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1、基于失效预防的乘用车车身验证试验规范开发策略研究版权所有：汽车零部件文章作者：陈军，向晓峰，艾红霞，刘德辉，欧家福更新时间：2011-5-30摘要：论述了失效预防和可靠性之间的关系。探讨了乘用车车身验证试验规范开发策略。阐述了基于失效预防的乘用车车身验证试验规范开发的过程，并对其主要内容要点进行了分析，列举了部分验证试验实例。最后得出模块化组合是开发乘用车车身可靠性验证试验规范应遵循的基本策略的结论。关键词:失效预防；可靠性；车身；验证试验规范；车身试验0引言车身是汽车的重要组成部分。现代汽车尤其是乘用车的车身多采用承载式结构，其工作载荷复杂，可靠性显得非常重要。在乘用车开发过程中，应采取相应
2、的失效预防措施来提高车身的可靠性，而验证可靠性则是重要一环。基于失效预防的验证试验规范的制定是验证车身可靠性的重要保证。本文就乘用车车身可靠性验证试验规范的开发进行了探讨。1失效预防和汽车可靠性失效预防就是在产品设计中采取一定的措施，尽可能降低该产品在服役过程中失效的概率。产品的可靠性是指在产品在服役过程中能在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，其概率就是可靠度，反之为失效概率。设可靠度为R，失效概率为F，则R+F=1。失效预防应用于乘用车车身工程中，关键目的在于提高车身的可靠度。失效预防是手段，可靠性是目的，在汽车开发过程中两者关系如图1所示。2乘用车车身验证试验规范开发策略2.1乘用
3、车车身可靠性验证策略在乘用车开发过程中，可靠性验证一般先进行零部件的验证，再进行总成系统的验证，最后进行整车验证，如图2所示2.2乘用车车身可靠性验证试验规范开发策略乘用车车身可靠性验证试验规范的开发应采取模块化组合的策略，如图4所示。首先是验证目的模块化。车身验证目的主要是：零部件耐久性，零部件强度性能、车身及其附件耐腐蚀性、车身刚度性能、车身耐久性能和车身模态性能。其次是试验场地模块化。试验应根据实际情况选择室内台架试验和道路试验，道路试验可选择在试验场道路或者实际道路上进行。零部件的耐久性、零部件强度性能、车身刚度性能以及模态性能的验证应选择台架试验，车身及其附件耐腐蚀性以及车身耐久性的
4、验证既可选择在台架上进行，也可选择在试验场道路上进行。试验场地模块化的优点在于有利于控制制定规范时整体输入的精度和便于试验的执行。3基于失效预防的乘用车车身验证试验规范的开发3.1乘用车车身的主要失效模式乘用车车身失效模式主要有以下几种：前围板变形开裂，车门下沉，地板座椅安装点变形开裂，车身附件的疲劳失效，车身及附件的腐蚀，车身产生共振而导致车身早期开裂变形失效和高噪声等。前围板变形开裂主要是由踏板作用引起的失效，车身悬架支撑点变形开裂、天窗变形开裂主要是车身承受弯曲和扭转载荷产生的疲劳失效，车门下沉和车身附件的失效是疲劳失效或受意外负荷而产生的，产生共振和高噪声的原因主要是车身固有频率较低，
5、车身腐蚀主要是由气候、路况等因素引起的。3.2乘用车车身验证试验规范的制定过程在验证试验规范的制定时，首先进行客户实际使用条件的调查和数据收集，确定验证目的，其次进行试验场地的调查，确定当前试验手段是否能够实现验证目的，如图5所示。3.3基于失效预防的乘用车车身验证试验规范的主要内容要点3.3.1前围板及其上盖板耐久性前围板安装有制动器踏板和离合器踏板，承受由二者的循环引起的疲劳载荷。因此要对前围板及其上盖板进行耐久性试验。试样采用白车身，白车身应安装离合器踏板制动器踏板系统3.3.2地板座椅安装点耐久性由于座椅成员系统会对地板安装点产生疲劳载荷，应评估车身地板总成在座椅安装点加载的时候的疲劳
6、性能。试样采用白车身，按照规定紧固力矩安装座椅总成或座椅骨架。3.3.3车门下沉和过载开启性能车门下沉的主要原因是承受意外载荷和开、闭循环。承受意外载荷时的验证规范中应规定试验载荷、加载方式、加载位置、车门开启角度和评价指标等内容。试验载荷一般规定门锁处最大为1500N，当门锁处永久变形量超过3mm时停止加载。加载方式为逐级递增载荷，递增量一般为100N。加载方式一般为0100N0200N0300N01500N0，可在每递增和卸载一次的规定时间后读取变形量。评价指标一般取1000N时门锁处的永久变形量，如果大于某一个数值即认为失效。车门开闭循环引起的下沉的验证规范，一般规定车门在规定次数的开闭
