汽車零部件定制化試驗(yàn)?zāi)芰﹂_發(fā)及應(yīng)用

李濤 盧海波 李開標(biāo) 謝秋明 陳偉通 梁煥彬 歐陽小生

摘 要：文章結(jié)合工作實(shí)際，針對汽車零部件種類繁多的特點(diǎn)，建立了從設(shè)計(jì)驗(yàn)證需求端到試驗(yàn)實(shí)施端的“端到端”定制化試驗(yàn)?zāi)芰Γ⒊晒﹂_發(fā)了百余項(xiàng)試驗(yàn)，有效提升了零部件自主試驗(yàn)驗(yàn)證能力。

關(guān)鍵詞：定制化;零部件;試驗(yàn)

Abstract： This paper combines the practical work， focusing on the characteristics of various automotive parts， established the "end-to-end" customized test capability from the design verification requirement end to the test implementation end， and more than one hundred tests have been successfully developed， which effectively improves the ability of independent test and verification of automotive parts.

Keywords： Customized; Component; Test

前言

汽車零部件種類繁多，試驗(yàn)要求和驗(yàn)證方法千差萬別，除環(huán)境和振動等少數(shù)試驗(yàn)需求有通用試驗(yàn)設(shè)備可以解決外，絕大部分零部件試驗(yàn)需求都需要采用定制化的非標(biāo)試驗(yàn)設(shè)備來解決。同時，大量的設(shè)計(jì)方案和改善方案也需要采用定制化試驗(yàn)設(shè)備來進(jìn)行快速驗(yàn)證。然而，主機(jī)廠研發(fā)測試部門不可能針對每個零部件建立全套試驗(yàn)，供應(yīng)商、第三方檢測機(jī)構(gòu)等或?qū)Ｓ趩蝹€零部件或長于常規(guī)試驗(yàn)，僅可提供部分定制化試驗(yàn)，存在與整車產(chǎn)品開發(fā)結(jié)合度及針對性不足的問題，且周期長、費(fèi)用高。

因此，亟需建立可快速有效地提供精準(zhǔn)試驗(yàn)解決方案的自主定制化試驗(yàn)?zāi)芰Γ詽M足產(chǎn)品開發(fā)的定制化試驗(yàn)需求，縮短開發(fā)周期，節(jié)約試驗(yàn)費(fèi)用，保障零部件品質(zhì)，進(jìn)而提高整車品質(zhì)。

1 定制化試驗(yàn)?zāi)芰﹂_發(fā)

1.1 技術(shù)路線

在透徹理解各類定制化試驗(yàn)共性需求的基礎(chǔ)上，建立以需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真校核、制作調(diào)試、試驗(yàn)實(shí)施等關(guān)鍵環(huán)節(jié)為核心的通用定制化試驗(yàn)流程。

通過跨學(xué)科協(xié)同，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電控軟硬件設(shè)計(jì)、CAE仿真等技術(shù)手段多維一體的融入到定制化試驗(yàn)中，攻克試驗(yàn)需求轉(zhuǎn)化、定制化試驗(yàn)設(shè)備自制自研、大型復(fù)雜試驗(yàn)設(shè)備二次開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)，打通從設(shè)計(jì)需求端到試驗(yàn)實(shí)施端的“端到端”定制化試驗(yàn)流程。

基于完善的定制化試驗(yàn)?zāi)芰Γ焖儆行У靥峁┓袭a(chǎn)品開發(fā)需求的一攬子精準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證解決方案，并應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證中。

1.2 技術(shù)方案

零部件試驗(yàn)驗(yàn)證可按照需求解決途徑分為常規(guī)試驗(yàn)驗(yàn)證和定制化試驗(yàn)驗(yàn)證;常規(guī)試驗(yàn)驗(yàn)證需求可基于既有常規(guī)試驗(yàn)?zāi)芰?shí)施，定制化試驗(yàn)需求則通過全新開發(fā)和二次開發(fā)兩條路徑實(shí)施;如圖1所示，定制化試驗(yàn)主要包括需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真校核、制作調(diào)試、試驗(yàn)實(shí)施等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

針對流程中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的重點(diǎn)難點(diǎn)，解決方案如下：

→需求分析：

通過用戶工況分析、技術(shù)條件分析、質(zhì)量問題分析，透徹理解零部件的功能原理、工作環(huán)境、受載歷程，并將其轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的試驗(yàn)輸入條件;

分析現(xiàn)有試驗(yàn)?zāi)芰Γ_定全新開發(fā)試驗(yàn)?zāi)芰蚧诩扔性O(shè)備進(jìn)行二次開發(fā)。

→定制化試驗(yàn)設(shè)備自制自研：

對臺架進(jìn)行空間機(jī)構(gòu)自由度分析，防止約束不合理而造成的樣件強(qiáng)度加強(qiáng)或減弱;根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及邊界條件，設(shè)計(jì)臺架結(jié)構(gòu);

