺要素
车身典型断面设计初始就需要将工艺条件考虑在内，主要包括冲压、焊接、涂装和总装四个方面。冲压工艺主要包括冲压角度和冲压深度，焊接工艺主要包括焊接边宽度、焊接层数、焊接厚度和焊枪空间，涂装工艺主要包括涂装间隙，涂装孔一般在断面上不体现，总装工艺主要包括安装孔配合和公
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发动机舱设计指南
差以及安装可达空间等。
4）避免零件干涉
在进行单个零件设计时,需要考虑与其相关的零部件，避免干涉。 3.3.2 发动机舱断面的具体要求
与发动机舱相关的典型断面主要有：空气室结构断面、前悬置安装点断面、防撞梁结构断面、前拖车装置安装点断面、减震塔结构断面、转向管柱结构断面、前副车架安装点及纵梁截面等等。
典型断面图要求显示及标注内容包括：所有的零件清单；所有需要被满足的装配、制造工艺要求及设计要求，包括厚度、圆角、翻边、间隙等。发动机舱主要断面见图13。
Ⅲ Ⅳ Ⅱ Ⅰ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
图13 发动机舱典型断面位置示意
22
发动机舱设计指南
1）截面Ⅰ：空气室周边搭接断面 此截面主要体现以下内容：
a 根据雨刮系统尺寸，确定空气室空腔基本尺寸；
b 保证新鲜空气进入且雨水不能进入空调；空调进风口下边缘到导水板下表面尺寸≥35mm，必要时需增加挡水板；
c 体现空气室与发罩、雨刮盖板、前风挡玻璃、仪表台的连接结构。 图14以AF车型为例，仅供参考。
图14 空气室周边搭接截面
2）截面Ⅱ：前副车架安装点及纵梁截面 此截面主要体现以下内容：
a 体现前副车架在机舱纵梁上的安装结构；
b 确定纵梁截面形状和主要尺寸；纵梁理想状态截面为圆形，要有很高的抗弯抗扭性能，但很多零件的在纵梁上有安装需求，工艺性差，为此，常选择由基本平面组成的矩形截面。矩形的宽高比一般在5：8状态。
图15以AF车型为例，仅供参考。
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发动机舱设计指南
图15 前副车架安装点及纵梁截面
3）截面Ⅲ：防撞梁及吸能盒结构 此截面主要体现以下内容：
a 定义防撞梁本体和吸能盒截面尺寸：Z向高度、Y向宽度、X向长度。A级车型吸能盒在X向长度一般在120mm左右，A0车型长度约在100 mm。横梁本体X向截面尺寸受吸能盒和前保险杠位置所限制，故不能取值太大，一般在55mm。其它各项尺寸，可以根据钣金材料级别、整车受力大小和整车安全星级等综合因素而调整；
b 离地高度定义。根据法规《GB 17354 汽车前、后端保护装置》满足445mm±57mm离地要求，示例见图16。此高度需要与纵梁保持统一；
c 保证与周边件间隙≧10mm。前防撞梁总成一般是螺接到机舱纵梁上，误差积累大，同时车身前端安装有很多子件，故要求前防撞梁总成与周边件的间隙在10mm以上；
d 在X向预留出70mm的行人保护缓冲空间。 图17以AF车型为例，仅供参考。
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发动机舱设计指南
图16 前防撞梁Z向高度定义
图17 前防撞梁及吸能盒结构截面
4）截面Ⅳ：前拖车装置 此截面主要体现以下内容：
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发动机舱设计指南
a 前拖车装置工作方式（如：螺接、挂钩）和布置位置；一般前拖车装置采用螺接方式。布置位置，理论上希望拖车装置对称中心线与机舱纵梁中心重合，或偏离距离越小越好；
b 挂钩或螺母套主要配合尺寸；根据整车装备质量，确定拖车装置所需要承受载荷，选择合适的螺母套及拖钩，常见有M16、M18、M24等螺纹规格，不同车型可以通用；
c 体现与周边件间隙要求；拖车螺母套与周边件的间隙≥10mm；
d 位置要避让行人保护区域，不能影响吸能区压溃（可以从结构设计上考虑，不形成刚性单元）。 图18以AF车型为例，仅供参考。
图18 前拖车装置结构截面
5）截面Ⅴ：前悬置安装点 此截面主要体现以下内容：
a 动力总成装配间隙，一般该间隙≥15mm；
b 安装支架与纵梁Z向高度（见图21中所标注的尺寸A），一般该尺寸要尽量小，以提高支架刚度； c 悬置安装面宽度（见图21中所标注的尺寸B）尽量大，一般在40mm以上，以增大接触面积，减小应力集中的风险。
图19以AF车型为例，仅供参考。
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图19 动力总成安装点断面
6）截面Ⅵ：转向管柱结构断面 此截面主要体现以下内容：
a 转向管柱过孔位置及密封方案。密封边缘需要留出10mm以上平面。转向管柱过孔一般开在前围骨架上或在前围板上增加强板后开孔；
b 前围总成与前地板搭接形式；
c 前围板与前围骨架在转向管柱处的搭接形式。 图20以AF车型为例，仅供参考。
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图20 转向管柱结构断面
7）截面Ⅶ：减震塔结构断面 此截面主要体现以下内容：
a 减震塔、发动机舱纵梁、导水板三者间的搭接方式，减震器加强板结构；
b 轮胎包络与钣金间隙≥10mm（见图21标注尺寸A），钣金与减震器总成中心过孔间隙≥3mm； c 发罩铰链安装结构。
图21以AF车型为例，仅供参考。
图21 减震塔结构断面
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3.4 人机布置设计
发动机舱和人机布置相关的内容主要是驾驶员的踵点（AHP）和前排乘员的歇脚空间。
踵点在模型上的位置见图22.前围板根据此踵点的位置，结构离合踏板、制动踏板和油门踏板工作状态，可以确定一个X向限制面；另外一个X向限制面由前轮胎包络约束，为此，前围板下部曲面所处空间已经确定。
