汽車車門系統(tǒng)開閉耐久性試驗(yàn)方法

王祥林，趙貝貝Wang Xianglin，Zhao Beibei

汽車車門系統(tǒng)開閉耐久性試驗(yàn)方法

王祥林，趙貝貝
Wang Xianglin，Zhao Beibei

（北汽福田汽車股份有限公司，北京 102206）

在汽車車門系統(tǒng)開閉耐久性試驗(yàn)中，有多項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)條件，包括開閉耐久的總次數(shù)、開關(guān)門速度以及外部環(huán)境等；通過對用戶市場、用戶人群、市場環(huán)境的分析，明確各項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)條件，使所有試驗(yàn)工況貼近用戶實(shí)際使用工況，真實(shí)地反映產(chǎn)品使用壽命。

車門系統(tǒng)；開閉耐久；用戶工況

0 引 言

汽車車身系統(tǒng)的試驗(yàn)條件與用戶的使用習(xí)慣、使用環(huán)境密切相關(guān)，以汽車車門系統(tǒng)耐久性試驗(yàn)為例，建立一套基于用戶使用習(xí)慣和使用環(huán)境統(tǒng)計的試驗(yàn)方法。

車門系統(tǒng)耐久性試驗(yàn)主要用于驗(yàn)證在高溫、低溫、高濕、粉塵、鹽霧等各種可能的環(huán)境條件下，汽車白車身、車門及周邊系統(tǒng)，包括鉸鏈、鎖閂、鎖扣、氣彈簧支撐桿、密封件、緩沖件、內(nèi)外飾件、前照燈、電子電器部件等附件經(jīng)受反復(fù)開閉的能力。

1 影響車門耐久性的關(guān)鍵條件

車門系統(tǒng)的使用壽命主要與承受關(guān)門時的能量沖擊以及周邊的使用環(huán)境相關(guān)，具體包括以下方面。

1.1 關(guān)門速度

關(guān)門速度決定了單次沖擊車門系統(tǒng)的能量大小。

1.2 開閉耐久總次數(shù)

車門系統(tǒng)在單次沖擊能量確定后，模擬環(huán)境下其能夠承受開閉耐久的總次數(shù)反應(yīng)了產(chǎn)品的使用壽命。

1.3 溫濕度環(huán)境

車門系統(tǒng)需要具備在常溫常濕、極限高溫、極限低溫、高溫高濕等各種溫濕度環(huán)境下的正常運(yùn)行能力。

1.4 粉塵環(huán)境

車門系統(tǒng)需要具備在粉塵濃度高的環(huán)境下正常運(yùn)行的能力。

1.5 鹽霧環(huán)境

車門系統(tǒng)需要具備在高鹽堿的環(huán)境下正常運(yùn)行的能力。

2 關(guān)門速度

根據(jù)我國目前的汽車消費(fèi)人群分布特點(diǎn)，從汽車消費(fèi)熱度高的地域抽樣20人。其中，北部沿海京津冀魯?shù)貐^(qū)3人、東部滬蘇浙沿海3人、南部閩粵瓊沿海3人、東北遼吉黑地區(qū)2人、黃河中游晉陜豫內(nèi)蒙古地區(qū)3人、長江中游鄂湘贛皖地區(qū)3人、西南云貴川渝桂地區(qū)3人[1]，其中抽樣男女比例為7∶3，年齡段中青壯年與老年（50歲為界）比例為8∶2。每人測試關(guān)門速度10次，其中外開內(nèi)關(guān)5次，內(nèi)開外關(guān)5次，得到200個關(guān)門速度，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 各關(guān)門速度的次數(shù)統(tǒng)計表

假設(shè)測得的關(guān)門速度服從正態(tài)分布N（，），為總體均數(shù)，為總體標(biāo)準(zhǔn)差。假定參與測試的用戶數(shù)量為，每人關(guān)閉車門次，則采集的測試數(shù)據(jù)個數(shù)為=×，測試數(shù)據(jù)分別為1、2……V[2]。

