汽車內外飾系統級試驗的相關概述

鄧茗馨

（華晨寶馬汽車有限公司 研發部，遼寧 沈陽 110143）

前言

在汽車行業，新車型在量產前需要進行一系列的整車和零件甚至其材料的相關試驗，從而確保產品在設計壽命周期內的安全性和功能性。其中，汽車的內外飾件是終端客戶接觸最直接，使用最頻繁，質量感知最表觀的部件，經過長期的使用以及一些濫用性操作，可能導致零件老化甚至是功能性的失效。外加內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境的影響，長期使用后不可避免地產生老化。經過以上因素的疊加會產生很多問題，例如：尾門內飾板的卡扣脫落、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，從而影響了客戶對產品質量的感知和品牌口碑的評價。

為了在研發階段早期預測產品在零公里狀態和長期使用后的功能性表現，確保產品能順利投入量產并且減少售后投訴，在新車型的研發階段，需要針對內外飾進行一系列的功能性試驗。試驗按照量級分為整車試驗、系統級試驗、零部件試驗和材料試驗。本文主要介紹系統級試驗，及其所具有的優點以及常見試驗種類和試驗方法。

1 系統級試驗的優點

系統級試驗是指將車身上的部件根據位置關系，匹配關系和功能關系劃分成若干個模塊，并以同樣模塊化的白車身作為測試件的載體，將同一模塊內的所有相關測試件安裝到相應模塊的白車身上進行一系列的測試。白車身可以根據模塊劃分的不同，進行加工和改裝來保證測試能夠順利地在試驗設備上使用。例如：針對前保險杠、格柵和防撞梁的測試，只需要保留車身的前端模塊部分。同時在車身底端焊接支撐結構保證車身能夠固定到振動臺或移入環境倉中，從而進行振動試驗和環境老化試驗。

系統級試驗介于整車和零部件試驗兩者之間，相對于兩者有很多優點：

1.1 測試件系統的模塊化和整合化

車身上的零件會根據所在車身的部位進行模塊劃分，以模塊為單位安排系統級測試，可以在最大程度上整合模塊內的測試件，有利于試驗進度的整合管理；根據模塊內對應的物料清單（BOM）制作測試件安裝檢查清單，可以確保模塊內全部測試件均參與測試，從而規避缺項漏項的風險。

1.2 測試件的多樣性

在確保試驗參數一致的情況下，多個模塊的白車身可以共享測試資源，甚至不同模塊的測試件可以安裝在同一個白車身上進行試驗，合并測試有利于縮短試驗周期，并避免試驗設備檔期沖突。

1.3 零件安裝狀態的準確性

同一模塊的測試件全部安裝在車身上，而不是單獨制作工裝夾具進行試驗，最大程度上保證了安裝狀態的準確和穩定，同時可以檢查各零件之間的匹配情況。系統級試驗可以完全模擬車身上的安裝狀態，避免了零件在工裝上存在的安裝誤差。

1.4 減少研發成本，縮短試驗周期

系統級試驗把原來對于測試車輛的生產需求改為白車身，減輕了工廠的生產負擔，進一步降低了研發費用。同時多個零件一起進行試驗而非獨立進行，也節約了研發成本和測試時長，通過實現共享資源節約了人力資源成本，為多個項目同時開發創造條件。

2 系統級試驗種類及試驗方法

2.1 環境老化試驗

自然環境因素包括溫度、濕度、陽光、雨水、污染物等，是造成汽車內、外飾件老化現象的主要原因[1]。環境老化試驗通過設計各種環境參數組合疊加加速模擬產品的老化過程，在環境倉中模擬測試件在不同氣候環境條件下長期使用對零件性能產生的影響，從而檢驗產品在壽命周期內較長時間段內的使用、運輸和存儲的性能。

內外飾件多由高分子材料如塑料、橡膠和纖維組成，高溫和低溫都會造成產品老化。其中，高溫會導致零件發生變形、變色、起泡、破裂、力學性能下降等現象；而低溫會使其硬化、脆化和機械強度降低；溫度的交變會使材料發生膨脹、收縮并產生變形[2]。而自然環境的降水、凝露和濕度中的水分子會滲入高分子材料內部，經過材料的吸附和溶解，從而改變材料的內部結構和降低材料的性能，加速產品的老化[1]。對于外飾車身覆蓋件，直接暴露在自然環境下，長期暴露在未經過濾的陽光下會導致漆面的色變甚至是非金屬件的變形（尤其是熱線脹系數較大的塑料制成的長條狀零件）。因此汽車主機廠設計了一系列溫度、濕度、光照的試驗，測試包括：高溫存儲試驗（溫度可達120°C）、低溫存儲試驗（溫度可達-40°C）、高低溫循環試驗（高低溫交變模擬戶外環境變化）、潮濕試驗（濕度可達80%）。陽光模擬試驗是在溫度和濕度的設定下又加入了太陽光輻射這一環境因素，太陽光輻射直接影響了非金屬材料的降解和涂層的光化學反應上[3]。

系統級的環境老化試驗可以合理地將試驗參數相同的部件安裝在白車身上一起進行試驗。各個零件對應的試驗條件主要是由零件在車身上的安裝位置決定的，內飾件的溫度普遍比外飾的溫度高，而非常容易受到陽光照射的部位如儀表板上表面和遮陽板，其溫度要高于其它內飾件。因此根據零件的溫度來合理安排系統級試驗，比如頂棚、上A柱、上B柱、上C柱是可以一起進行環境試驗；中控和儀表板可以一起安排試驗；地毯、門檻條、和尾門內飾板可以一起進行試驗。

