樊友嗣 段小草 楊偉民 張超 晏臨風(fēng)

樊友嗣

畢業(yè)于武漢理工大學(xué)，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于神龍汽車有限公司技術(shù)中心車身內(nèi)部裝備室，任中級(jí)工程師，主要研究方向：座艙域內(nèi)部裝備件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，已授權(quán)2份發(fā)明專利和13份實(shí)用新型，并發(fā)表11篇行業(yè)論文和4份企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制。

摘要：某車型前風(fēng)窗立柱護(hù)板高溫暴曬后出現(xiàn)脫落的質(zhì)量故障，在售后市場(chǎng)的質(zhì)量抱怨一度非常高，嚴(yán)重影響了正常使用，損壞了公司品牌形象?；谇帮L(fēng)窗立柱區(qū)域功能設(shè)計(jì)原理和有限元建模分析，分析故障產(chǎn)生的根本原因，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，并給出了經(jīng)濟(jì)便捷的售后故障維修方法。同時(shí)，將相關(guān)零件的技術(shù)要求納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南中，用于指導(dǎo)后續(xù)車型的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：感知質(zhì)量;ANSYS分析;前風(fēng)窗內(nèi)護(hù)板;頂棚;氣簾

中圖分類號(hào)：U465 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（ 2021） 06-0012-05

Countermeasures On AVehicle's A-pillar Shedding Problem

FAN You-si， DUAN Xiao-cao， YANG Wei-min， ZHANG Chao， YAN Lin-feng

（ Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company LTD，

Wuhan 430056， China）

Abstract： After high temperature exposure，a quality problem has occurred in one vehiclesuch as A pillar is prone to fall off. It seriously affected the customers' normal use， got a lot ofquality complaints in the aftermarket， and damaged the company's brand image. Based on thedesign principles and finite element modeling， the paper analyzes the root causes of thefailure， proposes the corresponding improvement measures， and gives the economical andconvenient fault maintenance methods. At the same time， the technical requirements ofrelated parts are incorporated into the product design guidelines to guide the design ofsubsequent vehicles.

Key Words： Perceived Quality; ANSYS; A-pillar; Roof; CAB

前言

隨著時(shí)代的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)汽車安全性和側(cè)面碰撞得分的要求不斷提高。為此，某主機(jī)廠為前風(fēng)窗立柱內(nèi)護(hù)板（下文簡(jiǎn)稱A柱上護(hù)板）設(shè)計(jì)了全新的斷面，并在全球項(xiàng)目中進(jìn)行推廣。新的設(shè)計(jì)，滿足了電器擴(kuò)展的需要（護(hù)板內(nèi)部空間充裕），同時(shí)兼顧了安全性能（側(cè)氣簾展開(kāi)）和用戶感知質(zhì)量（密封條不再可見(jiàn)）的要求。但是，同時(shí)也帶來(lái)前風(fēng)窗立柱高溫暴曬后，密封條容易脫出的質(zhì)量缺陷。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能要求

1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

前風(fēng)窗立柱護(hù)板是座艙立柱護(hù)板系統(tǒng)的重要組成部分，通常布置在前風(fēng)窗左右兩側(cè)，可以增加乘客的舒適度，提供優(yōu)雅的內(nèi)飾外觀。立柱護(hù)板對(duì)鈑金、車身零件、電子線束和側(cè)撞塊等提供傳輸和裝接結(jié)構(gòu)。某主機(jī)廠采用固定卡扣上置于前風(fēng)擋玻璃區(qū)域的布置方式，以便于給氣簾、線束、天窗水管避讓出更多的布置空間。同時(shí)，也便于利用氣簾展開(kāi)時(shí)，通過(guò)氣袋表面所產(chǎn)生的張力來(lái)推開(kāi)內(nèi)護(hù)板，從而達(dá)到側(cè)氣簾展開(kāi)時(shí)，氣簾拉帶也能同步拉出的功能要求。

1.2功能要求

根據(jù)某主機(jī)廠的最新技術(shù)要求，A柱上護(hù)板需使用P/E-MDIO材料，以滿足在-35℃條件下不能被CAB擊碎。同時(shí)，A柱上護(hù)板需要在CAB展開(kāi)過(guò)程中，具有繞X軸方向旋轉(zhuǎn)的自由度，以保證CAB拉帶順利脫出護(hù)板，實(shí)現(xiàn)CAB的充分展開(kāi)，達(dá)到保護(hù)乘員頭部的目的。