為了保證采樣數(shù)據(jù)的可信度，在條件允許的前提下、取值應(yīng)盡可能大，個測試數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為

將表1中數(shù)據(jù)代入式（1）、式（2），計算得到=2.03，=0.25。

為了保證所測試的關(guān)門速度能夠涵蓋大部分消費(fèi)者實(shí)際用車過程中的關(guān)門速度，定義耐久試驗(yàn)中車門關(guān)閉速度分布在90%置信區(qū)間，如圖1所示，則

－1.64≤≤+1.64（3）

即1.62≤≤2.44。

將極少數(shù)用戶的較大關(guān)門速度定義為濫用，其占比雖低，但對車門系統(tǒng)壽命影響大，試驗(yàn)時必須涵蓋。在耐久試驗(yàn)最后階段進(jìn)行一定次數(shù)的濫用試驗(yàn)，以保證車門在各種工況下性能完好。濫用試驗(yàn)所選擇的車門關(guān)閉速度濫用分布在99%置信區(qū)間以外，即

濫用＞+ 2.58（4）

即濫用＞2.68。

較小關(guān)門速度對車門系統(tǒng)壽命影響小，不作強(qiáng)制要求。

圖1 各關(guān)門速度人數(shù)占比分布

由圖1可知，將關(guān)門速度分成3個區(qū)間段，分別為：（1）關(guān)門速度為1.0～1.5 m/s的人群定義為小力關(guān)門人群；（2）關(guān)門速度為1.6～2.5 m/s的人群定義為中力關(guān)門人群；（3）關(guān)門速度為2.6～3.0 m/s的人群定義為大力關(guān)門人群。

由抽樣用戶的關(guān)門習(xí)慣分析得出，小力關(guān)門人群占比5%，中力關(guān)門人群占比94%，大力關(guān)門人群占比1%。

如果要覆蓋所有用戶情況，會導(dǎo)致試驗(yàn)中頻繁切換關(guān)門速度，所以為使試驗(yàn)更具實(shí)施性，約定如下：（1）小力關(guān)門人群中關(guān)門速度1.5 m/s占40%，占比最大，此區(qū)間按1.5 m/s關(guān)門速度實(shí)施；（2）中力關(guān)門人群中關(guān)門速度2.1 m/s占31%，占比最大，此區(qū)間按2.1 m/s關(guān)門速度實(shí)施；（3）大力關(guān)門人群中關(guān)門速度3.0 m/s占50%，其對車門能量沖擊最強(qiáng)，此區(qū)間按3.0 m/s關(guān)門速度實(shí)施[3]。

3 車門開閉耐久總次數(shù)

根據(jù)商務(wù)部、發(fā)改委、公安部、環(huán)境保護(hù)部令2012年第12號《機(jī)動車強(qiáng)制報廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》，國內(nèi)載貨汽車的使用年限為15年60萬公里。

結(jié)合國內(nèi)用戶的使用習(xí)慣，通常早晨用車時左前門關(guān)門4次、右前門關(guān)門4次；中午用車時左前門關(guān)門6次、右前門關(guān)門4次；下午用車時左前門關(guān)門6次、右前門關(guān)門4次；晚上用車時左前門關(guān)門2次、右前門關(guān)門2次。統(tǒng)計每天各車門的關(guān)門次數(shù)，計算車門系統(tǒng)在整個生命周期中承受開閉的總次數(shù)，見表2。

表2 國內(nèi)用戶開閉車門次數(shù)

4 外部環(huán)境

確定每個循環(huán)的車門開閉次數(shù)后，需要考慮外部環(huán)境條件，包括溫度、濕度、粉塵、鹽霧、車窗開閉狀態(tài)、關(guān)門速度等，并需要明確各外部環(huán)境所對應(yīng)的開閉次數(shù)。

