基于后蓋耐久實驗的車身問題分析流程研究

袁軍 榮剛

上汽大眾汽車有限公司 上海市 201805

1 背景

汽車作為高價值消費品已經成為現代人生活中不可或缺的一部分。對于車輛的經濟型、功能性、安全性也都提出了越來越高的要求。隨著人們對汽車造型審美的不斷提高，汽車設計師們對車輛的外形結構也有了不同風格的嘗試。其中某些造型使得車型更加吸引消費者眼球的同時，對車身結構的強度，也提出了更高的要求。如為符合現代人審美，在車輛造型上需要更具張力與激情，追求更具運動感的造型，這使得鈑金特征線需要更加銳利，折線轉角角度更大，對應曲率半徑要更小。由此帶來的影響是鈑金結構強度會更低，而尖角處應力集中卻會更高。在目前環保要求逐年提高的社會背景和法規下，這些因素與輕量化的車身趨勢所帶來的車身強度要求一起，給汽車廠商帶來了日漸嚴苛的挑戰。

我們以后蓋耐久強度為例，一起探究一下對于車身強度實驗與車身問題的現場解決思路。

2 四門兩蓋耐久實驗簡介

作為整車強度實驗的一部分，為檢驗車門以及前后蓋的耐久性能，模擬用戶的極限使用情況，研究車輛的四門兩蓋是否能夠仍然滿足正常的使用需求。

四門兩蓋耐久實驗臺架通常采用氣動。通過氣缸或繩索的伸縮使轉軸轉動，以完成門蓋的開合與關閉。通過對氣缸行程的控制，以達到控制開合角度的要求。通過調節氣源氣壓，來控制開合和關閉的力度。并結合力傳感器、速度傳感器以及其他非接觸傳感器，記錄實驗過程中的各項數據。

通常門蓋耐久實驗需要在常溫和高低溫條件下都要進行，對四門進行10萬次的開閉檢查，對前蓋進行5000次的開啟關閉檢查，對后蓋進行25000次的開啟關閉檢查。

這樣的設計是對于消費者在車輛使用10年內可能使用車門和前后蓋的次數統計并已經留出充分余量。是相對比較嚴苛的實驗標準。門100000次開閉，相當于每天開關30次，以此頻率使用約10年；前蓋5000次開閉，相當于每天開關1-2次，以此頻率使用約10年；后蓋25000次開閉，相當于每天開關10次，以此頻率使用約10年。實驗中對于四門兩蓋的開啟速度通常沒有明確要求，但關閉速度有明確的規范標準。通常四門關閉時的速度要求為1.2m/s，而前后蓋的關閉速度要求為1.6m/s。

在四門兩蓋耐久實驗的基礎上，上汽大眾還要求完成相應的高低溫耐久實驗。例如對于后蓋零件，該試驗要求零件分別在30℃、45℃、80℃、0℃以及-30℃環境條件下，完成不同開閉次數，其中在最高溫和最低溫的極限條件下，均需要至少完成1250次開閉。在30℃溫度下，同時要求環境濕度達到90%，至少完成2500次開閉。同時對于每種實驗環境，對于操作速度也有明確要求，見圖1。

圖1 四門兩蓋耐久試驗臺架

對于四門兩蓋耐久實驗中，不允許出現以下缺陷：

a)四門或前后蓋零件出現松動、變形或者開裂等確認。

b)各開啟系統的操作手感有明顯改變，例如出現操作卡滯、摩擦或者異響等。

四門兩蓋耐久試驗周期大約為5周。新車型項目中，通常不止安排一次。一般需要安排兩次及以上。因此實驗計劃和相關實驗資源需求，需要在項目初期就明確清楚，見圖2。

圖2 后蓋高低溫耐久實驗標準

3 案例分析

新途安車型作為上汽大眾MVP的頂梁柱，已經在市場上贏得了不錯的口碑。在新途安新車型項目期間，由于采用了全新的大后蓋設計，導致在項目前期的后蓋耐久實驗實驗失敗。在實驗次數未到25000次時，在尾燈尖端處，出現了鈑金開裂情況。具體缺陷表現，見圖3。

3.1 問題分析

項目組在得知實驗結果后，對于此問題進行了結構性梳理，通過魚骨圖的形式，逐一排查各種可能問題原因。分析結果，如圖4。

3.1.1 實驗分析

對于實驗結構需要結合實驗溫度、速度和其他工況進行確認和排查。首先要確認實驗結果的正確性。同時對于可能造成實驗結果惡化的相關實驗參數進行分析，確認其合理性和對結果的關聯性。找到實驗失敗的具體原因。

對于新途安后蓋開裂的實驗結果，通過復核各項實驗參數均復核實驗要求，確認了該實驗結果的正確性。對于問題零件進行掃描分析后（如圖5），初步確認由于新途安后蓋新的大后蓋設計，導致尖角處應力大幅提高，超出結構強度，造成開裂。

后蓋關閉的過程中，因為慣性存在，使得整個后蓋在以支撐點為支點形成一個剪切力矩，如圖6：

力矩=力×力臂

由設計方案可以看出，大后蓋設計使得新途安后蓋的開裂風險較高。

3.1.2 零件質量

對于零件質量，需檢查該問題零件的測量報告，并檢查同批次零件狀態。也要通過分析出的問題原因，反向檢查零件質量，包括零件尺寸、表面、材料以及平整度，以及總成的匹配質量。針對零件狀態進行優化方案確定。

