模擬用戶操作的汽車零部件耐久試驗標(biāo)準(zhǔn)編制

（上汽大眾汽車有限公司，上海201805）

模擬用戶操作的汽車零部件耐久試驗標(biāo)準(zhǔn)編制

楊志永

（上汽大眾汽車有限公司，上海201805）

隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，零部件的操作耐久試驗扮演了越來越重要的角色，原先各汽車廠都是按國外的試驗標(biāo)準(zhǔn)進行試驗的，然而中國用戶的使用習(xí)慣、路況（道路狀況），氣候環(huán)境等又與國外不完全相同，所以，必須要有適合我國國情的試驗標(biāo)準(zhǔn)，成為國內(nèi)各大汽車廠的研究的重點。從試驗臺架中零件的安裝，如何最真實地模擬用戶操作、試驗環(huán)境要求、試驗次數(shù)（壽命）的確定等幾個方面，對模擬用戶操作的汽車零部件試驗標(biāo)準(zhǔn)的制定和應(yīng)用進行研究。

零部件試驗試驗標(biāo)準(zhǔn)模擬用戶操作耐久

1 引言

汽車一般劃分為底盤、發(fā)動機、車身、車身飾件、電器等幾大塊，本文所討論的零部件主要集中在車身飾件和一些底盤零件中，如車門、門鎖、門板、儀表板、中央通道、遮陽板、踏板、手制動等。

汽車試驗的分類比較復(fù)雜，從試驗對象上可以分為整車試驗、零部件試驗、發(fā)動機試驗等；從試驗方法上可以分為道路路試和臺架試驗等；從試驗種類上可以分為測量試驗、耐久試驗、濫用試驗、碰撞試驗、雨淋試驗、溫度試驗等。本文討論的試驗為汽車零部件臺架耐久試驗中的模擬用戶使用的功能性操作試驗。

關(guān)于耐久試驗，有很多概念會被提及，如耐久性、疲勞和可靠性等。汽車的耐久性是指其“保持質(zhì)量和功能的使用時間”，一般汽車企業(yè)對整車耐久性的要求是指車輛使用XX年，或行駛XX萬公里。為了達到整車的耐久性，就需要整車、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零件分別滿足各自的耐久性要求。疲勞是指試件或構(gòu)件材料在交變應(yīng)力與交變應(yīng)變的作用下，裂紋萌生、擴展，直到小片脫落或斷裂的過程稱為疲勞。汽車在行駛時不斷受到來自路面不平而引起的路面沖擊載荷，同時還受到轉(zhuǎn)向側(cè)向力、驅(qū)動力和制動力的作用，這些力一般都隨著時間發(fā)生變化。另外，汽車發(fā)動機本身也是一個振動源。因此，汽車在行駛過程中處于一個相當(dāng)復(fù)雜的振動環(huán)境中，其各個零部件一般都會受到隨著時間發(fā)生的應(yīng)力、應(yīng)變的作用。經(jīng)過一定的工作時間，一些零部件就會發(fā)生疲勞損壞，出現(xiàn)裂紋或斷裂。據(jù)統(tǒng)計，汽車90%以上的零部件損壞都屬于疲勞損壞?？煽啃允侵府a(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)品可能完成規(guī)定功能（可靠的/存活），可能完不成規(guī)定功能（不可靠的/失效）。因此，可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定條件，規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。本文所討論的模擬用戶操作的零部件試驗，屬于可靠性試驗范疇[1]。

本文從試驗臺架的搭建，如何最真實地模擬用戶操作，試驗環(huán)境要求，試驗次數(shù)的確定，試驗結(jié)果的評價等幾個方面，試圖對模擬用戶操作的汽車零部件試驗標(biāo)準(zhǔn)的制定進行研究。

2 試驗標(biāo)準(zhǔn)的制定原則及構(gòu)成

試驗標(biāo)準(zhǔn)是指在適合指定目的的精確試驗范圍內(nèi)和給定環(huán)境下，全面描述試驗活動以及得出結(jié)論的方式的標(biāo)準(zhǔn)。試驗標(biāo)準(zhǔn)的制定通常應(yīng)遵循以下原則：

（1）貫徹有關(guān)法律、行政法規(guī)和規(guī)章，嚴(yán)格執(zhí)行強制性標(biāo)準(zhǔn)；積極實施推薦性標(biāo)準(zhǔn)；

（2）保障安全和人體健康，保護環(huán)境；

（3）滿足使用者的要求，保護消費者的利益；

（4）促進技術(shù)進步、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟效益，做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理；

（5）積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)；

（6）合理利用資源、能源，結(jié)合我國國情[2]。試驗標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)成一般包括：