4.1 溫、濕度

目前，國內(nèi)用戶的使用工況主要包括常溫常濕、高溫高濕、極限高溫、零度工況、極限低溫[4]。根據(jù)既往用戶使用環(huán)境統(tǒng)計，每年常溫常濕環(huán)境下的使用次數(shù)占比50%，高溫高濕環(huán)境下的使用次數(shù)占比20%，極限高溫環(huán)境下的使用次數(shù)占比10%，零度工況下的使用次數(shù)占比10%，極限低溫環(huán)境下的使用次數(shù)占比10%。以左前門為例，每年開閉6 570次為1個循環(huán)，整個試驗(yàn)為15個循環(huán)。試驗(yàn)中每個循環(huán)的溫、濕度工況占比與分布如圖2所示。

圖2 左前門在各溫、濕度下的運(yùn)行次數(shù)

4.2 關(guān)門速度、車窗開閉狀態(tài)、粉塵、鹽霧

除溫、濕度外，還需明確關(guān)門速度、車窗開閉狀態(tài)、粉塵和鹽霧工況在每個循環(huán)的分布。

各關(guān)門速度試驗(yàn)分布如圖3所示。

圖3 左前門在不同關(guān)門速度下的運(yùn)行次數(shù)

車輛使用過程中，車窗關(guān)閉狀態(tài)占比50%，半開狀態(tài)占比35%，全開狀態(tài)占比15%。在每個循環(huán)周期進(jìn)行一次鹽霧噴灑和粉塵噴灑，用于模擬沿海高鹽堿工況和西北地域沙塵工況。以左前門為例，在各工況下的運(yùn)行次數(shù)如圖4所示。

圖4 左前門在不同車窗狀態(tài)下的運(yùn)行次數(shù)

車門開閉時，外開內(nèi)關(guān)、內(nèi)開外關(guān)各占50%[5]。按照圖2、圖3、圖4的試驗(yàn)要求變換溫濕度、開關(guān)門速度、車窗開閉狀態(tài)、粉塵和鹽霧等外部環(huán)境，如此往復(fù)15個試驗(yàn)循環(huán)。其他車門的試驗(yàn)條件參考左前門，按總次數(shù)比例分配各環(huán)境工況下的試驗(yàn)次數(shù)，保證所有車門的試驗(yàn)過程覆蓋用戶工況。

5 試驗(yàn)過程參數(shù)控制

在試驗(yàn)過程中，為了實(shí)時反應(yīng)車門系統(tǒng)的狀態(tài)，需對多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行定期監(jiān)控，以了解各部位的功能和性能衰退情況，具體見表3。

表3 試驗(yàn)過程參數(shù)控制

續(xù)表3

15個試驗(yàn)循環(huán)完成后，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)對汽車的車門開閉耐久性給出綜合性判定；如果出現(xiàn)產(chǎn)品故障，可根據(jù)故障所對應(yīng)的工況有針對性地整改。

6 結(jié)束語

為了解決現(xiàn)有試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與車門系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性和適用性較差問題，設(shè)計了汽車車門開閉耐久試驗(yàn)方法，通過收集消費(fèi)者數(shù)據(jù)或市場調(diào)研分析，獲取與用戶的使用習(xí)慣及環(huán)境強(qiáng)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，梳理出最適合車門系統(tǒng)的試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法。

試驗(yàn)可根據(jù)車門系統(tǒng)所面向的不同消費(fèi)人群、不同市場特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，貼近實(shí)際用戶工況。

當(dāng)汽車智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)展到一定程度，直接由車載T-BOX（Telematics BOX，遠(yuǎn)程信息處理器）調(diào)取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理將更為精準(zhǔn)，可逐步取代市場調(diào)研。

[1]傅連學(xué)，陳陌. 基于消費(fèi)人群屬性和分類的汽車安全性影響力分析[J]. 上海汽車, 2016(9):24-30.

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2021-07-22

1002-4581（2021）06-0030-04

U463.83+4.07

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.06.009