基于后蓋耐久實(shí)驗(yàn)的車身問題分析流程研究

袁軍 榮剛

上汽大眾汽車有限公司 上海市 201805

1 背景

汽車作為高價值消費(fèi)品已經(jīng)成為現(xiàn)代人生活中不可或缺的一部分。對于車輛的經(jīng)濟(jì)型、功能性、安全性也都提出了越來越高的要求。隨著人們對汽車造型審美的不斷提高，汽車設(shè)計(jì)師們對車輛的外形結(jié)構(gòu)也有了不同風(fēng)格的嘗試。其中某些造型使得車型更加吸引消費(fèi)者眼球的同時，對車身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，也提出了更高的要求。如為符合現(xiàn)代人審美，在車輛造型上需要更具張力與激情，追求更具運(yùn)動感的造型，這使得鈑金特征線需要更加銳利，折線轉(zhuǎn)角角度更大，對應(yīng)曲率半徑要更小。由此帶來的影響是鈑金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會更低，而尖角處應(yīng)力集中卻會更高。在目前環(huán)保要求逐年提高的社會背景和法規(guī)下，這些因素與輕量化的車身趨勢所帶來的車身強(qiáng)度要求一起，給汽車廠商帶來了日漸嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

我們以后蓋耐久強(qiáng)度為例，一起探究一下對于車身強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)與車身問題的現(xiàn)場解決思路。

2 四門兩蓋耐久實(shí)驗(yàn)簡介

作為整車強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的一部分，為檢驗(yàn)車門以及前后蓋的耐久性能，模擬用戶的極限使用情況，研究車輛的四門兩蓋是否能夠仍然滿足正常的使用需求。

四門兩蓋耐久實(shí)驗(yàn)臺架通常采用氣動。通過氣缸或繩索的伸縮使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，以完成門蓋的開合與關(guān)閉。通過對氣缸行程的控制，以達(dá)到控制開合角度的要求。通過調(diào)節(jié)氣源氣壓，來控制開合和關(guān)閉的力度。并結(jié)合力傳感器、速度傳感器以及其他非接觸傳感器，記錄實(shí)驗(yàn)過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

通常門蓋耐久實(shí)驗(yàn)需要在常溫和高低溫條件下都要進(jìn)行，對四門進(jìn)行10萬次的開閉檢查，對前蓋進(jìn)行5000次的開啟關(guān)閉檢查，對后蓋進(jìn)行25000次的開啟關(guān)閉檢查。

這樣的設(shè)計(jì)是對于消費(fèi)者在車輛使用10年內(nèi)可能使用車門和前后蓋的次數(shù)統(tǒng)計(jì)并已經(jīng)留出充分余量。是相對比較嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。門100000次開閉，相當(dāng)于每天開關(guān)30次，以此頻率使用約10年；前蓋5000次開閉，相當(dāng)于每天開關(guān)1-2次，以此頻率使用約10年；后蓋25000次開閉，相當(dāng)于每天開關(guān)10次，以此頻率使用約10年。實(shí)驗(yàn)中對于四門兩蓋的開啟速度通常沒有明確要求，但關(guān)閉速度有明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。通常四門關(guān)閉時的速度要求為1.2m/s，而前后蓋的關(guān)閉速度要求為1.6m/s。

在四門兩蓋耐久實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，上汽大眾還要求完成相應(yīng)的高低溫耐久實(shí)驗(yàn)。例如對于后蓋零件，該試驗(yàn)要求零件分別在30℃、45℃、80℃、0℃以及-30℃環(huán)境條件下，完成不同開閉次數(shù)，其中在最高溫和最低溫的極限條件下，均需要至少完成1250次開閉。在30℃溫度下，同時要求環(huán)境濕度達(dá)到90%，至少完成2500次開閉。同時對于每種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對于操作速度也有明確要求，見圖1。

圖1 四門兩蓋耐久試驗(yàn)臺架

對于四門兩蓋耐久實(shí)驗(yàn)中，不允許出現(xiàn)以下缺陷：

a)四門或前后蓋零件出現(xiàn)松動、變形或者開裂等確認(rèn)。

b)各開啟系統(tǒng)的操作手感有明顯改變，例如出現(xiàn)操作卡滯、摩擦或者異響等。

四門兩蓋耐久試驗(yàn)周期大約為5周。新車型項(xiàng)目中，通常不止安排一次。一般需要安排兩次及以上。因此實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和相關(guān)實(shí)驗(yàn)資源需求，需要在項(xiàng)目初期就明確清楚，見圖2。

圖2 后蓋高低溫耐久實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

3 案例分析

新途安車型作為上汽大眾MVP的頂梁柱，已經(jīng)在市場上贏得了不錯的口碑。在新途安新車型項(xiàng)目期間，由于采用了全新的大后蓋設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在項(xiàng)目前期的后蓋耐久實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)失敗。在實(shí)驗(yàn)次數(shù)未到25000次時，在尾燈尖端處，出現(xiàn)了鈑金開裂情況。具體缺陷表現(xiàn)，見圖3。

