某車型加油口蓋鎖止失效分析及優(yōu)化

王藝璇，孫浩然，陳宇辰

摘? 要：本文針對某車型售后反饋的市場故障，車輛在上鎖狀態(tài)下，加油口蓋無法上鎖問題，經(jīng)過尺寸鏈分析找到失效原因?yàn)榧佑涂谏w的電子執(zhí)行器內(nèi)部的電機(jī)齒輪與凸輪齒輪嚙合量不足，造成脫齒卡死進(jìn)而導(dǎo)致無法上鎖的現(xiàn)象，進(jìn)而通過制造過程的工藝分析，發(fā)現(xiàn)組裝過程的工藝管控工作缺失，提出了針對該故障的工藝要求及檢測要求，實(shí)現(xiàn)有效的消除故障的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：汽車;加油口蓋;鎖止失效;優(yōu)化

中圖分類號：U472? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2021）04-0023-07

A Vehicle s Fuel Filler Cap Lock Failure Analysis and Optimization Solution

WANG Yi-Xuan1， SUN Hao-Ran2 CHEN Yu-Chen3

（ 1.Dongfeng USharing Technology， CO. LTD，Wuhan 430058， China; 2. Dongfeng Motor Cooperation Technical Center， Wuhan 430058， China; 3. Dongfeng Commercial Vehicle， CO. LTD， Wuhan 430058， China ）

Abstract： This paper aims at the market failure of after-sales feedback of a vehicle model .The fuel filler cap cannot be locked when the vehicle is locked. Through the dimension chain analysis， the failure reason is found that the meshing quantity of motor gear and cam gear in the electronic actuator of the filler cap is insufficient， which causes the tooth to be broken and the actuator lock failure， through the process analysis of manufacturing process， it is found that the process control work in the assembly process is missing， and the process requirements and detection requirements for the fault are put forward， The optimization scheme of eliminating the fault is achieved.

1? ? 前言

加油口蓋作為實(shí)現(xiàn)車輛燃料加注的重要零件，若其出現(xiàn)無法上鎖故障，可能會導(dǎo)致口蓋被破壞、燃料被盜等惡性后果，其會導(dǎo)致客戶嚴(yán)重抱怨。因此，加油口蓋的閉鎖可靠性尤為重要。本文針對某車型售后反饋的市場故障，車輛在上鎖狀態(tài)下，加油口蓋無法上鎖，鎖定了故障的原因?yàn)榧佑涂谏w的電子執(zhí)行器內(nèi)部，電機(jī)齒輪與凸輪齒輪嚙合量減小，導(dǎo)致脫齒卡死現(xiàn)象，進(jìn)而無法帶動鎖銷運(yùn)動，造成加油口蓋無法上鎖，并從尺寸鏈的設(shè)計(jì)原因以及制造工藝管控等方面分析，提出了優(yōu)化方案。

2? ? 問題背景介紹

2.1? ?問題描述

車輛熄火后，客戶對某車型進(jìn)行鑰匙遙控落鎖后，發(fā)現(xiàn)車門可以上鎖，但加油口蓋無法上鎖，仍可以push-push開啟加油口蓋外板?？蛻舳啻斡眠b控鑰匙對整車進(jìn)行解鎖、上鎖，加油口蓋仍無法鎖止;售后技師對于加油口蓋線束進(jìn)行了多次插拔，故障亦存在;更換新的加油口蓋電子執(zhí)行器后，故障消失。

2.2? ?補(bǔ)充說明

根據(jù)故障車輛的生產(chǎn)日期，鎖定加油口蓋具有一定批次性，尤其是執(zhí)行器故障里程集中于2019年10-12月份;故障車?yán)锍虆^(qū)域?yàn)?-4801公里，故障里程普遍較短。故障發(fā)生地點(diǎn)、環(huán)境溫度等并無明顯異常點(diǎn)。

3? ? 加油口蓋開閉原理介紹

3.1? ?加油口蓋電控解落鎖原理介紹

某車型加油口蓋材質(zhì)為塑料，采用push-push 電控執(zhí)行器。其控制邏輯為車門聯(lián)動，當(dāng)整車處于解鎖狀態(tài)下時，加油口蓋執(zhí)行器亦處于解鎖狀態(tài)，當(dāng)整車處于落鎖狀態(tài)時，加油口蓋亦處于落鎖狀態(tài)，如下圖1所示：

加油口蓋的執(zhí)行器具有2pin針腳，用于接收BCM的控制信號執(zhí)行?？谏w的解落鎖通過執(zhí)行器的電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，如下圖2所示：