为了乘员舒适驾车或乘车，希望踵点越向车身前端越好，但为了保证整车的紧筹，减小轴距，希望轮胎越向车身后部越好，为此，可以在二者之间找到一个平衡区域，即为前围板下部曲面。
图22 踵点（AHP）位置
3.5 主构件详细设计 3.5.1 前纵梁总成设计 3.5.1.1 设计输入
1）车身性能：确定车身基本性能目标，包括车身变曲刚度、扭转刚度、车身模态、前碰的性能要求；
2）布置：动力总成布置方案的确定、底盘系统硬点的基本确定、前悬架的基本方案的确定、前悬架系统包络面的确定、前轮胎包络面的确定。 3.5.1.2 设计思路
前纵梁上要安装动力总成和悬架，是发动机舱的主要受力承载件；同时在汽车碰撞中也是前碰吸能的主要部件。由于纵梁前端承担着汽车前碰主要的吸能功能，因此前纵梁的形状及断面设计尤其重要。
3.5.1.3 前纵梁总成详细设计
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发动机舱设计指南
1）前纵梁Z向高度的定义
前纵梁高度主要受低速碰撞（摆锤试验）和正碰的影响。
低速碰撞：因为《GB 17354 汽车前、后端保护装置》的要求，为达到良好的碰撞性能，前防撞梁中心距设计地面线的高度一般在445mm-455mm（保时捷推荐）之间，吸能盒的高度则随之确定，前纵梁中心需与吸能盒中心保持一致，即前纵梁高度确定。
高速碰撞：通常纵梁成Z字形，如图23，线1与线2的高度差越小，则越有利于将正碰的载荷往车身下部传递。
图23 纵梁Z向高度差示意
另外，因为40%偏置碰撞壁障高度为530mm，故前纵梁的上表面高度最好小于530mm。 通常前纵梁最好与XY平面平行，这样更有利于碰撞。如：AF机舱纵梁成前低后高，与X向有10的夹角，主要是因为前纵梁前部高度要保证满足低速碰撞要求，而后部抬高主要是因为受动力总成、前轮胎包络和传动轴包络的影响，纵梁需要往上走，尽量增大截面，这种纵梁对碰撞有多大影响还需要CAE分析确定；有很多车为了使纵梁设计成与XY面平行，则将纵梁前部抬高，也能满足摆锤碰撞的要求。
确定前纵梁高度时还需兼顾动力总成大小和位置、前轮胎包络、传动轴包络和转向横拉杆包络，综合考虑所有约束条件，最后做折中处理。
2）前纵梁Y向宽度的定义
前纵梁左右宽度主要受动力总成的布置、前轮胎包络面位置及整车碰撞的性能要求影响。 通常在静止状态下，需要保证钣金与动力总成间隙20mm；在装配过程中，则需要保证钣金与动力总成间隙10mm以上。
3）前纵梁根部形状的定义
影响纵梁根部的因素：前轮胎包络、转向横拉杆包络、稳定杆包络、传动轴包络、前围板面。见图24。通常需要保留与各运动件包络间隙10mm以上。
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发动机舱设计指南
前轮胎包络 转向横拉杆包络 稳定杆包络 传动轴包络
图24 纵梁根部的相关包络
纵梁根部的Y向位置主要考虑前轮胎包络以及纵梁前部的Y向位置，使前后部有很好的连接。在XY平面内，纵梁的结构要尽可能的直，这有利于碰撞力地传递。如图25，线1和线2的平行距离越小，碰撞时的能量越能顺利的向后传递；反之，距离越大，使纵梁产生弯折的可能性越大，越不利于能量的吸收和传递。这种情况下要尽可能的扩大后部的力的传递面积以改善吸能。
线2线1
图25 纵梁根部Y向差示意
3.5.1.4 注意事项
1）前纵梁前端一般要设计出压溃引导筋（见图26），筋的条数、间距、长度与形式（凹或凸）需要结合CAE，给出合理的设计方案，以便纵梁的全部能像手风琴一样有规律地折叠变形。
图26 纵梁前端的凹筋
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2）将纵梁前后采用渐变的截面形状：把前端作细，后端作大（见图27，A区长度一般在300mm以上，需要压溃，B区为受力传力区，不允许破坏），以保证汽车在前碰时由前到后依次压溃吸能，使乘员舱的变形尽量减小达到保护乘员的目的；
BA 图27 截面渐变的纵梁
3）从前方撞击安全性来看，发动机舱前纵梁应无大的集中力直接传向车身驾驶区，前纵梁应采用大面积过渡将力分散传给前围和地板（见图28）。
图28 纵梁根部受力示意
3.5.2 前围板总成设计 3.5.2.1 设计输入
1）车身性能：确定车身基本性能目标，包括车身弯曲刚度、扭转刚度、车身模态、前碰的性能要求；
2）布置：整车人机布置图、三踏板的布置方案、动力总成的布置方案、前轮胎包络面的确定、HVAC的布置方案、排气系统的布置方案、转向管柱的布置方案、真空助力器的布置方案、离合主缸的布置方案、线束的布置方案、换挡拉索布置方案。
3.5.2.2 设计思路
前围板总成包括前围板分总成、前围骨架总成（或加强横梁总成）、三踏板加强板（见图29）。主要起到隔离乘员舱与外界，与纵梁一起防止动力总成和转向系统侵入量≥130mm，与隔音件一起解决NVH问题，并解决制动系统和空调系统的安装需求。
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发动机舱设计指南
前围板分总成
踏板加强板
前围骨架总成
a 构造一
加强横梁总成
前围板分总成
三踏板加强板
b 构造二
图29 前围板总成结构
3.5.2.3 前围板详细设计
前围板是发动机舱与乘员舱的主要隔离构件，其隔音、减振、隔热的要求显得尤为重要，总的来说，前围板主要分四个大面，如图30。
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发动机舱设计指南
图30 前围板基本构造面
1）面1的确定
根据动力总成的布置位置，留出钣金与动力总成的间隙要求（至少保证65mm～80mm以上），初步确定面1。
因为整车NVH的要求，通常前围板与HVAC之间需保持留有20-30mm的空间，用于布置隔音垫。根据HVAC的布置方案，从HVAC往X负方向偏移20mm(PE经验值:10mm)，再次确定面1。
同时，若发动机为后排气形式，则还需考虑留出足够的空间，以防止乘员舱过热，通常间隙要求在50mm以上。
统合以上要求，最终确定面1。
