（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準編制

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準進行試驗的，然而中國用戶的使用習慣、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準，成為國內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（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準的制定和應用進行研究。

零部件試驗試驗標準模擬用戶操作耐久

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、子系統和零件分別滿足各自的耐久性要求。疲勞是指試件或構件材料在交變應力與交變應變的作用下，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，同時還受到轉向側向力、驅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復雜的振動環(huán)境中，其各個零部件一般都會受到隨著時間發(fā)生的應力、應變的作用。經過一定的工作時間，一些零部件就會發(fā)生疲勞損壞，出現裂紋或斷裂。據統計，汽車90%以上的零部件損壞都屬于疲勞損壞?？煽啃允侵府a品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內產品可能完成規(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，可靠度是產品在規(guī)定條件，規(guī)定時間內，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，試驗次數的確定，試驗結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準的制定進行研究。

2 試驗標準的制定原則及構成

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

（1）貫徹有關法律、行政法規(guī)和規(guī)章，嚴格執(zhí)行強制性標準；積極實施推薦性標準；

（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）促進技術進步、提高產品質量、增加經濟效益，做到技術先進、經濟合理；

（5）積極采用國際標準；

（6）合理利用資源、能源，結合我國國情[2]。試驗標準的構成一般包括：

（1）標準名稱：標準名稱中應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：需要注明此標準的前面各版本號的變更；

（3）改變：需要指明與前面版本對比，新版標準作了哪些修改；

（4）使用范圍：需要明確該試驗標準的針對試件，及車型（客車，貨車）。如該試驗標準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要求，可以寫明試驗的總體要求，如通過試驗應明確，儀表板手套箱是否能在車輛使用周期內無損壞；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準要求，如果有沖突，以圖紙的優(yōu)先級為高；

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

（7）試驗：此處為模擬用戶操作耐久試驗標準的核心內容，包括以下幾個方面：

①測試范圍：此處需要明確該標準中的試驗測試的零件范圍，如手套箱總成及其相關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：此處需要指明負載，操作力大小，作用位置，動作過程，次數，溫度等關鍵試驗參數，詳見后文闡述；

（8）相關文件：此處列出與此標準相關的標準或引用文件。

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。標準應該從零件的安裝范圍、零件的安裝位置、臺架的結構、載荷大小、方向、施力接觸面積等方面進行詳細的規(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。

標準中需要規(guī)定零件的安裝范圍：要將測試的零件及其相關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支架，甚至對車身鈑金件進行局部切割或整體應用。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，因為拉索的走向對試驗非常重要，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，在材料性能上表現為各向異性，可以把它當做均質的正交各向異性板。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性能各不相同[13]。正交各向異性體材料的彈性常數為9個，正交各向異性材料在三維坐標系下的應力應變關系可表示為：

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。標準需要從施力點、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，如手套箱的標準規(guī)定如下：XX%的次數施力點落在盒蓋中央，左右側各有XX%的次數。需要根據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，在標準中規(guī)定了如圖1所示的裝置。

圖1 汽車標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準中加以詳細的規(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：關閉力與手套箱蓋的運動方向一致。

（4）施力大小的要求：標準中需要對施力的大小做出明確規(guī)定。有些零件需要對負載變化做出詳細的要求，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載變化要求，如圖2所示。

圖2 汽車某零件試驗的負載變化要求

（5）控制方式的要求：根據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。比如，儀表板手套箱的打開動作是通過位置控制，關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，標準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，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）測量及數據采集要求：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，以確認是否在允許的范圍內。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準時給予明確。

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，一般汽車內飾件的試驗溫度為-20℃至70℃之間，若是與車門開關功能性相關的零件，相求最嚴格，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

4.2 試驗次數

試驗次數是零部件操作耐久試驗最重要的參數，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。表2是以整車壽命15年，里程30萬公里為依據，分析計算得出的部分零件的試驗次數要求。

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零件如煙灰缸、中扶手等，按每天使用3～4次計算，總次數為20 000次。遮陽板等車頂內飾相關零件，按每天使用1～2次計算，總次數為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，總次數為2 220 000次。與車門開關操作相關的零件，如車門內開系統，車門外開系統，也是用戶每次用車必定會使用的功能，按每天開關18次計算，總試驗次數定為100 000。

5 試驗結果評價

標準中需要詳細規(guī)定試驗結果的評價方法，需要規(guī)定在試驗前、試驗后，及試驗進行中，試件不允許出現的失效模式，如：

（1）試驗零件總成及相鄰部件不得出現損壞；

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

（4）其它故障。

6 結論

本文從試驗臺架的搭建、試驗溫度、試驗次數、試驗結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準制定方法。如果按此方法制定操作耐久標準，將涵蓋操作耐久試驗中的所有重要的要求。本標準制定方法經過多輪產品開發(fā)驗證，對開發(fā)出滿足用戶要求、符合用戶體驗的產品提供了重要的依據。

[1]王霄鋒.汽車可靠性工程基礎[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]陸錫林.試驗方法標準編寫指南[培訓資料].中國標準化協會培訓部，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。