汽車零部件定制化試驗?zāi)芰﹂_發(fā)及應(yīng)用

李濤 盧海波 李開標 謝秋明 陳偉通 梁煥彬 歐陽小生

摘 要：文章結(jié)合工作實際，針對汽車零部件種類繁多的特點，建立了從設(shè)計驗證需求端到試驗實施端的“端到端”定制化試驗?zāi)芰?，并成功開發(fā)了百余項試驗，有效提升了零部件自主試驗驗證能力。

關(guān)鍵詞：定制化;零部件;試驗

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，試驗要求和驗證方法千差萬別，除環(huán)境和振動等少數(shù)試驗需求有通用試驗設(shè)備可以解決外，絕大部分零部件試驗需求都需要采用定制化的非標試驗設(shè)備來解決。同時，大量的設(shè)計方案和改善方案也需要采用定制化試驗設(shè)備來進行快速驗證。然而，主機廠研發(fā)測試部門不可能針對每個零部件建立全套試驗，供應(yīng)商、第三方檢測機構(gòu)等或?qū)Ｓ趩蝹€零部件或長于常規(guī)試驗，僅可提供部分定制化試驗，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、費用高。

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

1 定制化試驗?zāi)芰﹂_發(fā)

1.1 技術(shù)路線

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

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

基于完善的定制化試驗?zāi)芰?，快速有效地提供符合產(chǎn)品開發(fā)需求的一攬子精準試驗驗證解決方案，并應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)試驗驗證中。

1.2 技術(shù)方案

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

針對流程中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的重點難點，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)化為精準的試驗輸入條件;

分析現(xiàn)有試驗?zāi)芰?，確定全新開發(fā)試驗?zāi)芰蚧诩扔性O(shè)備進行二次開發(fā)。

→定制化試驗設(shè)備自制自研：

對臺架進行空間機構(gòu)自由度分析，防止約束不合理而造成的樣件強度加強或減弱;根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)特點及邊界條件，設(shè)計臺架結(jié)構(gòu);

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

根據(jù)試驗特點制定安全防護措施，確保上百萬次24小時不間斷安全運行。

→大型復(fù)雜試驗設(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，完成機械結(jié)構(gòu)解耦;

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

2 能力應(yīng)用

基于上述定制化試驗?zāi)芰?，已成功開發(fā)了懸架系統(tǒng)強度及耐久試驗、車頂抗壓強度試驗、高低溫開閉件耐久試驗、玻璃升降器耐久試驗、側(cè)門強度試驗、車身彎扭剛度試驗、副車架及扭力梁耐久試驗等近百項定制化試驗?zāi)芰Γ暾圕N 201410341784.4《汽車懸架系統(tǒng)強度試驗臺架》[1]、CN2014103 41909.3《車身固定架及使用其的懸架疲勞強度試驗平臺》[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，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)濟社會效益。

此處以較為常見的開閉件耐久試驗臺為例簡介能力應(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構(gòu)設(shè)計為例對臺架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程做詳細介紹。

1）試驗需求分析：車門繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)，耐久試驗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：車門開閉機構(gòu)設(shè)計方案如圖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，可實現(xiàn)多通道組合以及控制程序定制化編輯，以便實施滑移門耐久、天窗耐久等多種開閉件耐久試驗，解決設(shè)備功能單一的問題。

3）詳細設(shè)計：開閉件耐久試驗臺側(cè)門開閉機構(gòu)詳細結(jié)構(gòu)見圖5，采用旋轉(zhuǎn)氣缸式四連桿機構(gòu)，輔以緩沖手臂減振，避免運行不平穩(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)需實現(xiàn)試驗工況定制化編輯、自動化運行、過程數(shù)據(jù)自動保存、參數(shù)文件調(diào)取、開閉速度實時監(jiān)控、氣壓實時調(diào)節(jié)等功能。

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

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

3 小結(jié)

本項目通過跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，將結(jié)構(gòu)設(shè)計、電控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計、CAE仿真等技術(shù)手段多維一體的融入到定制化試驗流程中，開創(chuàng)性的建立了以需求分析、概念設(shè)計、詳細設(shè)計、仿真校核、制作調(diào)試、試驗實施等關(guān)鍵環(huán)節(jié)為核心的“端到端”定制化試驗?zāi)芰?，可快速有效地提供一攬子精準的定制化試驗解決方案，處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。

參考文獻

[1] 李濤，盧海波等. CN201410341784.4汽車懸架強度試驗臺架[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度試驗平臺[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].