面1的位置对前碰性能起着至关重要的影响。因为如果面1越靠X正方向，则前碰空间越大，对前碰越有利，但同时却带来乘员舱空间减小，所以在项目定义阶段，需要结合前碰性能及乘员舱空间要求，校核布置，综合考虑。
2）面2的确定
通常前围板与三踏板之间要求保持留有25mm的空间，用于布置地毯和隔音垫。根据三踏板的布置方案，由图31则可得到面2。
在确定面2位置的同时，需要校核前纵梁后部（天鹅颈）截面的大小，以确保能满足前碰性能要求（特别是64km/h偏置碰撞），通常要求前纵梁此处截面高度达到60mm以上。
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发动机舱设计指南
图31 三踏板与前围板间距示意
3）面3的确定
根据整车人机布置图（见32），得到踵点的Z向坐标位置，留出25mm空间，用于布置地毯和隔音垫；考虑前机舱与前地板的搭接关系，留出前地板的厚度（一般为1mm）。
图32 整车人机布置图
在确定面3位置的同时，同样需要校核前纵梁后部截面的大小，以确保能满足前碰性能要求（特别是64km/h偏置碰撞），通常要求前纵梁此处截面高度达到60mm以上。
4）面4的确定
面4主要是为了避让前轮胎包络，同时还要考虑挡泥板布置（一般需要钣金与挡泥板有5mm以上间隙）。AF因为前围板前面有一根整体的横梁用于前碰时保持乘员舱完整性，故还需留出横梁的截面空间。
3.5.2.4 注意事项
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1）前围板由于受到周边约束较多，结构设计很复杂，设计过程需充分考虑冲压工艺可行性； 2）前围骨架用于提高前围板的刚度，在轿车前碰时阻止前围板内移，保护乘员安全。由于前围板周边零件很多，增设加强骨架时需综合考虑是采取内置还是外置结构；
3）前围总成应具有良好的密封、隔音功能；
4）空调进风口容易出现漏水风险，必要时候需增挡水板；
5）导水板与A柱连接处容易出现密封不好而渗水问题，需要从结构上就考虑周全。 3.5.3 前轮罩总成设计 3.5.3.1 设计输入
1）车身性能：确定车身基本性能目标，包括车身弯曲刚度、扭转刚度、车身模态、前碰的性能要求；
2）布置：确定转向系统和驱动轴的包络、确定前轮胎包络、确定前减震器安装点及弹簧运动包络。 3.5.3.2 设计思路
前轮罩总成一般由上纵梁总成、前轮罩分总成、前轮罩前部总成组成（见图33）。主要支撑减震器及翼子板，受力很大且复杂，故需要对轮罩合理分块、双排焊点、适当位置增加加强板、支撑板。
上纵梁
前轮罩前部
前轮罩分
图33 前轮罩总成
3.5.3.3 前轮罩总成详细设计
前轮罩主要由轮罩板和减震器安装座构成。 1）轮罩板设计
汽车在行驶时由于车轮的跳动转弯等，为了不使前车轮与前轮罩发生碰撞干涉必须要作出轮胎的包络线。轮胎包络线应考虑以下内容：静态的轮胎轮廓、最大的轮胎左右转弯角度、轮胎的轴向和径向跳动、轮胎侧角、雪地防滑链等，根据前轮罩对前轮的相对轴向位置及轮胎跳动包络面，计算前轮罩对前轮胎的最小间隙，就可以确定前轮罩内曲面的几何形状尺寸(见图34)。
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发动机舱设计指南
图34 轮胎径向跳动曲线
2）减震器安装结构设计
减震器安装平面理论上希望与Z平面平行，但为了减小轮距，合理利用发动机舱空间，安装面会向车身中心方向倾斜，角度一般在0°～35°之间，但随着角度增大，减震塔受力则变差，影响整车刚度及模态。针对角度过大问题，可以在左/右减震塔之间增加一个横梁，增加整车刚度和抗扭性。 3.5.3.4 注意事项
行车过程中，减震塔承受较为恶劣的交变载荷，减震器安装板与轮罩连接处经常出现焊点脱落或零件开裂的问题，故此处须尽可能多的分布焊点，一般都会布置两排焊点，减少焊点脱落的风险，零件结构也要适当增筋等强化设计。减震器在车身上的安装点误差，需根据底盘定义而严格控制，一般要求主定位孔的位置度公差在1mm以内，尺寸公差在0mm～0.2mm。 3.5.4 空气室总成设计 3.5.4.1 设计输入
1）车身性能：确定车身基本性能目标，包括车身弯曲刚度、扭转刚度、车身模态、前碰的性能要求；
2）布置：确定雨刮电机的安装点及运动包络、空调进风口位置及尺寸、前风挡玻璃造型、仪表台上部安装结构等。 3.5.4.2 设计思路
1）空气室总成一般由左/右铰链座固定板总成、空气室外板总成、空气室内板总成焊接而成（见图35），构成一个封闭的端面，通常具有很大的刚度和强度，在与前围板总成、轮罩总成和侧围等整体焊接后保证整车的刚度。在汽车前碰时，确保减少前围向乘员舱内的位移量，在汽车侧碰时，支撑A柱；
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发动机舱设计指南
空气室板总成
右铰链座固定板总成
左铰链座固定板总成
空气室内板总成
a 空气室螺接方式
导水板外板总成
空气室内板总成
风挡横梁总成
b 空气室焊接方式 图35 空气室结构
2）确定雨刮器的安装位置和安装方式，减少噪音传入车内； 3）保证发动机舱盖铰链的安装和运动关系；
4）利用前围上部前板和后板之间的封闭断面，合理设计空气导入风道，使新鲜空气能够通过钣金的风口有控制地进入驾驶舱内（见图36）；
5）结构上设置流水槽，使吸入的雨水能顺利的排出； 6）根据前风挡玻璃的安装方式，设计安装玻璃的支撑止口。
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发动机舱设计指南
新鲜空气
前围上部
前围挡板
反射噪音
图36 空气流示意
3.5.4.3 注意事项
从总装效率考虑，一般希望空气室采用焊接方式，由于受周边条件的约束，可以采取螺接方式，无论哪种方案，都必须保证新鲜空气进入空调进风口，防止发动机排出的废气进入。
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发动机舱设计指南
3.5.5 前端钣金模块设计 3.5.5.1 设计输入