7、循环试验后，下沉量应小于某个数值，确保车门能够正常关闭。车门过载开启可引起车门的变形过大，从而导致失效。车门在最大开启位置承受一定大小的朝着开启方向的过载载荷时其变形角度应小于某个规定值3.3.4车身附件的耐久性和耐腐蚀性车辆在服役过程中门铰链、门锁、限位器、前后盖铰链承受着疲劳载荷，同时受使用环境等因素的影响会产生腐蚀现象。门铰链和门锁的验证可参照QC/T323-2007汽车门锁和车门保持件标准的相关规定执行。车门限位器、前后盖铰链的耐久性一般自行规定，循环次数级别为104105，可规定温湿度环境条件和在试验过程中喷盐沙混合液。耐久性试验最好在白车身上进行。玻璃升降器耐久性一般规定循环次数和
8、试验频率。玻璃升降器的耐久试验最好在车门总成上进行。玻璃升降器的验证具体可参照QC/T636-2000汽车电动玻璃升降器标准中的相关规定。3.3.5车身的耐腐蚀性车身腐蚀失效模式主要有穿孔腐蚀、缝隙腐蚀、端部腐蚀、凿击腐蚀和疤痕腐蚀。腐蚀失效的起因一般为雨雪的侵袭、服役过程中的沙石撞击和气候等多种因素以及电化腐蚀造成。根据国内现有的汽车试验室或试车场的条件，可进行试验场道路试验、室内腐蚀试验、大气暴露试验和电化学试验。车身的强化腐蚀试验方法具体可参照QC/T732-2005乘用车强化腐蚀试验方法标准和国外有关标准中的规定。3.3.6车身耐久性车身耐久性可通过台架试验和道路试验来实现3.3.7四
9、门两盖系统的耐久性车门、发动机盖和行李箱盖及其铰链、锁、车门限位器系统的耐久性能，最好采用气动试验设备在白车身上进行。试验频率可选择6次/分钟左右，试验循环次数级别应为104105。试验过程中可向铰链、车门限位器喷盐沙混合液，可规定在常温常湿环境下或低温及高温高湿环境下进行试验，以检验四门两盖系统在不同环境下的可靠性3.3.8车身结构模态性能车身结构模态试验的目的是获得车身结构的固有频率和模态振型等模态参数，为改进振动系统设计提高结构固有频率提供参考，从而防止车身在较低的工作频率范围内产生共振而导致的早期疲劳失效和大变形3.3.9车身静态刚度性能车身的静态弯曲和扭转刚度性能很大程度上决定了车身
10、的结构强度，良好的结构强度可使车身具有良好的结构耐久性，不至于导致车身疲劳失效和承受超过额定载荷时的变形失效。4乘用车车身验证试验部分实例下列附图为车身可靠性验证试验部分实例。图6为某SUV车型前围板及其上盖板耐久性试验。该试验加载装置为压缩空气驱动，作动器上装有力传感器以监测踏板力。图7为某车型地板座椅安装点耐久性试验，加载装置为电液伺服试验系统。图8为某SUV车型车门下沉试验。采用砝码加载法，该方法的好处在于载荷能够保持稳定，减少试验结果的不确定性。图9为某SUV车型车门过开启试验。因载荷只有500N左右，所以采用人工加载的方式。图10为某轿车车门限位器台架耐久性试验。该试验规定了湿热环境
11、要求，在高低温湿热试验箱中进行，试验过程中在规定循环间隔喷洒盐沙混合液并测量开闭力矩。图11为某轿车白车身静态扭转刚度及耐久性试验。白车身不带悬架装置，加载装置为电液伺服试验系统，双作动器加载，静态刚度位移测量仪器为位移传感器或百分表，耐久性试验时将位移传感器撤除。图12为某轿车白车身静态弯曲刚度试验。采用砝码和沙袋加载的方式。图13为某客车车门系统（含铰链、锁及限位器）耐久性试验。试验采用气动方式进行，该试验要求在规定循环间隔向铰链、锁及限位器处喷洒盐沙混合液。5结论基于失效预防的乘用车车身的可靠性验证试验规范开发的基本策略是模块化组合，即验证目的模块化和试验场地模块化的组合。在规范的制定时，首先应调查客户使用情况和试验场地，然后进行规范的编写，并在对车身失效模式进行分析和试验场地反馈的执行运作情况基础上进行修改。通过大量的验证试验工作，证明模块化组合策略能有效应用于乘用车车身验证试验规范的开发。
