汽車內(nèi)外飾系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)的相關(guān)概述

鄧茗馨

（華晨寶馬汽車有限公司 研發(fā)部，遼寧 沈陽(yáng) 110143）

前言

在汽車行業(yè)，新車型在量產(chǎn)前需要進(jìn)行一系列的整車和零件甚至其材料的相關(guān)試驗(yàn)，從而確保產(chǎn)品在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)的安全性和功能性。其中，汽車的內(nèi)外飾件是終端客戶接觸最直接，使用最頻繁，質(zhì)量感知最表觀的部件，經(jīng)過長(zhǎng)期的使用以及一些濫用性操作，可能導(dǎo)致零件老化甚至是功能性的失效。外加內(nèi)外飾件大多使用塑料、織物、皮革和橡膠等材料，這些材料本身也非常容易受到外界環(huán)境的影響，長(zhǎng)期使用后不可避免地產(chǎn)生老化。經(jīng)過以上因素的疊加會(huì)產(chǎn)生很多問題，例如：尾門內(nèi)飾板的卡扣脫落、儀表板蒙皮褪色，手套箱開合功能異常、密封膠條老化變硬、尾門開啟力變大等問題，從而影響了客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的感知和品牌口碑的評(píng)價(jià)。

為了在研發(fā)階段早期預(yù)測(cè)產(chǎn)品在零公里狀態(tài)和長(zhǎng)期使用后的功能性表現(xiàn)，確保產(chǎn)品能順利投入量產(chǎn)并且減少售后投訴，在新車型的研發(fā)階段，需要針對(duì)內(nèi)外飾進(jìn)行一系列的功能性試驗(yàn)。試驗(yàn)按照量級(jí)分為整車試驗(yàn)、系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)、零部件試驗(yàn)和材料試驗(yàn)。本文主要介紹系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)，及其所具有的優(yōu)點(diǎn)以及常見試驗(yàn)種類和試驗(yàn)方法。

1 系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)是指將車身上的部件根據(jù)位置關(guān)系，匹配關(guān)系和功能關(guān)系劃分成若干個(gè)模塊，并以同樣模塊化的白車身作為測(cè)試件的載體，將同一模塊內(nèi)的所有相關(guān)測(cè)試件安裝到相應(yīng)模塊的白車身上進(jìn)行一系列的測(cè)試。白車身可以根據(jù)模塊劃分的不同，進(jìn)行加工和改裝來保證測(cè)試能夠順利地在試驗(yàn)設(shè)備上使用。例如：針對(duì)前保險(xiǎn)杠、格柵和防撞梁的測(cè)試，只需要保留車身的前端模塊部分。同時(shí)在車身底端焊接支撐結(jié)構(gòu)保證車身能夠固定到振動(dòng)臺(tái)或移入環(huán)境倉(cāng)中，從而進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)和環(huán)境老化試驗(yàn)。

系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)介于整車和零部件試驗(yàn)兩者之間，相對(duì)于兩者有很多優(yōu)點(diǎn)：

1.1 測(cè)試件系統(tǒng)的模塊化和整合化

車身上的零件會(huì)根據(jù)所在車身的部位進(jìn)行模塊劃分，以模塊為單位安排系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，可以在最大程度上整合模塊內(nèi)的測(cè)試件，有利于試驗(yàn)進(jìn)度的整合管理；根據(jù)模塊內(nèi)對(duì)應(yīng)的物料清單（BOM）制作測(cè)試件安裝檢查清單，可以確保模塊內(nèi)全部測(cè)試件均參與測(cè)試，從而規(guī)避缺項(xiàng)漏項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 測(cè)試件的多樣性

在確保試驗(yàn)參數(shù)一致的情況下，多個(gè)模塊的白車身可以共享測(cè)試資源，甚至不同模塊的測(cè)試件可以安裝在同一個(gè)白車身上進(jìn)行試驗(yàn)，合并測(cè)試有利于縮短試驗(yàn)周期，并避免試驗(yàn)設(shè)備檔期沖突。