1）车身性能：确定车身基本性能目标，包括车身弯曲刚度、扭转刚度、车身模态、前碰的性能（安全气囊标定试验：15km/h全正碰，车辆前部损坏轻微，维修方便低价）；
2）布置：确定散热器位置、初定前保造型、确定前大灯需求空间、初定前拖钩布置位置。 3.5.5.2 设计思路
前端钣金模块包括水箱横梁、水箱立柱、前防撞梁、吸能盒、拖钩套筒等（见图37），其主要作用：汽车在发生低速碰撞压溃吸量，从而保护散热器、冷凝器、风扇，最终满足《GB 17354车辆前后端保护法规》和《GB/T 24550 行人保护法规》要求，对于出口欧美的车型，必须考虑车辆维修方便性（参考RCAR要求）。其结构的好坏对整车前端碰撞和售后维修成本有很大的影响，前端钣金模块的设计内容主要包括横梁本体、吸能盒和拖钩安装，以及前端模块的安装方式。
前防撞梁
拖钩套筒
能能盒
水箱立柱
水箱横梁
图37 前端钣金模块
3.5.5.3 前端钣金模块详细设计
在前端钣金模块中，水箱横梁和立柱主要解决周边件安装要求，故保证自身强度和刚度即可，以下主要介绍横梁本体、吸能盒和拖钩安装的详细设计。 3.5.5.3.1 横梁本体设计
横梁本体的制造主要通过四种方式：冷冲压（见图38-1）、辊压（见图38-2）、热冲压（见图38-3）、铸铝（重量轻，硬度高，但成本较高，A级车和B级车很少使用，此处不详细介绍），不同加工方式对
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发动机舱设计指南
应的横梁断面，有一定的差别。应根据横梁本体的制造成本、车间生产设备、供应商能力及车型产量等综合考虑，选择横梁本体的型式。
图38-1 冷冲压拼焊前横梁本体及断面 图38-2 辊压前横梁本体及断面
图38-3 热冲压前横梁本体及断面
冷冲压拼焊的横梁本体，由于其保持了与车身其它钣金相同的制造工艺，不需要单独生产线，材料也是国内钢铁厂生产，采购方便，模具也无特殊性，故制造成本低廉，一般冲压线都能制造，常见于成本控制严格的A级车型。不足在于截面尺寸大、质量重、焊点多（近60个）、需要与发泡塑料配合来实现行人保护功能。
辊压成形的横梁本体，需要一条专用辊压线，其断面为箱体结构，类似双层板的无缝焊接。相对焊接横梁本体，辊压件的截面经过优化后，重量可以减少近15%～25%，空间能节省近5%～10%，但仍需要用泡沫塑料配合来实现行人保护的功能。但该结构成本相对较高。
热冲压的横梁本体，采用热成型制造工艺，此型式结构能有效减少重量（仅为冷冲压拼焊的60%）、提高碰撞性能，同时不需要发泡塑料，就能实现行人保护的功能。但成本要比冷冲压或辊压高。
横梁本体主要承受和传递碰撞时的撞击力，需要很高的强度和刚度，其结构需根据前保险杠与发动机舱之间距离而定，形状受外造型影响较大，同时前防撞梁的结构设计需要考虑以下几点：
1)满足周边件的安装要求：不同车型有不同的相关件与前防撞梁配合或关联，常见的有通风挡板、发动机罩锁、线束、洗涤壶、温度传感器等，如表8所示；
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发动机舱设计指南
表8 防撞梁本体周边件清单 车身件 发动机舱纵梁 散热器中支架
前保险杠及格栅 前挡风板内外饰件发罩锁
电器件前大灯前雾灯温度 传感器线束
洗涤壶 动力件 冷凝器
2)合理选择制造方式：现有三种加工方法，成本相差较大，各有优缺，但在整车中体现的效果也有明显区别，热冲压将会是未来的发展趋势，并且随着后期技术的不断提升及大批量生产，其制造成本会大幅下降；
3)设计断面结构：根据横梁本体已经确认的制造方式，参考现有断面，再用CAE分析验证，得到最优化的断面结构；
4)确定曲率参数：根据前保外造型、间隙要求等输入，绘制出一条横梁断面的轨迹曲线； 5)特征优化：在横梁本体基本结构完成之后，根据周边件的安装要求，确定安装平面及位置，结合倒角、桥接等方式完成最终设计。 3.5.5.3.2 吸能盒与连接板设计
吸能盒一般为箱体结构，常与连接板焊接成一个整体（见图39），可以根据需要增加不同的压溃诱导槽，保证车辆发生碰撞时，吸能盒能按预定的轨迹被破坏而吸收能量。
吸能盒与横梁本体之间有焊接和螺接两种方式，主要区别在于连接板上螺母孔是否需要考虑螺栓枪空间：焊接状态一定要考虑有足够的螺栓枪空间，不能与横梁本体干涉；而螺接状态就不存在螺栓枪与横梁本体干涉的问题，即可以减小连接板尺寸近1/4，节省空间（见图40），但会影响装配效率。在同样空间情况下，吸能盒与横梁本体的螺接状态能有效增大横梁截面面积，提高刚度。
a 螺接方式 b 焊接方式
图39 吸能盒
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发动机舱设计指南
Ø 40mm Ø 40mm 吸能盒
前横梁
a 螺接方式 b 焊接方式
图40 连接板空间需求
吸能盒主要为封闭的箱体构造，前后端分别与发动机舱纵梁和横梁本体配合，其主要功能是汽车发生正面碰撞时，吸能盒完全被压溃，充分吸能，如图41所示：
图41 吸能盒理想压溃状态
吸能盒设计思路：
1）以机舱纵梁提供的安装面为基础，确定吸能盒安装面，保证足够长度（A级车在120mm以上，A0级车在100mm以上）；
2）合理选择主断面结构（如六角形、矩形、D字形）； 3）合理设计压溃诱导槽（需结合CAE）； 4）考虑拖钩螺筒安装结构；
5）预留防撞梁安装空间：一般情况下，为了减少装配误差的积累，吸能盒与横梁本体采用焊接方式，当横梁本体在Z向的高度影响防撞梁总成在纵梁上安装时，就需要吸能盒与横梁本体采用螺栓安装。
3.5.5.3.3 拖钩安装结构设计
拖钩安装结构与其布置位置密切相关，常见有：拖钩螺母通过支架螺接在机舱纵梁、螺母通过支架焊接在横梁边缘、螺母通过加强板焊接在吸能盒中心、螺母内嵌焊接在横梁中，具体见图7所示。各种安装方式，需要综合考虑前保造型、拖车受力、安装和维修方便性而定。