3.1 問題分析

項(xiàng)目組在得知實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，對于此問題進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性梳理，通過魚骨圖的形式，逐一排查各種可能問題原因。分析結(jié)果，如圖4。

3.1.1 實(shí)驗(yàn)分析

對于實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)溫度、速度和其他工況進(jìn)行確認(rèn)和排查。首先要確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。同時對于可能造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果惡化的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析，確認(rèn)其合理性和對結(jié)果的關(guān)聯(lián)性。找到實(shí)驗(yàn)失敗的具體原因。

對于新途安后蓋開裂的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過復(fù)核各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)均復(fù)核實(shí)驗(yàn)要求，確認(rèn)了該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。對于問題零件進(jìn)行掃描分析后（如圖5），初步確認(rèn)由于新途安后蓋新的大后蓋設(shè)計(jì)，導(dǎo)致尖角處應(yīng)力大幅提高，超出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，造成開裂。

后蓋關(guān)閉的過程中，因?yàn)閼T性存在，使得整個后蓋在以支撐點(diǎn)為支點(diǎn)形成一個剪切力矩，如圖6：

力矩=力×力臂

由設(shè)計(jì)方案可以看出，大后蓋設(shè)計(jì)使得新途安后蓋的開裂風(fēng)險較高。

3.1.2 零件質(zhì)量

對于零件質(zhì)量，需檢查該問題零件的測量報告，并檢查同批次零件狀態(tài)。也要通過分析出的問題原因，反向檢查零件質(zhì)量，包括零件尺寸、表面、材料以及平整度，以及總成的匹配質(zhì)量。針對零件狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化方案確定。

對于新途安的情況，零件的各項(xiàng)測量報告均滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，但對于外板上的特征線的R角，還是在公差范圍內(nèi)，要求供應(yīng)商進(jìn)行放大優(yōu)化。這樣的優(yōu)化措施可以分解應(yīng)力，對激光焊接面處的剪切應(yīng)力起到一個釋放的作用，能有效的降低集中應(yīng)力的值。如圖7。

圖3 新途安試驗(yàn)車后蓋開裂缺陷

圖4 后蓋開裂問題分析結(jié)構(gòu)

圖5 開裂零件探傷掃描

圖6 新途安后蓋設(shè)計(jì)尺寸

圖7 后蓋R角優(yōu)化

3.1.3 工裝工藝

在車身的生產(chǎn)制造過程中，相關(guān)工藝的設(shè)計(jì)以及設(shè)備的狀態(tài)，會對零件狀態(tài)有非常大的影響。因此，排查工裝工藝也是問題分析過程中不可或缺的環(huán)節(jié)。檢查車間生產(chǎn)過程工藝，包括焊接質(zhì)量、涂膠質(zhì)量以及折邊質(zhì)量等等。

其中通過檢查設(shè)備參數(shù)，以及通過金相鑿測和破膠實(shí)驗(yàn)等方式，檢查焊槍和涂膠機(jī)器人的設(shè)備狀態(tài)，確認(rèn)焊點(diǎn)是否有虛焊、半點(diǎn)焊等缺陷焊點(diǎn)形式，確認(rèn)涂膠是否完全100%填充，有沒有貼合不牢和空腔縫隙缺陷產(chǎn)生，以及折邊工藝狀態(tài)是否達(dá)到的規(guī)定角度等。在最后需根據(jù)焊點(diǎn)、涂膠以及折邊的檢測結(jié)果，反查設(shè)備是否存在相應(yīng)的工藝缺陷或者參數(shù)問題，見圖8。

在對新途安的后蓋開裂問題，通過相關(guān)部門對車間設(shè)備和工藝進(jìn)行檢查后，未發(fā)現(xiàn)工藝問題，所有焊點(diǎn)和涂膠均滿足質(zhì)量要求。對此排除了是由于車間設(shè)備工藝造成開裂可能性。為后續(xù)分析工作進(jìn)一步清理迷惑點(diǎn)。

圖8 涂膠檢測標(biāo)準(zhǔn)

3.1.4 人員過程

對生產(chǎn)各流程的人員操作進(jìn)行梳理，嚴(yán)格要求每道工序的操作規(guī)范，包括零件的運(yùn)輸上料，以及對于零件的保護(hù)梳理。制定明確的流程規(guī)范，使得每步工作的責(zé)任人明確，流程順暢。

在新途安項(xiàng)目上，項(xiàng)目組重新梳理零件的準(zhǔn)備、拉動、上線、生產(chǎn)、檢查和報交流程操作。確保后續(xù)生產(chǎn)中，零件的質(zhì)量不會在流轉(zhuǎn)過程中造成影響。