1.3 零件安裝狀態(tài)的準(zhǔn)確性

同一模塊的測(cè)試件全部安裝在車身上，而不是單獨(dú)制作工裝夾具進(jìn)行試驗(yàn)，最大程度上保證了安裝狀態(tài)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定，同時(shí)可以檢查各零件之間的匹配情況。系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)可以完全模擬車身上的安裝狀態(tài)，避免了零件在工裝上存在的安裝誤差。

1.4 減少研發(fā)成本，縮短試驗(yàn)周期

系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)把原來對(duì)于測(cè)試車輛的生產(chǎn)需求改為白車身，減輕了工廠的生產(chǎn)負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步降低了研發(fā)費(fèi)用。同時(shí)多個(gè)零件一起進(jìn)行試驗(yàn)而非獨(dú)立進(jìn)行，也節(jié)約了研發(fā)成本和測(cè)試時(shí)長(zhǎng)，通過實(shí)現(xiàn)共享資源節(jié)約了人力資源成本，為多個(gè)項(xiàng)目同時(shí)開發(fā)創(chuàng)造條件。

2 系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)種類及試驗(yàn)方法

2.1 環(huán)境老化試驗(yàn)

自然環(huán)境因素包括溫度、濕度、陽(yáng)光、雨水、污染物等，是造成汽車內(nèi)、外飾件老化現(xiàn)象的主要原因[1]。環(huán)境老化試驗(yàn)通過設(shè)計(jì)各種環(huán)境參數(shù)組合疊加加速模擬產(chǎn)品的老化過程，在環(huán)境倉(cāng)中模擬測(cè)試件在不同氣候環(huán)境條件下長(zhǎng)期使用對(duì)零件性能產(chǎn)生的影響，從而檢驗(yàn)產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的使用、運(yùn)輸和存儲(chǔ)的性能。

內(nèi)外飾件多由高分子材料如塑料、橡膠和纖維組成，高溫和低溫都會(huì)造成產(chǎn)品老化。其中，高溫會(huì)導(dǎo)致零件發(fā)生變形、變色、起泡、破裂、力學(xué)性能下降等現(xiàn)象；而低溫會(huì)使其硬化、脆化和機(jī)械強(qiáng)度降低；溫度的交變會(huì)使材料發(fā)生膨脹、收縮并產(chǎn)生變形[2]。而自然環(huán)境的降水、凝露和濕度中的水分子會(huì)滲入高分子材料內(nèi)部，經(jīng)過材料的吸附和溶解，從而改變材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和降低材料的性能，加速產(chǎn)品的老化[1]。對(duì)于外飾車身覆蓋件，直接暴露在自然環(huán)境下，長(zhǎng)期暴露在未經(jīng)過濾的陽(yáng)光下會(huì)導(dǎo)致漆面的色變甚至是非金屬件的變形（尤其是熱線脹系數(shù)較大的塑料制成的長(zhǎng)條狀零件）。因此汽車主機(jī)廠設(shè)計(jì)了一系列溫度、濕度、光照的試驗(yàn)，測(cè)試包括：高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)（溫度可達(dá)120°C）、低溫存儲(chǔ)試驗(yàn)（溫度可達(dá)-40°C）、高低溫循環(huán)試驗(yàn)（高低溫交變模擬戶外環(huán)境變化）、潮濕試驗(yàn)（濕度可達(dá)80%）。陽(yáng)光模擬試驗(yàn)是在溫度和濕度的設(shè)定下又加入了太陽(yáng)光輻射這一環(huán)境因素，太陽(yáng)光輻射直接影響了非金屬材料的降解和涂層的光化學(xué)反應(yīng)上[3]。