拖车钩布置在车身前端，用于拖拉抛锚的汽车，需要满足法规《77/389/EEC-010406 机动车拖车设备》。拖钩应该装在发动机舱纵梁或纵梁轴线附近的前副保上，因纵梁分列车身两边，纵梁受力情况要比横梁强很多，还可避免车架变形。前后拖钩需放在同一根纵梁上，使前后受力在一条线上，免得车架变形。
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发动机舱设计指南
拖钩应位于车身右侧。因为国内汽车靠右行驶，车辆发生沉陷右侧多于左侧。另一个原因是被牵引行走时可向左偏移，便于前后驾驶员相互观察。
拖钩离地高度没有具体要求，但需考虑的是，在满足车身其它要求的前提下，拖钩位置尽量离地面近，使被拖曳的车辆受上拉的力，减少与地面的附着力。
拖钩位置与前保造型有密切的关系，布置不合理，将会影响外观或拖车性能，需前期仔细策划。前拖钩安装位置主要有四种（见图42）：机舱纵梁、吸能盒中心、横梁内部、横梁边缘。
a 机舱纵梁及安装结构 b 吸能盒中心
c 横梁内部 d 横梁边缘
图42 前拖钩安装结构
3.5.5.4 注意事项
前端钣金模块作为重要的安全件，在设计过程中，必须关注以下几方面：
1）低速碰撞时，横梁本体的强度和刚度要高，吸能盒要充分压溃但不能过于虚弱； 2）前端钣金模块尽量采用螺栓与车身连接； 3）合理选择横梁本体与吸能盒的连接方式；
4）防止横梁本体与周边件间隙过小（一般要求10mm以上间隙）； 5）注意横梁本体对冷凝器迎风面积的影响；
6）防止前保格栅孔间距过大时，前横梁与前保险杠颜色反差（若格栅间距无法减小，可以使前端钣金模块做成黑漆件）；
7）预留足够的吸能盒在X向长度，一般在100mm以上，越长越好。
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发动机舱设计指南
4 发动机舱设计评审及验证
前纵梁、前围骨架、前端钣金模块等是前部碰撞中的关键构件，是主要的传力和吸收碰撞能量的构件，需要满足低速碰撞行人保护法规和高速碰撞乘员保护法规。前端钣金模块为低速（15Km/h）碰撞而设计，发动机舱其它部分为高速碰撞（50Km/h和64Km/h）而设计。
高速中的正面100%重叠碰撞试验中，巨大的加速度造成乘员头部、胸部以及大腿受到的伤害，主评估乘员的约束系统；40%偏置碰撞试验加速度较100%刚性壁碰撞大，车身变形较大，乘员舱严重的侵入会造成车内乘员的伤害，主要评价车身侵入对乘员造成的伤害。 4.1 设计验证内容及方法
发动机舱设计验证内容及方法具体参见表9：
表9 发动机舱设计验证内容及方法
序号 1 2
碰撞性能
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
刚度 模态 防腐性能 悬置安装点刚度 副车架安装点刚度 减震器安装点刚度 雨刮安装点刚度 发罩猛然关闭水箱横梁刚度 离合踏板、制动踏板和油 门踏板安装点强度和刚度
牵引钩强度 蓄电池支架强度和刚度
前围板踏板安装处强度和刚度分析规范
（QJGAC 1180.025） 牵引钩强度试验方法（QJGAC 1529.009） 蓄电池支架强度、刚度分析规范（QJGAC
1180）
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设计验证内容 设计验证方法
乘用车正面碰撞的乘员保护（GB 11551） 乘用车正面偏置碰撞的乘员保护（GB 20913）
备注
整车试验
汽车前、后端保护装置（GB 17354） 汽车对行人的碰撞保护（GB/T 24550） 白车身刚度试验方法（QJGAC 1529.001）
白车身扭转刚度分析规范（QJGAC 1180.046） 白车身模态分析规范（QJGAC 1180.003）
电泳车身剖解检查
CAE分析及 白车身试验
整车综合耐久性试验方法
（QJ/GAC 1521.012）
CAE分析及 整车试验
发动机舱设计指南
表 9（续） 发动机舱设计验证内容及方法
序号 16 17 18 19 20 21
4.2 设计评审
设计评审内容及要求见表10：
表10 设计评审项目
项目
类别
评审条目
发罩铰链空间布置 轮胎极限跳动包络
布置要求
DMU校核
驱动轴和转向轴运动包络 雨刮系统运动包络
离合器踏板、制动踏板、油门踏板行程空间校核 碰撞性能 车身刚度、模态 牵引钩强度
相关安装点强度、刚度
性能
动力总成、前悬架系统、前端模块、前保险杠、前组合灯、空调系统、雨刮系统、制动踏板及助力器、离合踏板及助力器、油门踏板、仪表台、转向系统、线束、管路等零件安装信息确认
根据表8验证方法，由CAE出具合格报告，再由实车单项实验或整车耐久实验验证。
目标值
发罩铰链与机舱运动间隙≥10mm 包络与钣金间隙≥10mm 包络与钣金间隙≥10mm 包络与钣金间隙≥10mm
踏板工作行程内与钣金间隙≥20mm
根据表8验证方法，由CAE出具合格报告，再由实车碰撞实验验证。
设计验证内容 冲压工艺性 焊接工艺性
部门之间沟通
涂装工艺性 总装工艺性
搭载的活动件（如：轮胎、驱动轴、三踏板、雨刮系统等）
与钣金安全间隙
维修性能
根据经验设定目标值，具体见表9
汽车保险协会的RCAR
实车验证并完
善 欧美市场
符合工艺部门要求 设计验证方法
冲压工艺技术规范 QJ/GAC 1310.010
备注
安全
配合 根据安装需求，车身在合适的位置提供安装点
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发动机舱设计指南
表10（续） 设计评审项目
项目
类别
评审条目
冲压负角检查
冲压
拉延伸度
满足冲压成型工艺要求 定位孔的设计 各孔避免双眼皮的问题 焊点布置合理性及焊钳操作方便性、焊点大小 多层钣金焊接问题 点焊、弧焊搭接边宽度 隔音胶块/涂胶
钣金间隙、漏水、漏液、排气孔（下端） 细密封/喷蜡操作性
不允许有负角 满足冲压工艺要求
参考《QJ/GAC 1310.010冲压工艺技术规范》 两个圆孔定位，定位面尽量平行主平面。孔径需与焊装工艺人员讨论。 参考工艺要求进行设计
焊点布置参考工艺要求进行设计，焊钳操作方便性需要焊装工艺人员进行校核