3.2? ?執(zhí)行器解落鎖動作原理介紹

加油口蓋執(zhí)行器由機(jī)械部分和電動部分組成，如下圖3所示。機(jī)械部分為執(zhí)行器的push-push 結(jié)構(gòu)，在執(zhí)行器解鎖狀態(tài)下，可以通過按壓push-push結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)推桿的彈起與縮回，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)口蓋的開閉。電動部分主要是通過電機(jī)齒輪帶動凸輪正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鎖銷改變位置。當(dāng)鎖銷端頭進(jìn)入push-push推桿的鎖孔時，推桿無法被按動，執(zhí)行器進(jìn)行鎖止;當(dāng)鎖銷端頭縮回，退出push-push推桿的鎖孔時，推桿可以正常按壓，以實(shí)現(xiàn)加油口蓋的開閉，此時加油口蓋處于解鎖狀態(tài)，如下圖3所示：

4? ? 口蓋開啟失效原因分析

4.1? ?FTA分析

根據(jù)售后故障情況，技師多次插拔加油口蓋執(zhí)行器線束，加油口蓋無法上鎖故障仍然再現(xiàn)，更換加油口蓋執(zhí)行器后，故障消失，初步排除BCM電信號與線束插接器故障，聚焦故障于加油口蓋執(zhí)行器無法上鎖。根據(jù)加油口蓋執(zhí)行器的上鎖原理，整車上鎖時，BCM對加油口蓋執(zhí)行器發(fā)出上鎖電信號，電機(jī)齒輪帶動凸輪齒輪轉(zhuǎn)動，凸輪進(jìn)而帶動鎖銷移動至鎖孔以實(shí)現(xiàn)加油口蓋上鎖，故對加油口蓋的執(zhí)行器內(nèi)部的電機(jī)、電機(jī)與凸輪配合、凸輪與鎖銷配合等三個層面進(jìn)行了的FTA分析，鎖定可能故障原因?yàn)椋篊4118 凸輪軸心偏析、C4123 支架安裝歪斜、C422 電機(jī)限位軸與支架限位孔間隙大，如下圖5所示。

根據(jù)FTA所分析的事項(xiàng)，依次對每一項(xiàng)進(jìn)行了排查，并將故障件進(jìn)行拆解，對故障件的實(shí)測值與理論的設(shè)計(jì)定義值進(jìn)行了對比，繼續(xù)鎖定故障原因，具體的排查過程如下表1所示。

4.2? ?原因鎖定

對加油口蓋執(zhí)行器進(jìn)行拆解，從頂部去除鎖銷后，對執(zhí)行器進(jìn)行通電，電機(jī)齒輪有一定震顫，但仍無法帶動凸輪轉(zhuǎn)動，故排除電機(jī)與鎖銷故障;采用打磨工具逐步磨掉凸輪，發(fā)現(xiàn)電機(jī)齒輪與凸輪齒輪出現(xiàn)頂齒，如下圖6所示。理論狀態(tài)下，凸輪齒輪與電機(jī)齒輪為內(nèi)切嚙合，嚙合量的理論值=r+L-R，（R為凸輪齒輪內(nèi)徑，r為電機(jī)尺寸外徑，L為電機(jī)齒輪軸心與凸輪齒輪軸心的距離），故后續(xù)分析針對影響齒輪嚙合的原因展開。

4.2.1 齒輪嚙合尺寸鏈計(jì)算

執(zhí)行器生產(chǎn)時，首先將電機(jī)落入外殼內(nèi)，依次放入支架、凸輪，如下圖7所示。

根據(jù)執(zhí)行器裝配順序確定了電機(jī)齒輪與凸輪齒輪嚙合的鏈環(huán)，其中電機(jī)齒輪與支架電機(jī)限位孔為軸孔配合，凸輪中心軸與支架凸輪限位孔為軸孔配合。鏈環(huán)從電機(jī)齒輪軸外徑依次傳遞至凸輪內(nèi)齒外徑，形成尺寸閉環(huán)。如下圖8所示：

各尺寸的設(shè)計(jì)定義、公差及權(quán)重如下表2所示。根據(jù)上述齒輪嚙合量計(jì)算公式，電機(jī)齒輪與凸輪齒輪的理論嚙合量為5.82/2+6.2-16.6/2 =0.81 mm，根據(jù)各公差的理論權(quán)重計(jì)算結(jié)果，在設(shè)計(jì)定義范圍內(nèi)，齒輪嚙合公差為±0.32mm;其中電機(jī)驅(qū)動軸與支架裝配孔的權(quán)重占比最高（50%），為影響電機(jī)齒輪與凸輪齒輪嚙合量的關(guān)鍵尺寸。