系統(tǒng)級(jí)的環(huán)境老化試驗(yàn)可以合理地將試驗(yàn)參數(shù)相同的部件安裝在白車身上一起進(jìn)行試驗(yàn)。各個(gè)零件對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)條件主要是由零件在車身上的安裝位置決定的，內(nèi)飾件的溫度普遍比外飾的溫度高，而非常容易受到陽(yáng)光照射的部位如儀表板上表面和遮陽(yáng)板，其溫度要高于其它內(nèi)飾件。因此根據(jù)零件的溫度來合理安排系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)，比如頂棚、上A柱、上B柱、上C柱是可以一起進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)；中控和儀表板可以一起安排試驗(yàn)；地毯、門檻條、和尾門內(nèi)飾板可以一起進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 振動(dòng)試驗(yàn)

系統(tǒng)級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)是除了整車路試外檢驗(yàn)產(chǎn)品全壽命周期中道路行駛工況下的整體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的最佳的方法。振動(dòng)試驗(yàn)往往結(jié)合高、低溫循環(huán)試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，溫、濕度環(huán)境和隨機(jī)振動(dòng)耦合進(jìn)行，使得測(cè)試條件更加苛刻和真實(shí)[4]。振動(dòng)臺(tái)更多的選用三軸振動(dòng)臺(tái)模擬車身在 X、Y、Z三個(gè)方向上的單自由度振動(dòng)，目前的發(fā)展趨勢(shì)表明振動(dòng)測(cè)試正在由單自由度向多自由度振動(dòng)轉(zhuǎn)變，這一趨勢(shì)將導(dǎo)致測(cè)試設(shè)備的變革，需要多軸振動(dòng)臺(tái)控制六個(gè)自由度的振動(dòng)，如多軸振動(dòng)測(cè)試臺(tái)（MAST）。

系統(tǒng)級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)需要將按照相關(guān)要求切割并進(jìn)行特殊處理的底座（需考慮到底座對(duì)于車身在特定頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)的影響）焊接的車身作為振動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)試工裝，使用隨機(jī)振動(dòng)或模擬道路仿真的頻率進(jìn)行試驗(yàn)，可以檢驗(yàn)?zāi)K內(nèi)全部測(cè)試件的零件可靠性。例如，前端車身包含很多外飾件如前車燈、機(jī)蓋、前保險(xiǎn)杠、吸能塊、防撞梁、進(jìn)氣格柵、進(jìn)氣口、輪罩、雨刷器等，使用前端車身進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)可以檢驗(yàn)不同模塊的零件，模塊化的部分車身降低了對(duì)試驗(yàn)臺(tái)尺寸和推力的要求，確保大多數(shù)振動(dòng)臺(tái)都能滿足條件，節(jié)約了試驗(yàn)成本。同理，后端車身包含后車燈、后保險(xiǎn)杠、防撞梁、密封膠條和輪罩等作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，尾門也可以單獨(dú)制作工裝進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 耐久試驗(yàn)

對(duì)于需要經(jīng)常開合或折疊等操作的功能件而言，耐久試驗(yàn)是非常必要的。在汽車內(nèi)、外飾件中，最常見的幾種耐久試驗(yàn)為四門兩蓋耐久試驗(yàn)、天窗耐久試驗(yàn)、座椅疲勞耐久試驗(yàn)、儀表板手套箱和中控的儲(chǔ)物盒蓋的耐久試驗(yàn)。耐久試驗(yàn)主要根據(jù)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中使用的頻率（開閉次數(shù)）、沖擊載荷的大小（關(guān)閉速度）以及自然環(huán)境（溫度、濕度和粉塵等）這三個(gè)因素設(shè)計(jì)試驗(yàn)[5]。

這類試驗(yàn)需要在-40°C～+80°C溫度環(huán)境下進(jìn)行，同時(shí)采用機(jī)器人或氣缸設(shè)計(jì)測(cè)試臺(tái)架模擬使用者的動(dòng)作，從而檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命[6]。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋耐久試驗(yàn)的操作步驟為：首先機(jī)蓋處于關(guān)閉狀態(tài)，在駕駛室內(nèi)設(shè)置驅(qū)動(dòng)繩索開啟機(jī)蓋一級(jí)鎖然后確保手柄復(fù)位；第二：臺(tái)架設(shè)備觸碰機(jī)蓋鎖體區(qū)域開啟二級(jí)鎖，用力抬起機(jī)蓋完成打開動(dòng)作；最后：機(jī)蓋保持穩(wěn)定后，通過設(shè)備關(guān)閉機(jī)蓋到一定角度后，機(jī)蓋能自動(dòng)閉合完成一個(gè)循環(huán)的試驗(yàn)[7]。