焊点不能有四层焊，三层板厚度不能超过5mm点焊焊接边尽量保证16mm
工人操作方便性分析，考虑隔音胶块位置（不影响喷蜡）。 合理设计钣金间隙及相关工艺孔，确保电泳液能够顺利的进入、流出车身
需要密封的区域，与相关件的搭接考虑涂胶操作方便性，比如设计凸台结构等
确定好车身搭载件的安装先后顺序，不能随意更换。必要时候增加辅助安装工具，合理利用空间和工厂现有资源。
目标值
焊装
工艺
涂装
总装 确定整车安装工序
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发动机舱设计指南
5、发动机舱典型设计案例
下面以AF项目为例，介绍发动机舱设计全过程。 5.1 前期研究阶段 5.1.1 对标车分析
AF项目选定当前有竞争力的同类车型丰田卡罗拉作为车身对标分析，对其进行车身结构性能水平测试、分析和评价研究，其结果作为提出新设计车型性能指标的参考。其具体的工作内容和步骤如下：
1）对标车拆解
拆解对标车车身总成，熟悉对标车发动机舱自身和与其搭接的结构。对发动机舱进行详细拆解，记录钣金零件的功能、料厚、质量、孔位用途以及与相关零件的搭接方式。
2）对标车数据逆向
采集发动机舱点云数据，并对点云进行数字化处理，通过逆向建模得到发动机舱逆向数模。 3）对标车性能分析
a 白车身弯曲和扭转刚度分析：卡罗拉的白车身弯曲和扭转刚度分析见报告《FZ000325》，分析结果显示弯曲刚度值为18000N/mm，扭转刚度值为9200N·m/°；
b 白车身强度分析：卡罗拉的白车身强度分析见报告《FZ000320》，分析结果显示前减震器安装区域为高应力区域；
c 白车身模态分析；
d 正碰分析：卡罗拉的正碰分析见报告《FZ000360》，分析结果显示吸能盒充分溃缩，发动机舱纵梁前端出现弯折变形，有待改善，纵梁中段刚度合适；前围板最大侵入量为117mm，较好的保证了乘员生存空间。卡罗拉整车CNCAP碰撞为5星；
e 悬置、副车架、减震器安装点强度分析。 5.1.2 可行性研究报告
1）开展技术调研，初步确定发动机舱的技术方案
根据总布置方案，结合制造工艺水平和成本考虑，参考对标车结构，初步确定A车型机舱主体结构为：机舱纵梁与减震塔合焊，再和前围总成拼焊，最后与前端模块螺接。
2）初步确定性能、质量目标和需要满足的法规
发动机舱与其他总成构建的白车身需满足白车身强度、刚度和碰撞安全性要求；车身正碰需满足国标《GB 11551 乘用车正面碰撞的乘员保护》和《GB 20913 乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》要求，行人保护满足国标《GB/T 24550 汽车对行人的碰撞保护》，整车碰撞CNCAP为5星标准。
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发动机舱设计指南
质量目标：下车体总质量控制在180kg以内。 3）确定初版设计BOM
根据对标车型的拆解零件确定A车型的初版BOM，主要包含焊接级次、零件清单、零件料厚等信息。 4) 确定初始断面。参考卡罗拉的典型断面确定A车型的初始断面。
5）编制DCD文件。DCD文件主要包含以下方面的内容。具体内容见DCD文件。
a） Design Direction.设计方向 To secure the related regulations.遵循相关法规 To meet functional and structural performance targets.实现车身结构设计目标 TO preventive concept for Anti-water, Anti-corrosion, Anti-noise. 保证良好的防水、防尘、防噪的效果 To provide a significant cost & mass reduction.低成本轻量化原则b) Consideration .设计目标 Regulation.法规 Test Specification.试验说明 Manufacturing Requirement.制造要求 Previous Car Ploblem (Countermeasure).前期车型问题（对策）c) Design Concept .设计概念 Construction & Material.结构和材料Typical Sections.典型断面Joint Concept .接头概念 5.2 概念设计阶段
1）总布置校核
主要为动力总成、转向制动系统、前轮胎包络、前悬架等的空间位置和与发动机舱的硬点分布、间隙定义。
2）造型校核
校核内外造型面，确认各部分安装结构及实现的可能性。若结构不能实现或行人保护空间不足，则需要修改造型。
根据造型面及其他与发动机舱相关结构的布置做出初版的截面，校核发动机舱初始断面是否满足要求。理论上，车身截面宽度是越大越好，但是截面宽度大，不仅影响其他系统的空间布置，而且增加成本。因此，需要通过校核反馈来确定布置是否可行。
3）典型断面设计
AF车型的发动机舱7个典型断面具体如下： a 空气室结构断面，见图43。
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发动机舱设计指南
图43 空气室结构断面
b 副车架安装点及纵梁结构断面，见图44。
图44 副车架安装点及纵梁结构断面
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发动机舱设计指南
c 前防撞梁结构断面，见图45。
图45 前防撞梁及吸能盒结构断面
d 前拖钩安装结构断面，见图46。
图46 前拖钩安装结构断面
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发动机舱设计指南
e 动力总成安装点断面，见图47。
图47 动力总成安装点断面
f 减震塔结构断面，见图48。
图48 减震塔结构断面
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发动机舱设计指南
