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汽车零部件定制化试验能力开发及应用

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：1张铭 2姚庆龙

[导读] 摘要：众所周知，汽车零部件种类繁多，试验要求和验证方法千差万别，除环境和振动等少数试验需求有通用试验设备可以解决外，绝大部分零部件试验需求都需要采用定制化的非标试验设备来解决。

        1. 身份证号码22012219921208xxxx；2. 身份证号码22072119921215xxxx 河北保定 071000
        摘要：众所周知，汽车零部件种类繁多，试验要求和验证方法千差万别，除环境和振动等少数试验需求有通用试验设备可以解决外，绝大部分零部件试验需求都需要采用定制化的非标试验设备来解决。同时，大量的设计方案和改善方案也需要采用定制化试验设备来进行快速验证。然而，主机厂研发测试部门不可能针对每个零部件建立全套试验，供应商、第三方检测机构等或专于单个零部件或长于常规试验，仅可提供部分定制化试验，存在与整车产品开发结合度及针对性不足的问题，且周期长、费用高。
        因此，亟需建立可快速有效地提供精准试验解决方案的自主定制化试验能力，以满足产品开发的定制化试验需求，缩短开发周期，节约试验费用，保障零部件品质，进而提高整车品质。
        关键词：定制化；零部件；试验
        引言
        随着我国汽车销量的激增、新技术、新模式的出现降低了汽车定制的成本，以及多元化、人性化的消费主张将人的个性摆到首要位置，个性化定制才慢慢进入到普通百姓家庭。根据行业数据显示，我国2016年汽车定制改装行业达到280亿，2017年已超过460亿，2020年市场规模也已经突破千万亿。《RA年度报告》也把2017年定义为我国汽车定制改装产业步入2.0时代的初始年，2017年至2020年汽车定制改装已呈现爆发式的态势。由此可以看出汽车个性化定制的前景是非常广阔的，尤其是互联网技术的发展使消费者与企业的联系更加紧密，大量的网络平台为客户的喜好数据采集以及个性化的定制服务提供了便利，但同时基于网络平台的个性化定制服务模式其存在固有的缺陷。网络平台定制服务模式是企业按照客户在网络平台的订单，先交付后生产地满足个性化需求和服务，这样的模式仍是以企业为主导，客户被动选择，从消费者角度来说，仍然缺乏对所定制汽车真实的、全面的认识。
        1定制化试验能力开发
        1.1技术路线
        在透彻理解各类定制化试验共性需求的基础上，建立以需求分析、概念设计、详细设计、仿真校核、制作调试、试验实施等关键环节为核心的通用定制化试验流程。通过跨学科协同，将结构设计、电控软硬件设计、CAE仿真等技术手段多维一体的融入到定制化试验中，攻克试验需求转化、定制化试验设备自制自研、大型复杂试验设备二次开发等关键技术，打通从设计需求端到试验实施端的“端到端”定制化试验流程。
        基于完善的定制化试验能力，快速有效地提供符合产品开发需求的一揽子精准试验验证解决方案，并应用于产品开发试验验证中。
        1.2技术方案
        零部件试验验证可按照需求解决途径分为常规试验验证和定制化试验验证；常规试验验证需求可基于既有常规试验能力实施，定制化试验需求则通过全新开发和二次开发两条路径实施；定制化试验主要包括需求分析、概念设计、详细设计、仿真校核、制作调试、试验实施等关键环节。
        2试制阶段的设计验证
        所谓设计验证，就是在设计输出的适当阶段，对设计结果进行的验证活动，以评估设计满足输入要求的程度。在试制阶段，重点从产品设计的结构、功能、匹配等多方面进行验证，主要包括产品结构的安全可靠性、人机性能、节拍、维修便利性、功能可达性、防错、匹配性等维度去验证产品设计。
        3试制阶段的产品设计验证维度
        3.1设计的结构性验证
        在试制总装环节验证产品设计的结构合理性时，主要考虑其可达性、人机性能、节拍、售后便捷性这些方面，以确保新产品的设计满足量产的要求。