汽車外飾件的耐久試驗(yàn)是對(duì)設(shè)備要求最為苛刻的試驗(yàn)項(xiàng)，原因一是外飾系統(tǒng)較為龐大如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋總成、尾門總成、車門總成和天窗總成都必須使用車身；二是使用的測(cè)試設(shè)備占用的空間很大，如四門耐久需要對(duì)四個(gè)門同時(shí)進(jìn)行開合，車內(nèi)需要設(shè)計(jì)推開裝置，外部需要固定拉開裝置；三是環(huán)境倉(cāng)需要滿足較大的空間存放車身和設(shè)備進(jìn)行不同溫度下的測(cè)試，系統(tǒng)級(jí)耐久試驗(yàn)保證了零件全部安裝到位同時(shí)也確保有足夠的空間布置設(shè)備。

2.4 剛度試驗(yàn)

對(duì)于主機(jī)廠而言，剛度試驗(yàn)不需要同供應(yīng)商一樣做工裝夾具進(jìn)行試驗(yàn)。一方面制造工裝的周期較長(zhǎng)，另一方面有些零件如保險(xiǎn)杠需要考慮周邊件的匹配模擬車身狀態(tài)，工裝的設(shè)計(jì)和制造更為麻煩。同時(shí)剛度試驗(yàn)也不適合用于在整車上進(jìn)行，主要是工作臺(tái)面無(wú)法承受整車的重量，同時(shí)將整車固定在測(cè)試臺(tái)面上也十分困難。因此剛度試驗(yàn)也非常適用在系統(tǒng)級(jí)層面上進(jìn)行。可以利用前文中使用的振動(dòng)試驗(yàn)的車身進(jìn)行試驗(yàn)，既不需要再更改白車身，又能保證能在工作臺(tái)上裝夾。

2.5 安全性試驗(yàn)

系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)也可在安全性實(shí)驗(yàn)上應(yīng)用，進(jìn)行研發(fā)和質(zhì)量監(jiān)控。汽車碰撞安全可靠性日益重要，駕駛員安全氣囊在車輛碰撞中必須對(duì)駕駛者起到保護(hù)作用，因此針對(duì)安全氣囊是否能正常打開進(jìn)行各個(gè)批次的氣囊點(diǎn)爆驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)需要通過配合車身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行，試驗(yàn)要求臺(tái)架在溫度箱高溫、室溫、低溫下放置4小時(shí)以上進(jìn)行點(diǎn)爆，點(diǎn)爆后無(wú)碎片飛出或零件分離以及氣袋沒有破損為合格[8]。而針對(duì)前后保險(xiǎn)杠的碰撞試驗(yàn)在開發(fā)設(shè)計(jì)階段也用到系統(tǒng)級(jí)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)，方便在項(xiàng)目初期對(duì)保險(xiǎn)杠模塊進(jìn)行改進(jìn)以滿足相關(guān)法規(guī)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）汽車的內(nèi)外飾件有使用操作頻繁，感知質(zhì)量敏感度高等特征，并在壽命周期內(nèi)長(zhǎng)期暴露在自然老化環(huán)境下，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性需要通過一系列的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)具有模塊化、多樣性、安裝準(zhǔn)確性和降低研發(fā)成本的優(yōu)點(diǎn)，可以在整車和零件試驗(yàn)之間取得理想的平衡。

（3）環(huán)境老化試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、剛度試驗(yàn)和安全性試驗(yàn)均可應(yīng)用在系統(tǒng)級(jí)別進(jìn)行內(nèi)外飾件的驗(yàn)證，適用范圍廣泛。