g 转向管柱安装点结构断面，见图49。
图49 转向管柱结构断面
4）Rough 3D数据设计
根据发动机舱典型断面进行Rough 3D数据设计。发动机舱Rough 3D数据需要体现其他系统在发动机舱上的安装结构，零件自身要考虑制造工艺的可行性。
5）开展CAE分析，根据CAE计算结果优化数据
a 截面特性分析计算：发动机舱前梁截面特性计算分析。截面的主惯性矩，决定截面的抗弯性能，参数越大其抗弯曲性能越好好。截面的扭转常数，决定截面的扭转性能，同样数值越大，抗扭转能力越好；
b 接头刚度计算：参考对标车，确定一个目标值，与CAE计算结果对比，若接头刚度过低，则再进行优化；
c 重要安装点的刚度、强度优化：对Rough 3D数据进行刚度和强度计算分析。若是结果不满足要求，则再根据计算结果进行优化；
d 概念模型模态与刚度计算：对A车型进行第二轮模态与刚度计算分析；
e 概念模型碰撞模拟计算：对A车型的Rough 3D数据正面100%碰撞、正面40%偏置碰撞、侧面碰撞分析。法规外可以增加15Km/h低速碰撞实验分析。
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发动机舱设计指南
针对以上CAE分析数据存在问题的地方，在ET1数据发布之前对此进行了优化、更改。 5.3 详细设计阶段 5.3.1 ET 数据发布
根据详细设计阶段各系统输入，对发动机舱进行详细的工程设计，并发布ET1 数据，具体见图50。
图50 ET1数据评审发布流程
5.3.2 零部件技术文件发放
1）发动机舱设计BOM 具体见PDM系统。 2）发动机舱焊接级次图 具体见图51。
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发动机舱设计指南
图51 发动机舱焊接层级
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发动机舱设计指南
3）DFMEA
典型零件DFMEA见下表。
表11 前副车架安装点DFMEA
表12 动力总成安装点DFMEA
表13 前防撞梁DFMEA
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发动机舱设计指南
4）发动机舱涂胶图
涂胶图如图52和图53所示，相关要求见图中备注。此处仅给出主要部位的涂胶图。
图52 防火墙涂胶图
图53 纵梁总成涂胶图
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发动机舱设计指南
5）发动机舱孔位描述报告 前围板孔位描述报告见图54。
图54 前围板孔位描述报告
6）发动机舱堵盖分布图
发动机舱主要零件堵盖分布，见图55。
图55 前轮罩与前围上部堵盖
5.4 设计验证阶段
根据工程样车试制试验的反馈，完成发动机舱产品数据的设计修改，并最终发布生产准备数据。
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发动机舱设计指南
在设计验证阶段，发动机舱设计验证内容和方法如表14(备注中相关编号代表CAE分析报告)：
表14 发动机舱设计验证内容和方法
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
刚度 模态 防腐性能 悬置安装点刚度、强度
副车架安装点刚度、强度 《QJ/GAC 1521.012 整车综合耐久性试验方法》 减震器安装点强度
离合踏板、制动踏板和油
《QJGAC 1180.025 前围板踏板安装处强度和刚度
门踏板安装点强度和刚
分析规范》
度
牵引钩强度 蓄电池支架强度和模态
冲压工艺性 焊接工艺性
工艺ECR
涂装工艺性 总装工艺性
搭载的活动件（如：轮胎、
驱动轴、三踏板、雨刮系根据经验设定目标值，具体见表9 统等）与钣金安全间隙
维修性能
汽车保险协会的RCAR
DMU分析OKFZ000311
符合工艺部门要求
《QJGAC 1529.009 牵引钩强度试验方法》 《QJGAC 1180 蓄电池支架强度、刚度分析规范》 《QJ/GAC 1310.010 冲压工艺技术规范》
碰撞性能 设计验证内容
设计验证方法
《GB 11551 乘用车正面碰撞的乘员保护》
FZ000618
《GB 20913 乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》 《GB/T 24550 汽车对行人的碰撞保护》 《QJGAC 1529.001 白车身刚度试验方法》
《QJGAC 1180.046 白车身扭转刚度分析规范》 《QJGAC 1180.003 白车身模态分析规范》 电泳车身剖解检查
FZ000634 FZ000335 FZ000398 FZ000744 待验证 FZ000434 FZ000745 FZ000649 FZ000599 FZ000388 FZ000530 FZ000586 FZ000690 FZ000652 FZ000653 备注
5.5 认证&生产准备阶段
经过两轮产品试制和试验后，设计最终冻结，意味着产品生产准备全面启动。生产准备主要完成制造确认和批量生产两方面的工作。根据两轮验证样车的试制和试验工作反馈，完成发动机舱工艺变更和工程设计变更，并最终完成量产数据的发布。
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发动机舱设计指南
6 发动机舱常见问题
6.1 前端钣金模块损坏严重 6.1.1 问题描述
安全气囊标定试验：15km/h全正碰，车辆前部损坏严重，且维修困难。主要存在以下三方面问题： 1）前防撞梁向后（X正方向）侵入量较大，致使散热器与发动机相碰，冷凝器及风扇损坏（如图56-1），车辆无法正常启动；
图56-1 冷凝器及风扇碰撞后损坏照片
2）前防撞梁变形严重（如图56-2），因前防撞梁与车身前端焊接，故维修困难；
图56-2 前防撞梁碰撞后损坏照片