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        3.1.1设计结构的可达性
        在试制装配环节验证产品设计结构的可达性，就是通过实车装配识别和发现在前期虚拟评估中较难辨别的设计结构问题，确认零部件本身以及与周边零件在结构设计上的符合程度和可达性。是否存在装配容易松脱或是存在安全隐患等情况。以线束为例，发动机线束与前舱线束在数模中的设计状态看似符合要求，但是有时会忽略了汽车在行驶过程中因发动机抖动而造成的相对运动，使得线束长期处于受力拉伸状态而造成线束断裂的失效风险。
        3.1.2设计结构的人机性能
        从满足人机性能的角度验证产品结构的设计问题，不仅能提高装配效率降低单车成本，还能降低工人错装的概率，同时为产线工人提供了更舒适的装车体验。所谓装配过程中的人机性能，主要是考核零件安装时的操作空间和安装力的大小是否符合人机工程的要求。
        在整车总装试制过程中，对于手部空间小或者安装力大的问题都应作为设计结构的人机问题提出，通过前期的设计结构优化来改善后续量产的人机性能。人机性能的提升，同时也确保了产品质量的稳定性。
        3.2产品设计的匹配
        产品设计的匹配性通常从基准和公差两方面进行审核，包括：基准的合理性、一致性和可达性；公差的完整性、合理性和可达性。产品设计的匹配，需要考虑产品设计尺寸链的可靠性，才能保证装配的匹配结果到达最终整车DTS（DimensionTechnicalSpecification）的要求。产品设计的匹配性是试制验证环节占比较高的一类问题。
        试制总装环节验证产品设计的匹配性，通常是以正式发布的整车DTS要求为依据进行评估。当发现最终装配结果不满足DTS要求时，需拉动各方专家进行分析和评估问题的根本原因。例如，在某项目的试制过程中发现油门踏板与地毯鼓包存在间隙过小问题，数模设计状态最小间隙为3.5mm，实车试制时因为地毯的制造公差和安装的尺寸偏差进一步缩短了装配间隙，加剧了油门踏板和地毯间的干涉风险，从而影响油门踏板的回弹而导致行车安全。各方评估并确认了此设计风险，将地毯处的鼓包向车后方向移动5mm，并考虑了制造公差，以确保踏板与地毯的设计同时满足了制造和安全法规要求。
        4能力应用
        基于上述定制化试验能力，已成功开发了悬架系统强度及耐久试验、车顶抗压强度试验、高低温开闭件耐久试验、玻璃升降器耐久试验、侧门强度试验、车身弯扭刚度试验、副车架及扭力梁耐久试验等近百项定制化试验能力，申请CN201410341784.4《汽车悬架系统强度试验台架》、CN201410341909.3《车身固定架及使用其的悬架疲劳强度试验平台》、CN201710658702.2《一种汽车转向系统的测试装置》等专利30余项，并成功应用于广汽传祺GS4、GS8、GS3等车型的开发中，取得良好的经济社会效益。
        此处以较为常见的开闭件耐久试验台为例简介能力应用情况。
        1）试验需求分析：车门绕铰链旋转，耐久试验10万次以上，涵盖高温、低温、高温高湿等恶劣环境，要求试验设备应具备较高的环境适应性和可靠性。
        2）概念设计：车门开闭机构设计方案主要包括旋转气缸、旋转手臂、缓冲手臂、把手夹具等元件。可实现多通道组合以及控制程序定制化编辑，以便实施滑移门耐久、天窗耐久等多种开闭件耐久试验，解决设备功能单一的问题。
        结语
        目前，整车试制车间正在通过不断提升自身验证的水平和能力，努力达到花80%的精力和时间在试制上，从而实现只要花20%的时间就可以轻松管理量产的目标。通过样车试制验证活动，减少后期的设计变更成本，实现高品质的快速量产，从而快速提升车企的市场占有率，让试制在整个产品生命周期中发挥更大的作用。
        参考文献
        [1]李涛,卢海波等.CN201410341909.3车身固定架及使用其的悬架疲劳强度试验平台[P].
        [2]李涛,卢海波等.CN201710658702.2一种汽车转向系统的测试装置[P].
        [3]李志，李宏.可维修性在汽车设计中的应用[J].轻型汽车技术，2017，（6）：28-30.