對于新途安的情況，零件的各項測量報告均滿足設計圖紙要求，但對于外板上的特征線的R角，還是在公差范圍內，要求供應商進行放大優化。這樣的優化措施可以分解應力，對激光焊接面處的剪切應力起到一個釋放的作用，能有效的降低集中應力的值。如圖7。

圖3 新途安試驗車后蓋開裂缺陷

圖4 后蓋開裂問題分析結構

圖5 開裂零件探傷掃描

圖6 新途安后蓋設計尺寸

圖7 后蓋R角優化

3.1.3 工裝工藝

在車身的生產制造過程中，相關工藝的設計以及設備的狀態，會對零件狀態有非常大的影響。因此，排查工裝工藝也是問題分析過程中不可或缺的環節。檢查車間生產過程工藝，包括焊接質量、涂膠質量以及折邊質量等等。

其中通過檢查設備參數，以及通過金相鑿測和破膠實驗等方式，檢查焊槍和涂膠機器人的設備狀態，確認焊點是否有虛焊、半點焊等缺陷焊點形式，確認涂膠是否完全100%填充，有沒有貼合不牢和空腔縫隙缺陷產生，以及折邊工藝狀態是否達到的規定角度等。在最后需根據焊點、涂膠以及折邊的檢測結果，反查設備是否存在相應的工藝缺陷或者參數問題，見圖8。

在對新途安的后蓋開裂問題，通過相關部門對車間設備和工藝進行檢查后，未發現工藝問題，所有焊點和涂膠均滿足質量要求。對此排除了是由于車間設備工藝造成開裂可能性。為后續分析工作進一步清理迷惑點。

圖8 涂膠檢測標準

3.1.4 人員過程

對生產各流程的人員操作進行梳理，嚴格要求每道工序的操作規范，包括零件的運輸上料，以及對于零件的保護梳理。制定明確的流程規范，使得每步工作的責任人明確，流程順暢。

在新途安項目上，項目組重新梳理零件的準備、拉動、上線、生產、檢查和報交流程操作。確保后續生產中，零件的質量不會在流轉過程中造成影響。

3.1.5 設計方案

開發部門通過相關軟件分析，根據分析結果，針對性提出新設計方案來解決此類問題。好的解決措施不僅僅要把問題解決，同時要兼顧成本合理、操作可行性以及時間進度等方面因素。綜合評估，從而選擇出最合理得解決方案。

在產品開發階段，工程師會通過仿真軟件進行數字仿真，如CAE等。通過仿真模擬，可以直觀的檢查出結構設計上的應力分布。解決方案通常包括更改材料、尺寸以及設計結構等方向。更改材料涉及費用高，實驗周期長等條件限制。更改鈑金厚度也會帶來材料成本上漲，并且對于筋線質量有不利影響。

最后通過對比分析，對于新途安的后蓋開裂問題，開發部門希望通過增加支架對問題產生區域進行強度提升。最終給出了三個解決方案，需要對不同結構的支架進行評估。評估工作主要從以下幾個方面對每個方案的影響進行評估確認。包括對于新支架對整車功能的影響，安裝新支架的后蓋數據模型應力分析結果，新支架的可制造性分析結果，對于整車重量增加對比，費用增加對比，實驗進度確認，制造進度確認等，見圖9。

圖9 后蓋支架方案應力分析

圖10 后蓋開裂問題結局流程

通過各相關部門評估后，綜合試拼試裝結果，確認最優方案。然后進行方案驗證和后續實施工作

綜上所述，制訂了問題的初步解決方案，包括優化零件尺寸、在設計方案中增加支架零件，對現場人員進行培訓，并對各個分拼進行檢查，簽字確認，以解決后蓋激光焊開裂的問題。

3.2 方案驗證

時間是新車型項目保證SOP最寶貴的資源，每一分鐘都不能浪費。因此問題的分析工作需要并行開展。在得到初步方案后，馬上制定方案驗證工作計劃，開展相關落實工作。工作流程如圖10：

方案驗證的第一階段，需要提供小批量樣件，包括供應商處的優化后的新零件，以及新增加的支架零件。在完成測量，確認測量結果合格后，開始車身車間總成生產。在總成制作過程中，須有相關部門進行生產陪伴。對于新總成零件需在檢具上進行尺寸分析，并制作黑漆件進行表面評價。在完成以上工作，且結果滿足要求后，由車身車間報交，開始油漆工藝生產流程。為便于后續分析，建議油漆顏色為白色或其他淺色油漆。完成油漆工藝后，開始總裝零件裝配工作。最后將此總成零件運輸至開發部門的實驗場地，開始新方案的實驗驗證。如果實驗失敗，則開始新一輪實驗結果分析工作。如實驗結果合格，則將依此方案指導現場生產，對于老狀態車輛確認換裝需求。

3.3 措施實施

通過方案驗證，最終新方案后蓋的耐久實驗結果合格。以此方案更新項目狀態，進行后續批量生產。

為了能夠在實驗后有足夠的時間進行問題的發現和分析，以及制定解決方案并進行方案驗證，就要求在項目初期，對于實驗進度的制定時，要充分考慮到預留足夠的時間余量。在每兩次時間間隔期間，留有足夠的整改時間。

4 總結

從新途安項目期間的后蓋開裂問題可以看出，對于類似新車型項目的車身問題解決思路可以梳理一個比較通用的思維框架。

問題發生后首先確認缺陷現象的正確性，然后從設計開發、零件質量、工裝工藝以及人員過程四個維度進行問題原因分析。確認最可能原因后，通過制定初步解決方案，并對方案進行驗證。如方案驗證成功后，通過實施該方案最終將問題解決。