2 質(zhì)量現(xiàn)狀

2.1故障照片

據(jù)售后部門故障反饋，用戶車輛在高溫暴曬后，批量性出現(xiàn)前風(fēng)窗立柱護(hù)板密封條脫出的質(zhì)量問(wèn)題。產(chǎn)品售后不良率達(dá)到3%，導(dǎo)致售后車輛維修成本增加。

3 原因分析

3.1結(jié)構(gòu)分析

前風(fēng)窗立柱護(hù)板卡扣布置在一條直線上，采用偏上的布置方式。從設(shè)計(jì)角度無(wú)法滿足產(chǎn)品定位的同位法則，導(dǎo)致護(hù)板存在旋轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)由于和密封條配合區(qū)域沒(méi)有設(shè)計(jì)有效的固定結(jié)構(gòu)，前風(fēng)窗立柱護(hù)板受熱變形后，密封條容易產(chǎn)生分離。此外，護(hù)板還需要兼顧氣簾低溫點(diǎn)爆性能，護(hù)板的選擇需要保證產(chǎn)品具備足夠的柔韌性，進(jìn)而導(dǎo)致提升產(chǎn)品整體剛性的空間受到一定的限制。

3.2材料分析

選定的P/E-MDIO材料（參數(shù)見(jiàn)表1）具有較高的缺口沖擊強(qiáng)度，可以滿足在-35℃條件下不被CAB擊碎;該材料的彎曲模量1300MPa，滿足護(hù)板在CAB展開(kāi)過(guò)程中抗變形要求。然而，其熱變形溫度（Heat Deflection Temperature，HDT）僅為1000C，無(wú)法滿足7BF循環(huán)的要求（耐老化試驗(yàn)，每周期25h，循環(huán)7次，最高溫100 0C）。

3.3性能管理

前風(fēng)窗立柱設(shè)計(jì)時(shí)，既要滿足零件自身和整車暴曬試驗(yàn)要求，又要滿足整車系統(tǒng)安全性能要求。為確保前風(fēng)窗立柱內(nèi)護(hù)板和密封條之間的可靠性，需要在前風(fēng)窗立柱內(nèi)護(hù)板上增加同密封條掛鉤，以防止密封條脫落。同時(shí)，這個(gè)掛鉤設(shè)計(jì)應(yīng)不影響側(cè)氣簾點(diǎn)爆時(shí)的正常展開(kāi)，保證氣簾能覆蓋到所有乘駕人員的頭部空間，能實(shí)現(xiàn)拉帶完全拉開(kāi)的功能。

3.4尺寸管理

護(hù)板的Y向定位，部分依賴于護(hù)板與密封條的裝配關(guān)系。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于護(hù)板與密封條裝配的一致性受人為因素、環(huán)境件等影響，無(wú)法保證裝配質(zhì)量的穩(wěn)定。按照統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行公差計(jì)算分析，此處的尺寸鏈環(huán)組成如表2所示。

基于產(chǎn)品定義進(jìn)行分析，A柱上護(hù)板與密封條的搭接量為7.5mm，通過(guò)計(jì)算得出，此處公差帶寬約3.5mm，即極限狀態(tài)下，理論最小搭接量約為5.75mm（7.5mm-1.75mm）左右，足以保證密封條的搭接量，不會(huì)出現(xiàn)A柱上護(hù)板脫出缺陷。然而，由于尺寸鏈過(guò)長(zhǎng)，影響因素過(guò)多，理論值僅可參考。

舉例而言：假定護(hù)板、密封條、鈑金的尺寸不合格（即超過(guò)公差帶范圍）零件占比為1%，至少存在一項(xiàng)超差的整車數(shù)量占比將達(dá)到3%，考慮到左右件相互獨(dú)立，該值將達(dá)到6%。若設(shè)計(jì)的搭接量對(duì)于尺寸超差的冗余不足，工業(yè)化階段將呈現(xiàn)出高頻次缺陷的狀態(tài)。以上，尚未將密封條裝配公差納入考慮。

3.5分析結(jié)論

綜上所述，造成前風(fēng)窗立柱內(nèi)護(hù)板高溫后脫出密封條的因素較多，需要從材料、結(jié)構(gòu)、性能、裝配性等多個(gè)維度進(jìn)行綜合性管理。但是關(guān)鍵性因素可以歸納為以下兩項(xiàng)：

（1）護(hù)板的材料選擇，在滿足氣簾氣溫沖擊性能的情況下，可以研究使用彈性模量和耐高溫性能更高的材質(zhì)，以便于提升產(chǎn)品的耐候性和剛性指標(biāo)。