（1）標(biāo)準(zhǔn)名稱：標(biāo)準(zhǔn)名稱中應(yīng)包括零件名稱及試驗名稱，如“儀表板手套箱操作強度試驗”；

（2）版本號：需要注明此標(biāo)準(zhǔn)的前面各版本號的變更；

（3）改變：需要指明與前面版本對比，新版標(biāo)準(zhǔn)作了哪些修改；

（4）使用范圍：需要明確該試驗標(biāo)準(zhǔn)的針對試件，及車型（客車，貨車）。如該試驗標(biāo)準(zhǔn)適用于轎車儀表板手套箱等；

（5）一般要求：一般要求可以寫一些通用的技術(shù)要求，可以寫明試驗的總體要求，如通過試驗應(yīng)明確，儀表板手套箱是否能在車輛使用周期內(nèi)無損壞；可以明確供貨狀態(tài)，如零件需保持清潔，沒有損壞，沒有工藝缺陷等；可以指明要求來源，如按照圖紙要求及標(biāo)準(zhǔn)要求，如果有沖突，以圖紙的優(yōu)先級為高；

（6）評價標(biāo)準(zhǔn)及分析：在試驗前、試驗后，及試驗進行中，試件不允許出現(xiàn)的失效模式；

（7）試驗：此處為模擬用戶操作耐久試驗標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，包括以下幾個方面：

①測試范圍：此處需要明確該標(biāo)準(zhǔn)中的試驗測試的零件范圍，如手套箱總成及其相關(guān)組件安裝于儀表板總成或適合的支架上；

②試驗臺架的搭建：此處需要明確安裝狀態(tài)。如：樣件須按原始部件與原始安裝點安裝，即與整車的安裝一致，詳見后文闡述；

③測試進行：此處需要指明負(fù)載，操作力大小，作用位置，動作過程，次數(shù)，溫度等關(guān)鍵試驗參數(shù)，詳見后文闡述；

（8）相關(guān)文件：此處列出與此標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或引用文件。

3 試驗臺架的搭建

試驗臺架的搭建以最大限度地模擬測試零件在整車上安裝及操作條件為原則。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該從零件的安裝范圍、零件的安裝位置、臺架的結(jié)構(gòu)、載荷大小、方向、施力接觸面積等方面進行詳細(xì)的規(guī)定。

3.1 零件的安裝要求

原則上，所有的零件都在整車狀態(tài)下進行操作耐久試驗是最理想的狀態(tài)。但是，因為零部件不可能等整車全部開發(fā)出來后才做試驗，所以，如何用臺架來還原零件的安裝狀態(tài)是操作耐久試驗的第一要素。

標(biāo)準(zhǔn)中需要規(guī)定零件的安裝范圍：要將測試的零件及其相關(guān)的零件全部安裝在臺架上，所有對其功能及操作有影響的零件都必須安裝。必要時需要利用車身上的相關(guān)支架，甚至對車身鈑金件進行局部切割或整體應(yīng)用。如：進行踏板操作耐久試驗時，需要利用前圍板還原踏板的實際安裝狀態(tài)。手制動操作耐久試驗時，因為拉索的走向?qū)υ囼灧浅Ｖ匾?，為了最大限度地還原實際情況，需要利用整車進行試驗。

其它安裝要求：零件的安裝位置及安裝角度必須與整車保持一致。所有的安裝點、安裝螺栓及安裝支架均與整車保持一致。

3.2 模擬用戶操作

鋼筋混凝土板，由于鋼筋的加強作用，在材料性能上表現(xiàn)為各向異性，可以把它當(dāng)做均質(zhì)的正交各向異性板。正交各向異性材料具有3個相互垂直的彈性對稱軸，而且沿這3個正交的彈性對稱軸方向的力學(xué)性能各不相同[13]。正交各向異性體材料的彈性常數(shù)為9個，正交各向異性材料在三維坐標(biāo)系下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可表示為：

試驗臺架需要自動完成操作動作，可以用氣動或電動、甚至液壓的方式來模擬用戶的操作動作。標(biāo)準(zhǔn)需要從施力點、施力大小、位移大小、控制方式等方面來進行詳細(xì)規(guī)定。

（1）施力點位置的要求：施力點位置的總體要求是與用戶實際操作一致。有些零件需要考核多個施力點，如手套箱的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：XX%的次數(shù)施力點落在盒蓋中央，左右側(cè)各有XX%的次數(shù)。需要根據(jù)不同的零件做出不同的規(guī)定。

（2）施力接觸面的規(guī)定：零件動作的施力點接觸面積大小與用戶實際操作時與零件的接觸面相仿。如某零件的實際操作面積是用戶的胳膊肘，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了如圖1所示的裝置。

圖1 汽車標(biāo)零件的操作耐久接觸夾具

（3）施力方向的要求：施力方向也需要在標(biāo)準(zhǔn)中加以詳細(xì)的規(guī)定，如果無法具體規(guī)定，則需要指明總體原則，如儀表板手套箱：關(guān)閉力與手套箱蓋的運動方向一致。

（4）施力大小的要求：標(biāo)準(zhǔn)中需要對施力的大小做出明確規(guī)定。有些零件需要對負(fù)載變化做出詳細(xì)的要求，以便讓試驗過程更符合用戶操作實際情況。如對某一零件試驗中負(fù)載變化要求，如圖2所示。