3.1.5 設(shè)計(jì)方案

開發(fā)部門通過相關(guān)軟件分析，根據(jù)分析結(jié)果，針對性提出新設(shè)計(jì)方案來解決此類問題。好的解決措施不僅僅要把問題解決，同時要兼顧成本合理、操作可行性以及時間進(jìn)度等方面因素。綜合評估，從而選擇出最合理得解決方案。

在產(chǎn)品開發(fā)階段，工程師會通過仿真軟件進(jìn)行數(shù)字仿真，如CAE等。通過仿真模擬，可以直觀的檢查出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的應(yīng)力分布。解決方案通常包括更改材料、尺寸以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等方向。更改材料涉及費(fèi)用高，實(shí)驗(yàn)周期長等條件限制。更改鈑金厚度也會帶來材料成本上漲，并且對于筋線質(zhì)量有不利影響。

最后通過對比分析，對于新途安的后蓋開裂問題，開發(fā)部門希望通過增加支架對問題產(chǎn)生區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)度提升。最終給出了三個解決方案，需要對不同結(jié)構(gòu)的支架進(jìn)行評估。評估工作主要從以下幾個方面對每個方案的影響進(jìn)行評估確認(rèn)。包括對于新支架對整車功能的影響，安裝新支架的后蓋數(shù)據(jù)模型應(yīng)力分析結(jié)果，新支架的可制造性分析結(jié)果，對于整車重量增加對比，費(fèi)用增加對比，實(shí)驗(yàn)進(jìn)度確認(rèn)，制造進(jìn)度確認(rèn)等，見圖9。

圖9 后蓋支架方案應(yīng)力分析

圖10 后蓋開裂問題結(jié)局流程

通過各相關(guān)部門評估后，綜合試拼試裝結(jié)果，確認(rèn)最優(yōu)方案。然后進(jìn)行方案驗(yàn)證和后續(xù)實(shí)施工作

綜上所述，制訂了問題的初步解決方案，包括優(yōu)化零件尺寸、在設(shè)計(jì)方案中增加支架零件，對現(xiàn)場人員進(jìn)行培訓(xùn)，并對各個分拼進(jìn)行檢查，簽字確認(rèn)，以解決后蓋激光焊開裂的問題。

3.2 方案驗(yàn)證

時間是新車型項(xiàng)目保證SOP最寶貴的資源，每一分鐘都不能浪費(fèi)。因此問題的分析工作需要并行開展。在得到初步方案后，馬上制定方案驗(yàn)證工作計(jì)劃，開展相關(guān)落實(shí)工作。工作流程如圖10：

方案驗(yàn)證的第一階段，需要提供小批量樣件，包括供應(yīng)商處的優(yōu)化后的新零件，以及新增加的支架零件。在完成測量，確認(rèn)測量結(jié)果合格后，開始車身車間總成生產(chǎn)。在總成制作過程中，須有相關(guān)部門進(jìn)行生產(chǎn)陪伴。對于新總成零件需在檢具上進(jìn)行尺寸分析，并制作黑漆件進(jìn)行表面評價。在完成以上工作，且結(jié)果滿足要求后，由車身車間報交，開始油漆工藝生產(chǎn)流程。為便于后續(xù)分析，建議油漆顏色為白色或其他淺色油漆。完成油漆工藝后，開始總裝零件裝配工作。最后將此總成零件運(yùn)輸至開發(fā)部門的實(shí)驗(yàn)場地，開始新方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。如果實(shí)驗(yàn)失敗，則開始新一輪實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析工作。如實(shí)驗(yàn)結(jié)果合格，則將依此方案指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，對于老狀態(tài)車輛確認(rèn)換裝需求。

3.3 措施實(shí)施

通過方案驗(yàn)證，最終新方案后蓋的耐久實(shí)驗(yàn)結(jié)果合格。以此方案更新項(xiàng)目狀態(tài)，進(jìn)行后續(xù)批量生產(chǎn)。

為了能夠在實(shí)驗(yàn)后有足夠的時間進(jìn)行問題的發(fā)現(xiàn)和分析，以及制定解決方案并進(jìn)行方案驗(yàn)證，就要求在項(xiàng)目初期，對于實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的制定時，要充分考慮到預(yù)留足夠的時間余量。在每兩次時間間隔期間，留有足夠的整改時間。

4 總結(jié)

從新途安項(xiàng)目期間的后蓋開裂問題可以看出，對于類似新車型項(xiàng)目的車身問題解決思路可以梳理一個比較通用的思維框架。

問題發(fā)生后首先確認(rèn)缺陷現(xiàn)象的正確性，然后從設(shè)計(jì)開發(fā)、零件質(zhì)量、工裝工藝以及人員過程四個維度進(jìn)行問題原因分析。確認(rèn)最可能原因后，通過制定初步解決方案，并對方案進(jìn)行驗(yàn)證。如方案驗(yàn)證成功后，通過實(shí)施該方案最終將問題解決。