（2）護(hù)板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，研究在密封條區(qū)域增加掛鉤的技術(shù)可能性，以加護(hù)板和密封條裝配后的固定強(qiáng)度，增加護(hù)板旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的阻力。

4 改進(jìn)對(duì)策

4.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化

護(hù)板下端增加掛鉤結(jié)構(gòu)與密封條相配合，避免在常溫和高溫使用過(guò)程中密封條從護(hù)板中脫出。同時(shí)，側(cè)氣簾延伸至前風(fēng)窗內(nèi)護(hù)板內(nèi)lOOmm，并且增加氣簾充氣體積，增加氣簾氣袋展開(kāi)時(shí)推開(kāi)護(hù)板的表面應(yīng)力。

4.2材料優(yōu)化

從斷面分析，該主機(jī)廠設(shè)計(jì)的護(hù)板與密封條之間的裝配方式，依賴于護(hù)板C形開(kāi)口形狀成型后的內(nèi)縮在被密封條撐開(kāi)過(guò)程中形成的內(nèi)應(yīng)力O。開(kāi)口越?。ㄊ芄に?、材料收縮率影響），撐開(kāi)后的變形量越大，內(nèi)應(yīng)力O越集中，則卡接越牢固。然而，護(hù)板長(zhǎng)期處于變形狀態(tài)，內(nèi)應(yīng)力將隨時(shí)間推移而逐漸釋放（高溫高濕環(huán)境將加速這一過(guò)程），最終內(nèi)壓，護(hù)板將呈現(xiàn)應(yīng)力松弛狀態(tài)，夾緊力（即密封條支撐力F）大幅降低，阻尼掛鉤效果隨之大幅衰減，A柱上護(hù)板脫出密封條的缺陷也由此產(chǎn)生。

由此，從材料和結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度考慮，在模具已經(jīng)加工完成的境況下，可以給出以下優(yōu)化路線：

（1）減小材料的收縮率，降低零件成型后的開(kāi)口收縮量，進(jìn)而減小零件長(zhǎng)期受力下的永久變形量，降低應(yīng)力的集中程度，延緩應(yīng)力松弛的過(guò)程。

（2）提高材料的彎曲模量，增強(qiáng)零件的抗變形能力，以更小的零件變形量提供必要的夾緊力，提高應(yīng)力松弛后的剩余應(yīng)力，延長(zhǎng)零件壽命。

（3）提高材料的熱變形溫度，提升零件抗高溫老化能力。

（4）加大掛鉤搭接量，提高應(yīng)力松弛后零件脫出的阻尼閾值。

其中，根據(jù)第四條優(yōu)化路線，在不影響滑塊出模的前提下，盡可能增加阻尼掛鉤搭接量。

而根據(jù)前三條優(yōu)化路線，可以選擇一款P/E-MD20的材料作為替代，其與現(xiàn)用P/E-MDIO材料物性對(duì)比見(jiàn)表3。

顯然，新選擇的某款P/E-MD20材料具備更小的收縮率（意味著更小的變形量），更高的彎曲模量（意味著更長(zhǎng)的應(yīng)力松弛過(guò)程），更高的HDT（意味著更強(qiáng)的抗老化能力）以及相對(duì)偏低的常溫缺口沖擊強(qiáng)度（意味著相對(duì)較差的韌性，一35℃條件下有被CAB擊碎的風(fēng)險(xiǎn)）。

由此可見(jiàn)，新材料在滿足美學(xué)功能方面，其性能全面占優(yōu)，僅低溫條件下的CAB擊碎風(fēng)險(xiǎn)，有待實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。表3某款P/E-MDlO與某款P/E-MD20關(guān)鍵物性對(duì)比

4.3有限元計(jì)算

從ANSYS分析結(jié)果可以看到，在相同負(fù)載的情況下，紅色區(qū)域最大位移從4.7mm降低到了3.2mm，即實(shí)現(xiàn)了在相同的夾緊力條件下，新材料零件只需要原材料零件68%的變形量即可。

從CAB實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果可見(jiàn)，新材料零件既滿足了-35℃條件下不被CAB擊碎的需求，也滿足了23℃條件下CAB拉帶完全脫出的需求;而A柱上護(hù)板經(jīng)夏季暴曬后脫出密封條缺陷的缺陷率，由改進(jìn)前的大于50%，大幅降低至1%（由尺寸鏈累積帶來(lái)，受限于工藝水平，無(wú)法避免，需在車輛出庫(kù)前進(jìn)行人工篩查）。至此，成功實(shí)現(xiàn)了安全性能和美學(xué)功能的平衡統(tǒng)一。