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发动机舱设计指南
3）前纵梁前部变形严重（如图56-3），维修费用昂贵。
图56-3 前纵梁前部碰撞后损坏照片
6.1.2 原因分析
问题一：
1）前防撞梁在中间位置截面较两端小（如图57-1），且中间呈拱形状，在中部受力情况下易从中间发生折弯，侵入冷凝器；
图57-1 前防撞梁截面对比分析
2）散热器安装框架与前防撞梁焊接，当前防撞梁中部隆起位置受撞击后，前防撞梁将往X正向变形，随之带动散热器安装框架与冷却系统往X正向移动（如图57-2）。
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发动机舱设计指南
图57-2 前端钣金模块受撞击后运动分析示意
问题二：
前防撞梁与白车身直接焊接，在发生低速碰撞损坏后需将其切割然后焊接上新的前防撞梁，维修困难。经调查：目前新上市的车型前防撞梁与白车身绝大多数为螺栓连接，例如奥德赛、飞度、CRV、卡罗拉、领雅、奔腾B50、B70、沃尔沃C70、S40、S80、雪铁龙C5和福特嘉年华等，见图57-3。
图57-3 前防撞梁结构对比分析
问题三：
1）前纵梁前部比前防撞梁两端头弱，前后刚度设计不匹配：经CAE仿真发现：前纵梁前部比前防撞梁两端头弱（见图57-4），前后刚度设计不匹配，前纵梁先于前防撞梁两端头变形，前防撞梁没起到应有的作用。
图57-4 前纵梁前部与前防撞梁两端头截面对比分析
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2）前拖车钩位置（如图57-5）位于前纵梁前端且贯穿前部吸能区，影响前纵梁前端变形吸能。
图57-5 前拖钩位置分析
6.1.3 解决方案
问题一：
1）对前防撞梁中部进行加强，空腔内增加两个加强板，解决前防撞梁自身侵入冷凝器问题。通过仿真分析表明，通过加强前防撞梁中部位置，前防撞梁没有侵入冷凝器；
2）考虑更改散热器安装框架的连接方式，使其与前纵梁连接，解决因前防撞梁受撞击后，带动散热器安装框架与冷却系统往X正向移动，撞击发动机问题。但通过对ET1方案（如图58-1）更改发现，前纵梁前端与散热器安装框架焊接不可达。
图58-1 ET1散热器安装框架连接方式
问题二：
重新设计前端钣金模块连接方式，将其与白车身的连接方式由焊接连接更改为螺栓连接（方便售后维修）。
问题三：
弱化前防撞梁两端（前纵梁前部），采用吸能盒形式结构，使车辆发生低速碰撞时在前纵梁前端变形吸能。通过仿真分析表明，弱化前防撞梁两端结构，有效地减小了前纵梁前部塑性变形。
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6.1.4 经验总结
通过对该问题的分析，总结出以下几条关于前端钣金模块设计方面的注意点： 1）前防撞梁总成的连接方式尽量设计成螺栓连接件；
2）低速碰撞吸能区（吸能盒）的抗载能力要低于前纵梁。通常吸能盒的抗载能力一般在100KN左右，对于吸能盒长度的定义，对于A级车，吸能盒长度为120mm，A0级车，吸能盒长度为100mm；另外，长度也可根据Benchmark车进行设置，后由CAE分析确定；
3）前防撞梁与冷却系统的距离通常需要大于2/3的吸能盒长度，以保证冷却系统在车辆发生低速碰撞后不发生损坏；
4）散热器安装框架设计时，避免与前防撞梁直接产生连接关系，可将其设计成与前纵梁或与前纵梁连接的支架连接；为降低低速碰撞后车辆维修成本，尽量将散热器安装框架设计成螺栓连接件（安装在前纵梁上或与前纵梁连接的支架上）。 6.2 减震器支座焊点开裂,车身连接螺栓移位 6.2.1 原因分析
1）减振器质量不合格（实验中更换二次），引起车身承受一段时间的刚性冲击； 2）减震器安装板与轮罩板连接焊点数量过少（如焊点布置路径用“S”代替“一”）； 3）前悬挂上固定点并不能有效承受上控制臂的Y向载荷，减震器支座易发生弯曲变形。 6.2.2 经验总结：
1）在减振器支座处，车身承受较为恶劣的交变载荷，相关焊接边须尽可能多的排布焊点，减少焊点脱落的风险，或尽量采用整体式减震塔结构；
2）针对Y向载荷过大问题，可以考虑增加左右减震塔加强横梁； 3）充分利用仿真分析。 6.3 发动机舱漏水 6.3.1 原因分析
1）前围板上承面焊接螺栓开孔处渗水；
2）发动机舱纵梁空腔直通车身内外，密封质量不易控制。 6.3.2 经验总结
1）前围板及空气室相关零件上，尽量用端面或锥面焊螺栓，避免用承面焊螺栓，不允许出现焊接螺母；
2）避免出现直通车身内外的断面空腔。
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6.4 蓄电池支架开裂 6.4.1 原因分析：
1）电池支架刚度不足；
2）蓄电池位置布置不合理。蓄电池位于纵梁侧边，形成悬臂梁状态，在行车过程中，零件振动频率不能满足耐久性。 6.4.2 经验总结
1）电池在前期的布置要合理，最好电池质心位于发动机舱纵梁正上方；
2）支架结构设计要考虑行车震动引起的疲劳断裂，充分利用仿真分析3种工况及模态（模态≥30Hz）。
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附 录 A
主要参考文献
[1] 汽车车身设计，黄金陵 著，机械工业出版社，2008年；
[2] 汽车车身制造工艺学，邓仕珍、范淼海 著，北京理工大学出版社，1997年； [3] 汽车设计，刘惟信 著，清华大学出版社，2001年；
[4] 汽车制造（第五版），吉林大学汽车工程系 著，人民交通出版社，2006年； [5] 复合材料汽车零部件设计制造及应用，张力、张恒 著，科学出版社，2010年； [6] 热冲压技术，徐伟力 编，宝钢技术中心，2010年7月；
[7] AC项目前端钣金模块低速碰撞设计技术总结,潘俊 编，广汽研究院，2011年11月； [8] 轿车前防撞梁设计，杨国勇 编，广汽研究院，2011年7月。
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