通過控制邏輯與試驗(yàn)輸入條件匹配分析，完成測控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及主要標(biāo)準(zhǔn)元器件選型;采用PCI、PCI-e等通訊技術(shù)，確保上下位機(jī)的高速通信、高速數(shù)據(jù)采集與存儲以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高低溫、高溫高濕、粉塵等惡劣環(huán)境中的精準(zhǔn)運(yùn)行;

根據(jù)試驗(yàn)特點(diǎn)制定安全防護(hù)措施，確保上百萬次24小時不間斷安全運(yùn)行。

→大型復(fù)雜試驗(yàn)設(shè)備二次開發(fā)：

深入分析測控系統(tǒng)功能原理，重構(gòu)測控策略;

通過動力學(xué)分析臺架功能原理，完成機(jī)械結(jié)構(gòu)解耦;

根據(jù)試驗(yàn)輸入條件，匹配試驗(yàn)要求與設(shè)備潛力，完成測控系統(tǒng)測控策略變更及試驗(yàn)臺架改造。

2 能力應(yīng)用

基于上述定制化試驗(yàn)?zāi)芰Γ殉晒﹂_發(fā)了懸架系統(tǒng)強(qiáng)度及耐久試驗(yàn)、車頂抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、高低溫開閉件耐久試驗(yàn)、玻璃升降器耐久試驗(yàn)、側(cè)門強(qiáng)度試驗(yàn)、車身彎扭剛度試驗(yàn)、副車架及扭力梁耐久試驗(yàn)等近百項(xiàng)定制化試驗(yàn)?zāi)芰Γ暾圕N 201410341784.4《汽車懸架系統(tǒng)強(qiáng)度試驗(yàn)臺架》[1]、CN2014103 41909.3《車身固定架及使用其的懸架疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)平臺》[2]、CN201710658702.2《一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的測試裝置》[3]等專利30余項(xiàng)，并成功應(yīng)用于廣汽傳祺GS4、GS8、GS3等車型的開發(fā)中，取得良好的經(jīng)濟(jì)社會效益。

此處以較為常見的開閉件耐久試驗(yàn)臺為例簡介能力應(yīng)用情況。

汽車開閉件包含了可以開閉的車身構(gòu)件，如車門、發(fā)罩、行李箱蓋、天窗、加油口蓋等，開閉件的性能和可靠性關(guān)系到整車的品質(zhì)。

本處僅以車門開閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為例對臺架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程做詳細(xì)介紹。

1）試驗(yàn)需求分析：車門繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)，耐久試驗(yàn)10萬次以上，涵蓋高溫、低溫、高溫高濕等惡劣環(huán)境，要求試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)具備較高的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。

2）概念設(shè)計(jì)：車門開閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖3，主要包括旋轉(zhuǎn)氣缸、旋轉(zhuǎn)手臂、緩沖手臂、把手夾具等元件。測控系統(tǒng)架構(gòu)如圖4，可實(shí)現(xiàn)多通道組合以及控制程序定制化編輯，以便實(shí)施滑移門耐久、天窗耐久等多種開閉件耐久試驗(yàn)，解決設(shè)備功能單一的問題。

3）詳細(xì)設(shè)計(jì)：開閉件耐久試驗(yàn)臺側(cè)門開閉機(jī)構(gòu)詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖5，采用旋轉(zhuǎn)氣缸式四連桿機(jī)構(gòu)，輔以緩沖手臂減振，避免運(yùn)行不平穩(wěn)、噪音大等問題;緩沖臂兩端采用球鉸聯(lián)接，形成二力桿保證車門的非水平旋轉(zhuǎn)。測控系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)工況定制化編輯、自動化運(yùn)行、過程數(shù)據(jù)自動保存、參數(shù)文件調(diào)取、開閉速度實(shí)時監(jiān)控、氣壓實(shí)時調(diào)節(jié)等功能。

4）仿真校核：基于CATIA-DMU模塊對開閉執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配與運(yùn)動仿真，檢查是否存在干涉問題;基于LabVIEW仿真模塊對測控系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試。

5）制作及調(diào)試：組裝完成的試驗(yàn)臺如圖5，電氣控制柜如圖6。通過調(diào)整臺架、試運(yùn)行控制程序、檢測系統(tǒng)通訊等，完成設(shè)備最終調(diào)試。

3 小結(jié)

本項(xiàng)目通過跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)、CAE仿真等技術(shù)手段多維一體的融入到定制化試驗(yàn)流程中，開創(chuàng)性的建立了以需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真校核、制作調(diào)試、試驗(yàn)實(shí)施等關(guān)鍵環(huán)節(jié)為核心的“端到端”定制化試驗(yàn)?zāi)芰Γ煽焖儆行У靥峁┮粩堊泳珳?zhǔn)的定制化試驗(yàn)解決方案，處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 李濤，盧海波等. CN201410341784.4汽車懸架強(qiáng)度試驗(yàn)臺架[P].

[2] 李濤，盧海波等.CN201410341909.3車身固定架及使用其的懸架疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)平臺[P].

[3] 李濤，盧海波等.CN201710658702.2一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的測試裝置[P].