5 改進(jìn)效果

本項(xiàng)目通過(guò)采用更換護(hù)板材料、增加密封條掛鉤、縮小產(chǎn)品開(kāi)口尺寸以及優(yōu)化裝配工藝等措施，有效降低了該款車型前風(fēng)窗立柱護(hù)板高溫暴曬后密封條出現(xiàn)脫落的質(zhì)量故障。降低了售后車輛的維修成本，提升了整車及部件的質(zhì)量水平。

5.1經(jīng)濟(jì)效益

5.1.1計(jì)算公式

成本收益=單車維修成本×產(chǎn)品缺陷率×車輛銷售數(shù)量。

5.1.2參數(shù)評(píng)估

以往項(xiàng)目，如P8/C4，發(fā)生A柱脫出密封條故障后，只能進(jìn)行返修，如A柱沒(méi)有發(fā)生變形，則需要增加蘑菇搭扣，將A柱護(hù)板與密封條緊固。如A柱發(fā)生變形，則需要重新更換A柱并增加蘑菇搭扣，以防止后續(xù)變形。

單車維修成本包含更換零件和維修工具包兩部分。更換零件：?jiǎn)诬嚢凑?60RMB/車（包括零件成本130RMB/件，維修工具包10RMB/套及維修工費(fèi)90）。

5.2實(shí)際效益

僅按照增加維修包，不更換A柱內(nèi)護(hù)板的方案測(cè)算。目前P24/R83開(kāi)始采用這種新的解決方案，度銷量按照4000臺(tái)計(jì)算，則每年的節(jié)約成本：4000×12×55=26.4WRMB/年。

5.3潛在收益

后續(xù)量產(chǎn)車型E43、P54等按照神龍公司2022年銷量15萬(wàn)來(lái)評(píng)估。預(yù)計(jì)每年潛在降低成本收益：15×55=825WRMB/年。

6 結(jié)束語(yǔ)

相同的斷面已經(jīng)并將繼續(xù)在該主機(jī)廠多款車型上應(yīng)用。因此，本文對(duì)A柱上護(hù)板脫出密封條的失效模式分析，對(duì)于該主機(jī)廠未來(lái)的質(zhì)量提升具有深遠(yuǎn)意義。

本文借助魚刺圖對(duì)產(chǎn)品失效模式進(jìn)行綜合分析，并借助ANSYS軟件，對(duì)A柱上護(hù)板的失效模式做了定量刻畫，打破了以往單純“依賴經(jīng)驗(yàn)直覺(jué)，反復(fù)試錯(cuò)”的低效工作模式，直接點(diǎn)明了問(wèn)題的核心在于結(jié)構(gòu)和材料本身，尤以材料為甚。最終，在理論分析和仿真計(jì)算的雙重輔助下，找到了理想的材料，平衡了安全性能和美學(xué)功能要求，為以后車型解決類似缺陷提供了新思路和新方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]藍(lán)宇，張連杰.大型有限元分析軟件ANSYSU].應(yīng)用科技，2000（ 06）：11-12+15.

[2]隋世創(chuàng)，孫在軍，李建新，轎車內(nèi)飾件注塑生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題及解決措施[J]塑料工業(yè)，

[3]劉通.上汽大眾如何看待2019年C-IASI碰撞測(cè)試車型“全軍覆沒(méi)”？[J].汽車與駕駛維修（汽車版），2020（ 03）：50-55.

[4]張耀輝，胡寶洋，鞠春賢等.基于FMVSS226側(cè)氣簾性能開(kāi)發(fā)研究[C]//2014汽車安全技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議.2014.

[5]劉奎芳，陳潔.塑料在濕熱和亞濕熱氣候大氣暴露與人工加速試驗(yàn)相關(guān)性探討[J].環(huán)境技術(shù)，2001（ 04）：8-13.

專家推薦語(yǔ)

康明

東風(fēng)商用車技術(shù)中心工藝研究所所長(zhǎng)

材料科學(xué)與工程 研究員級(jí)高級(jí)工程師

本文屬現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量改善范疇的文章，作者通過(guò)對(duì)某車型前風(fēng)窗立柱護(hù)板經(jīng)高溫爆哂后密封條出現(xiàn)脫落的質(zhì)量故障，從結(jié)構(gòu)、材料等方面分析了故障產(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并給出了經(jīng)濟(jì)便捷的售后故障維修方法。同時(shí)，將相關(guān)零件的技術(shù)要求納入到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南中，用于指導(dǎo)后續(xù)車型的設(shè)計(jì)。本文尚有新意，數(shù)據(jù)可靠，具有一定的實(shí)用性。