2.2 振動試驗

系統級振動試驗是除了整車路試外檢驗產品全壽命周期中道路行駛工況下的整體結構表現的最佳的方法。振動試驗往往結合高、低溫循環試驗同時進行，溫、濕度環境和隨機振動耦合進行，使得測試條件更加苛刻和真實[4]。振動臺更多的選用三軸振動臺模擬車身在 X、Y、Z三個方向上的單自由度振動，目前的發展趨勢表明振動測試正在由單自由度向多自由度振動轉變，這一趨勢將導致測試設備的變革，需要多軸振動臺控制六個自由度的振動，如多軸振動測試臺（MAST）。

系統級振動試驗需要將按照相關要求切割并進行特殊處理的底座（需考慮到底座對于車身在特定頻率范圍內的頻率響應的影響）焊接的車身作為振動試驗的測試工裝，使用隨機振動或模擬道路仿真的頻率進行試驗，可以檢驗模塊內全部測試件的零件可靠性。例如，前端車身包含很多外飾件如前車燈、機蓋、前保險杠、吸能塊、防撞梁、進氣格柵、進氣口、輪罩、雨刷器等，使用前端車身進行振動試驗可以檢驗不同模塊的零件，模塊化的部分車身降低了對試驗臺尺寸和推力的要求，確保大多數振動臺都能滿足條件，節約了試驗成本。同理，后端車身包含后車燈、后保險杠、防撞梁、密封膠條和輪罩等作為一個系統進行試驗，尾門也可以單獨制作工裝進行試驗。

2.3 耐久試驗

對于需要經常開合或折疊等操作的功能件而言，耐久試驗是非常必要的。在汽車內、外飾件中，最常見的幾種耐久試驗為四門兩蓋耐久試驗、天窗耐久試驗、座椅疲勞耐久試驗、儀表板手套箱和中控的儲物盒蓋的耐久試驗。耐久試驗主要根據產品在整個生命周期中使用的頻率（開閉次數）、沖擊載荷的大小（關閉速度）以及自然環境（溫度、濕度和粉塵等）這三個因素設計試驗[5]。

這類試驗需要在-40°C～+80°C溫度環境下進行，同時采用機器人或氣缸設計測試臺架模擬使用者的動作，從而檢驗產品的質量和使用壽命[6]。對于發動機蓋耐久試驗的操作步驟為：首先機蓋處于關閉狀態，在駕駛室內設置驅動繩索開啟機蓋一級鎖然后確保手柄復位；第二：臺架設備觸碰機蓋鎖體區域開啟二級鎖，用力抬起機蓋完成打開動作；最后：機蓋保持穩定后，通過設備關閉機蓋到一定角度后，機蓋能自動閉合完成一個循環的試驗[7]。

汽車外飾件的耐久試驗是對設備要求最為苛刻的試驗項，原因一是外飾系統較為龐大如發動機蓋總成、尾門總成、車門總成和天窗總成都必須使用車身；二是使用的測試設備占用的空間很大，如四門耐久需要對四個門同時進行開合，車內需要設計推開裝置，外部需要固定拉開裝置；三是環境倉需要滿足較大的空間存放車身和設備進行不同溫度下的測試，系統級耐久試驗保證了零件全部安裝到位同時也確保有足夠的空間布置設備。

2.4 剛度試驗

對于主機廠而言，剛度試驗不需要同供應商一樣做工裝夾具進行試驗。一方面制造工裝的周期較長，另一方面有些零件如保險杠需要考慮周邊件的匹配模擬車身狀態，工裝的設計和制造更為麻煩。同時剛度試驗也不適合用于在整車上進行，主要是工作臺面無法承受整車的重量，同時將整車固定在測試臺面上也十分困難。因此剛度試驗也非常適用在系統級層面上進行。可以利用前文中使用的振動試驗的車身進行試驗，既不需要再更改白車身，又能保證能在工作臺上裝夾。

2.5 安全性試驗

系統級試驗也可在安全性實驗上應用，進行研發和質量監控。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駕駛者起到保護作用，因此針對安全氣囊是否能正常打開進行各個批次的氣囊點爆驗證試驗。試驗需要通過配合車身的結構進行，試驗要求臺架在溫度箱高溫、室溫、低溫下放置4小時以上進行點爆，點爆后無碎片飛出或零件分離以及氣袋沒有破損為合格[8]。而針對前后保險杠的碰撞試驗在開發設計階段也用到系統級臺架進行試驗，方便在項目初期對保險杠模塊進行改進以滿足相關法規。

3 結語

（1）汽車的內外飾件有使用操作頻繁，感知質量敏感度高等特征，并在壽命周期內長期暴露在自然老化環境下，其長期穩定性需要通過一系列的試驗進行驗證。

（2）系統級試驗具有模塊化、多樣性、安裝準確性和降低研發成本的優點，可以在整車和零件試驗之間取得理想的平衡。

（3）環境老化試驗、振動試驗、耐久試驗、剛度試驗和安全性試驗均可應用在系統級別進行內外飾件的驗證，適用范圍廣泛。