重型商用車駕駛室地板開裂失效分析

張廣會 趙春雨 于浩

摘要：針對匹配平地板駕駛室某重型卡車投放市場后，駕駛室地板出現多起開裂問題，為此作者進行了深入的失效分析和原因探究，應用疲勞損傷原理，進行實車載荷測試，最后找到了駕駛室地板開裂的原因，并制定了改進措施，為商用車駕駛室開發提供了寶貴經驗。

關鍵詞：平地板駕駛室;載荷測試;開裂;阻尼;疲勞損傷

1 導言

匹配新型平地板駕駛室的某重型牽引車，在投放市場初期，出現多臺駕駛室地板縱梁開裂問題，對新產品的市場口碑造成很大的負面影響，引起用戶的抱怨和索賠。本文針對商用車平地板駕駛室地板縱梁開裂問題進行了原因探究和經驗總結。

2 商用車駕駛室結構型式變化趨勢及風險分析

近年來，我國長途物流運輸市場發生了重大變化，一是快遞運輸企業如雨后春筍般崛起;二是我國高速公路網絡日漸完善，2018年總里程達14. 26萬公里，規模世界第一。也正是因為物流運輸市場的變化，長途運輸的主力重型半掛牽引車市場需求旺盛，長距離運輸的用戶對重型車駕駛室提出了更高的要求。平地板駕駛室與傳統的凸地板駕駛室相比，因其寬大的空間、良好的室內通過性和居住性給卡車司機一種“移動之家”的感覺，所以商用車駕駛室由原來的凸地板型式逐漸向平地板轉化，平地板駕駛室日益成為市場的主流。

同時也應注意到，平地板駕駛室雖然有足夠的活動空間和便利性設計，給駕駛員帶來了舒適感，但舉升機構布置型式也相應的發生了變化，使駕駛室地板所承受的載荷也出現了變化，如果在開發階段未對平地板駕駛室進行系統的DFMEA和載荷測試來規避可靠性風險，就可能會導致新產品投放市場初期出現批量質量問題，給企業造成重大損失。

3 駕駛室地板開裂現象和原因分析

3.1 問題來源及現象

某平地板重型車在試驗場強化路可靠性試驗，行駛至2173km時，駕駛室副駕駛地板下方出現“咕咚咕咚”異響聲，經檢查發現駕駛室底部右側地板縱梁出現開裂，開裂位置在駕駛室后懸置鎖栓支架固定點和駕駛室翻轉液壓舉升缸上支點之間。同時期，在江西區域市場上也出現8臺用戶車駕駛室地板右側縱梁開裂問題。

3.2初步原因分析

1.從開裂位置判斷：駕駛室地板縱梁開裂均是在右側發生，且開裂位置發生在駕駛室液壓舉升缸上鉸接點與后懸置鎖栓支架之間。

2.從開裂形貌判斷：裂紋在地板縱梁凸條處，屬于疲勞開裂。

3.對實車工況分析：發現耐久路行駛過程中，舉升缸會頻繁發生小幅值的拉壓動作，即“喪動”現象。

綜合以上信息初步判斷地板開裂原因為車輛行駛過程中，駕駛室液壓舉升缸“喪動”動作，對駕駛地板施加了異常載荷。

4 駕駛室地板載荷測試

根據初步分析，為了驗證推斷結果并再現問題，對駕駛室地板縱梁的載荷進行了實車測試。具體做法是通過對液壓舉升缸推桿貼應變片，進行應力測試，得出行車過程中舉升缸推桿所受的拉壓應力，進而分析駕駛室地板開裂部位的載荷情況，此項測試在試驗場強化耐久路上進行，見圖1-2。

實車測試：根據測試結果，舉升缸推桿最大推力35870N，最大拉力5563N，幅值范圍41433N。這個載荷對駕駛地板屬于非常可觀的額外載荷，勢必會對駕駛室地板的開裂造成影響。

臺架試驗：同時，對原車舉升缸進行了臺架阻尼力試驗，在液壓舉升缸拉壓o-0. 5m/s速度、±20mm行程內，產生了超過15000N阻尼力，也進一步復現了“喪動”狀態，確實存在阻尼力過大的問題。

5 改進措施及效果驗證

針對液壓舉升缸“喪動”過程阻尼力過大的問題進行設計改進。

將液壓舉升缸節流小油管直徑由1.2mm增加至3mm，取消小油管節流作用，降低“喪動”狀態壓縮行程的阻尼。然后對改進阻尼的新舉升缸進行了實車載荷測試，并與原狀態的舉升缸載荷進行了對比，結果新舉升缸實際最大推應力3231N，最大拉應力2839N，幅值范圍6070N。

從新舊舉升缸受力幅值范圍對比可以看出，改進后的舉升缸推桿所受最大推力不到改進前的1/10。通過對地板開裂處的時域應變數據計算損傷值，按耐久路行駛一圈計算，改進后地板開裂處的損傷值降低到改進前的1/63。同時，最大壓應力也大幅下降，見圖3-4，見表1。

改進后的液壓舉升缸增加了隨動阻尼力控制指標，在用戶車小批量投放后，跟蹤6個月，未再出現駕駛室地板開裂問題，消除了市場質量問題，說明失效分析原因明確，改進措施有效。

6 關于商用車駕駛室液壓舉升缸設計的思考

對于商用車駕駛室，尤其是重型牽引車的平地板駕駛室，液壓舉升缸除了滿足舉升功能和可靠性外，還應注意在非舉升工作狀態下，液壓缸隨駕駛室運動會產生“喪動”現象，出現異常載荷。即，設計技術要求應對液壓缸隨駕駛室運動的隨動阻尼指標進行控制，并對供應商供貨質量一致性進行管理，避免液壓舉升缸給駕駛室施加額外載荷，成為駕駛室“第五”懸置，造成駕駛室地板出現疲勞開裂。

參考文獻：

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