圖2 汽車某零件試驗的負(fù)載變化要求

（5）控制方式的要求：根據(jù)用戶操作的實際情況，需要明確零件的每一個動作是通過位置控制還是操作力控制來實現(xiàn)。比如，儀表板手套箱的打開動作是通過位置控制，關(guān)閉動作是通過力控制。手制動的拉起動作是通過力控制，放下動作是通過位置控制。若是操作力控制，標(biāo)準(zhǔn)中需要指定力的大小，可以寫明用力傳感器進行監(jiān)控，或者通過彈簧實現(xiàn)，或都通過砝碼裝置進行力控制。若是位置控制，需要明確指出在臺架上用位置傳感器對零件的每個動作是否到位進行檢測。

（6）測量及數(shù)據(jù)采集要求：需要明確在試驗過程中的操作力測量頻率，如每個溫度前，或每XX次進行操作力的測量并記錄，以確認(rèn)是否在允許的范圍內(nèi)。對于重要的零件，對操作力有更高要求時，要對力信號及位置信號進行采集并保存，以便于查看零件在整個耐久過程中的變化趨勢。這些也需要在制定標(biāo)準(zhǔn)時給予明確。

4 試驗條件

試驗溫度指試件的環(huán)境溫度，它是零部件操作耐久的一個重要參數(shù)，一般汽車內(nèi)飾件的試驗溫度為-20℃至70℃之間，若是與車門開關(guān)功能性相關(guān)的零件，相求最嚴(yán)格，為-40℃至90℃。除底盤類零件外，一般都帶有溫度55℃和濕度95%的高濕環(huán)境要求。表1是部分零件耐久試驗的溫度條件。

表1 部分零件耐久試驗的溫度條件

表2 部分汽車零部件的操作耐久試驗次數(shù)

4.2 試驗次數(shù)

試驗次數(shù)是零部件操作耐久試驗最重要的參數(shù)，需要以轎車壽命，零件的操作頻率等為參考制定出合適的試驗次數(shù)。表2是以整車壽命15年，里程30萬公里為依據(jù)，分析計算得出的部分零件的試驗次數(shù)要求。

按整車15年的使用壽命，即5 475天計算，儀表板及中央通道相關(guān)零件如煙灰缸、中扶手等，按每天使用3～4次計算，總次數(shù)為20 000次。遮陽板等車頂內(nèi)飾相關(guān)零件，按每天使用1～2次計算，總次數(shù)為8 000次。而有些底盤類零件，使用極為頻繁，如制動踏板、離合踏板，按每天使用60次左右計算，總次數(shù)為320 000次；油門踏板的使用更為頻率，按每天400次左右計算，總次數(shù)為2 220 000次。與車門開關(guān)操作相關(guān)的零件，如車門內(nèi)開系統(tǒng)，車門外開系統(tǒng)，也是用戶每次用車必定會使用的功能，按每天開關(guān)18次計算，總試驗次數(shù)定為100 000。

5 試驗結(jié)果評價

標(biāo)準(zhǔn)中需要詳細(xì)規(guī)定試驗結(jié)果的評價方法，需要規(guī)定在試驗前、試驗后，及試驗進行中，試件不允許出現(xiàn)的失效模式，如：

（1）試驗零件總成及相鄰部件不得出現(xiàn)損壞；

（2）操作過程中不得產(chǎn)生令人厭煩的噪聲；（3）相關(guān)操作力須在試驗時和所有試驗溫度下符合相關(guān)要求；

（4）其它故障。

6 結(jié)論

本文從試驗臺架的搭建、試驗溫度、試驗次數(shù)、試驗結(jié)果評價等幾個方面闡述了模擬用戶操作的汽車零部件試驗標(biāo)準(zhǔn)制定方法。如果按此方法制定操作耐久標(biāo)準(zhǔn)，將涵蓋操作耐久試驗中的所有重要的要求。本標(biāo)準(zhǔn)制定方法經(jīng)過多輪產(chǎn)品開發(fā)驗證，對開發(fā)出滿足用戶要求、符合用戶體驗的產(chǎn)品提供了重要的依據(jù)。

[1]王霄鋒.汽車可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2]陸錫林.試驗方法標(biāo)準(zhǔn)編寫指南[培訓(xùn)資料].中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會培訓(xùn)部，2013.

Formulation of Durability Test Standards for Auto Parts in Simulated Operation Scenarios

Yang Zhiyong
（SAIC Volkswagen Automotive Co.,Ltd.,Shanghai 201805,China）

As the automobile industry is booming in China,usage durability tests of auto parts have loomed larger.Given different usage habits,road conditions,climates and other factors from these in other countries,relevant test standards suitable for unique Chinese situations must be adopted to replace foreign ones commonly followed by domestic auto manufacturers.As a result,introducing such standards has become one of top priorities for major local car makers.From various dimensions,including parts' installation on test benches,truly simulated operation scenarios,test environment requirements and test cycle determination(lifetime),this present Paper makes in-depth researches into formulation and application of durability test standards for auto parts in simulated user operation scenarios.

Auto Parts Test,Test Standards,Simulated Users,Operation Durability

10.3969/j.issn.1671-0614.2017.01.013

來稿日期：2016-11-03

楊志永（1978-），男，工程師，主要研究方向為汽車零部件試驗。