4.2.2 故障件齒輪嚙合尺寸鏈計(jì)算

根據(jù)以上確定的尺寸鏈環(huán)，對加油口蓋故障執(zhí)行器進(jìn)行拆解后，測量影響凸輪嚙合的相關(guān)尺寸，其中一故障件實(shí)測值如下圖所示。根據(jù)測量結(jié)果，其中尺寸6，凸輪軸的位置度超出設(shè)計(jì)定義，其他故障件亦存在尺寸6超差現(xiàn)象，故障件尺寸6為0.137mm-0.185mm，且均在解鎖位置處齒輪偏差較大，造成齒輪在由解鎖運(yùn)轉(zhuǎn)到上鎖時齒輪嚙合減小，與無法上鎖故障一致。與此同時，對現(xiàn)場隨機(jī)選取功能正常的執(zhí)行器進(jìn)行抽檢，庫存件尺寸6為：0.129mm-0.138mm。故障件與庫存件尺寸6均超差，故障件尺寸6平均值要高于庫存件尺寸6平均值。根據(jù)故障件實(shí)測結(jié)果進(jìn)行齒輪嚙合量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，由于尺寸6超差，引起齒輪嚙合量減小0.472mm，超出理論偏差±0.32mm。其中權(quán)重較高的尺寸為：尺寸6（凸輪軸中心位置度，權(quán)重39.19%）、尺寸3（電機(jī)驅(qū)動軸與支架孔配合，權(quán)重29.66%），（見表3）。

基于以上尺寸鏈分析，鎖定了造成凸輪齒輪與電機(jī)齒輪嚙合量的偏小的原因?yàn)椋?、凸輪中心軸位置度超差，2、電機(jī)驅(qū)動軸到支架孔配合公差權(quán)重偏大。

4.2.3 制造工藝過程分析

由于故障執(zhí)行器主要集中在2019年10-12月，故對執(zhí)行器生產(chǎn)過程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)進(jìn)行了全面的分析。調(diào)查結(jié)果顯示，在2019年10月-12月，執(zhí)行器在壓裝支架工位為新員工，且該工位工藝卡并未明確壓裝要求。對某故障件拆解后，發(fā)現(xiàn)支架壓痕不均勻，且支架存在傾斜現(xiàn)象，如下圖9所示，其理論狀態(tài)應(yīng)為均勻零貼。根據(jù)上述尺寸鏈分析，支架作為電機(jī)齒輪與凸輪齒輪搭載的中間零件，若壓裝不到位產(chǎn)生傾斜，則電機(jī)齒輪與凸輪齒輪嚙合亦發(fā)生傾斜情況，進(jìn)而引發(fā)脫齒故障。為印證該原因，共組裝執(zhí)行器400件，其中200件人為將支架壓裝不到位，其余200件完全壓裝到位，組裝完成后進(jìn)行電動檢測。結(jié)果顯示，在200件未壓裝到位的執(zhí)行器中，9、12V電壓下未檢出不良，16V電壓下檢出1起執(zhí)行器無法上鎖故障，與售后現(xiàn)象一致;在200件正常壓裝的執(zhí)行器中，9、12、16V均未檢出不良。

由于加油口蓋采用與門鎖聯(lián)動的邏輯，在熄火、非熄火狀態(tài)下均可能出現(xiàn)加油口蓋解落鎖現(xiàn)象。故在整車使用環(huán)境下，根據(jù)實(shí)際測量情況，執(zhí)行器工作電壓在11.9V-14.4V，而在執(zhí)行器總裝完畢后，對執(zhí)行器電檢措施為12V電壓，解鎖落鎖各3次。故該電檢措施較整車使用環(huán)境更為寬松，存在電檢未能完全檢出、導(dǎo)致故障件流出的情況。從齒輪嚙合理論上分析，在高電壓工況下，齒輪嚙合反力變大，使凸輪越往脫齒方向發(fā)生偏移;導(dǎo)致嚙合量減小，也容易導(dǎo)致脫齒。對故障執(zhí)行器分別進(jìn)行9V、12V、16V點(diǎn)檢，其在9V、12V下20次均無異常，在16V檢查到6次左右，故障復(fù)現(xiàn)，出現(xiàn)無法上鎖現(xiàn)象。

5? ? 改善方案

5.1? ?防流出措施

根據(jù)整車用電電壓環(huán)境為11.9V-14.4V，結(jié)合上述高電壓更容易檢出故障原理，更改執(zhí)行器電檢措施。如下表4所示：

5.2? ?支架壓裝工藝

支架壓裝通過一簡易工具實(shí)現(xiàn)，其工藝卡中并未對壓裝角度等進(jìn)行明確要求，新員工并不能定量確定何時壓裝到位。為避免壓裝不到位現(xiàn)象，在工藝卡中增加壓裝角度要求，明確規(guī)定壓裝120°為正確的壓裝角度，如下圖10所示：

5.3? ?凸輪中心軸位置度改善

在故障件齒輪嚙合尺寸鏈權(quán)重中，由于凸輪中心軸位置度超差引起的公差權(quán)重占比39.19%，遠(yuǎn)超其理論權(quán)重9.88%，故重點(diǎn)對其進(jìn)行改善。根據(jù)進(jìn)貨檢追溯記錄，發(fā)現(xiàn)凸輪中心軸位置度各環(huán)節(jié)均未進(jìn)行管控，一直存在超差現(xiàn)象，超差主要原因?yàn)樽⑺艹尚筒怀浞帧９式?jīng)多次調(diào)試后，對凸輪的注塑工藝調(diào)整，見表6。調(diào)整后，凸輪中心軸位置度確保在公差范圍內(nèi)，且增加了該尺寸的進(jìn)出貨抽檢。

5.4? ?電機(jī)驅(qū)動軸與支架孔配合設(shè)計(jì)改善

在故障件齒輪嚙合尺寸鏈權(quán)重中，由于電機(jī)驅(qū)動軸到支架孔配合的理論權(quán)重高達(dá)50%，故障件的該尺寸權(quán)重高達(dá)29.66%，故需要針對該尺寸，優(yōu)化其軸孔配合公差。對某結(jié)構(gòu)類似、應(yīng)用廣泛的執(zhí)行器進(jìn)行拆解，測量電機(jī)軸孔尺寸與配合關(guān)系，進(jìn)而確定支架孔孔徑的改善方案。經(jīng)尺寸鏈計(jì)算，改善電機(jī)限位軸與支架孔配合公差后，齒輪理論嚙合量由±0.32mm優(yōu)化至±0.24mm，如下表6所示：

6? ? 改善方案確認(rèn)

執(zhí)行器電檢措施由12V、3次調(diào)整為9V、16V 各6次后，對于支架壓裝不到位的200件執(zhí)行器，檢出率由0增加為0.5%，確認(rèn)該防流出措施有效;支架工藝改善后，根據(jù)供應(yīng)商供貨記錄與售后反饋情況，目前已完成加油口蓋執(zhí)行器供貨2萬余件，并搭載某車型整車道路耐久試驗(yàn)，均未發(fā)生加油口蓋無法上鎖故障，確認(rèn)壓裝工藝改善有效。如前文所述，凸輪注塑工藝調(diào)整后，中心軸位置度明顯改善，確認(rèn)對策有效。在電機(jī)驅(qū)動軸與支架孔配合尺寸改善方面，對支架上電機(jī)限位軸配合孔的孔徑進(jìn)行修模，由Ф6.4±0.1mm改善至6.2（0/-0.5）mm，目前已出件300件，組裝成執(zhí)行器后進(jìn)行全套DV試驗(yàn)，未發(fā)生故障，確認(rèn)對策有效。

7? ? 總結(jié)

本文針對加油口蓋執(zhí)行器無法上鎖故障，通過FTA分析初步確認(rèn)故障原因?yàn)閳?zhí)行器內(nèi)部凸輪齒輪與電機(jī)齒輪脫齒卡死，并通過無損拆件鎖定故障現(xiàn)象。通過尺寸鏈計(jì)算，鎖定了引起故障的關(guān)鍵尺寸為凸輪中心軸位置度超差以及電機(jī)軸到支架孔的配合尺寸。與此同時，根據(jù)執(zhí)行器批次進(jìn)行制造工藝管控分析，追溯影響執(zhí)行器齒輪嚙合的人工裝配原因與電檢流出原因。針對以上故障原因，從電檢防流出措施、生產(chǎn)壓裝工藝、凸輪中心軸位置度、電機(jī)軸到支架孔的配合尺寸四個方面制定了改善方案，并通過單品耐久試驗(yàn)與整車搭載試驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。

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王藝璇

畢業(yè)于吉林大學(xué)，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，畢業(yè)后先后在東風(fēng)技術(shù)中心車身部、東風(fēng)悅享科技有限公司自主研發(fā)單元工作，現(xiàn)為東風(fēng)悅享科技自主研發(fā)單元架構(gòu)工程師，主要研究智慧艙體設(shè)計(jì)工作。