汽车内外饰系统级试验的相关概述

邓茗馨

（华晨宝马汽车有限公司 研发部，辽宁 沈阳 110143）

前言

在汽车行业，新车型在量产前需要进行一系列的整车和零件甚至其材料的相关试验，从而确保产品在设计寿命周期内的安全性和功能性。其中，汽车的内外饰件是终端客户接触最直接，使用最频繁，质量感知最表观的部件，经过长期的使用以及一些滥用性操作，可能导致零件老化甚至是功能性的失效。外加内外饰件大多使用塑料、织物、皮革和橡胶等材料，这些材料本身也非常容易受到外界环境的影响，长期使用后不可避免地产生老化。经过以上因素的叠加会产生很多问题，例如：尾门内饰板的卡扣脱落、仪表板蒙皮褪色，手套箱开合功能异常、密封胶条老化变硬、尾门开启力变大等问题，从而影响了客户对产品质量的感知和品牌口碑的评价。

为了在研发阶段早期预测产品在零公里状态和长期使用后的功能性表现，确保产品能顺利投入量产并且减少售后投诉，在新车型的研发阶段，需要针对内外饰进行一系列的功能性试验。试验按照量级分为整车试验、系统级试验、零部件试验和材料试验。本文主要介绍系统级试验，及其所具有的优点以及常见试验种类和试验方法。

1 系统级试验的优点

系统级试验是指将车身上的部件根据位置关系，匹配关系和功能关系划分成若干个模块，并以同样模块化的白车身作为测试件的载体，将同一模块内的所有相关测试件安装到相应模块的白车身上进行一系列的测试。白车身可以根据模块划分的不同，进行加工和改装来保证测试能够顺利地在试验设备上使用。例如：针对前保险杠、格栅和防撞梁的测试，只需要保留车身的前端模块部分。同时在车身底端焊接支撑结构保证车身能够固定到振动台或移入环境仓中，从而进行振动试验和环境老化试验。

系统级试验介于整车和零部件试验两者之间，相对于两者有很多优点：

1.1 测试件系统的模块化和整合化

车身上的零件会根据所在车身的部位进行模块划分，以模块为单位安排系统级测试，可以在最大程度上整合模块内的测试件，有利于试验进度的整合管理；根据模块内对应的物料清单（BOM）制作测试件安装检查清单，可以确保模块内全部测试件均参与测试，从而规避缺项漏项的风险。

1.2 测试件的多样性

在确保试验参数一致的情况下，多个模块的白车身可以共享测试资源，甚至不同模块的测试件可以安装在同一个白车身上进行试验，合并测试有利于缩短试验周期，并避免试验设备档期冲突。

1.3 零件安装状态的准确性

同一模块的测试件全部安装在车身上，而不是单独制作工装夹具进行试验，最大程度上保证了安装状态的准确和稳定，同时可以检查各零件之间的匹配情况。系统级试验可以完全模拟车身上的安装状态，避免了零件在工装上存在的安装误差。

1.4 减少研发成本，缩短试验周期

系统级试验把原来对于测试车辆的生产需求改为白车身，减轻了工厂的生产负担，进一步降低了研发费用。同时多个零件一起进行试验而非独立进行，也节约了研发成本和测试时长，通过实现共享资源节约了人力资源成本，为多个项目同时开发创造条件。

2 系统级试验种类及试验方法

2.1 环境老化试验

自然环境因素包括温度、湿度、阳光、雨水、污染物等，是造成汽车内、外饰件老化现象的主要原因[1]。环境老化试验通过设计各种环境参数组合叠加加速模拟产品的老化过程，在环境仓中模拟测试件在不同气候环境条件下长期使用对零件性能产生的影响，从而检验产品在寿命周期内较长时间段内的使用、运输和存储的性能。

内外饰件多由高分子材料如塑料、橡胶和纤维组成，高温和低温都会造成产品老化。其中，高温会导致零件发生变形、变色、起泡、破裂、力学性能下降等现象；而低温会使其硬化、脆化和机械强度降低；温度的交变会使材料发生膨胀、收缩并产生变形[2]。而自然环境的降水、凝露和湿度中的水分子会渗入高分子材料内部，经过材料的吸附和溶解，从而改变材料的内部结构和降低材料的性能，加速产品的老化[1]。对于外饰车身覆盖件，直接暴露在自然环境下，长期暴露在未经过滤的阳光下会导致漆面的色变甚至是非金属件的变形（尤其是热线胀系数较大的塑料制成的长条状零件）。因此汽车主机厂设计了一系列温度、湿度、光照的试验，测试包括：高温存储试验（温度可达120°C）、低温存储试验（温度可达-40°C）、高低温循环试验（高低温交变模拟户外环境变化）、潮湿试验（湿度可达80%）。阳光模拟试验是在温度和湿度的设定下又加入了太阳光辐射这一环境因素，太阳光辐射直接影响了非金属材料的降解和涂层的光化学反应上[3]。

系统级的环境老化试验可以合理地将试验参数相同的部件安装在白车身上一起进行试验。各个零件对应的试验条件主要是由零件在车身上的安装位置决定的，内饰件的温度普遍比外饰的温度高，而非常容易受到阳光照射的部位如仪表板上表面和遮阳板，其温度要高于其它内饰件。因此根据零件的温度来合理安排系统级试验，比如顶棚、上A柱、上B柱、上C柱是可以一起进行环境试验；中控和仪表板可以一起安排试验；地毯、门槛条、和尾门内饰板可以一起进行试验。

2.2 振动试验

系统级振动试验是除了整车路试外检验产品全寿命周期中道路行驶工况下的整体结构表现的最佳的方法。振动试验往往结合高、低温循环试验同时进行，温、湿度环境和随机振动耦合进行，使得测试条件更加苛刻和真实[4]。振动台更多的选用三轴振动台模拟车身在 X、Y、Z三个方向上的单自由度振动，目前的发展趋势表明振动测试正在由单自由度向多自由度振动转变，这一趋势将导致测试设备的变革，需要多轴振动台控制六个自由度的振动，如多轴振动测试台（MAST）。

系统级振动试验需要将按照相关要求切割并进行特殊处理的底座（需考虑到底座对于车身在特定频率范围内的频率响应的影响）焊接的车身作为振动试验的测试工装，使用随机振动或模拟道路仿真的频率进行试验，可以检验模块内全部测试件的零件可靠性。例如，前端车身包含很多外饰件如前车灯、机盖、前保险杠、吸能块、防撞梁、进气格栅、进气口、轮罩、雨刷器等，使用前端车身进行振动试验可以检验不同模块的零件，模块化的部分车身降低了对试验台尺寸和推力的要求，确保大多数振动台都能满足条件，节约了试验成本。同理，后端车身包含后车灯、后保险杠、防撞梁、密封胶条和轮罩等作为一个系统进行试验，尾门也可以单独制作工装进行试验。

2.3 耐久试验

对于需要经常开合或折叠等操作的功能件而言，耐久试验是非常必要的。在汽车内、外饰件中，最常见的几种耐久试验为四门两盖耐久试验、天窗耐久试验、座椅疲劳耐久试验、仪表板手套箱和中控的储物盒盖的耐久试验。耐久试验主要根据产品在整个生命周期中使用的频率（开闭次数）、冲击载荷的大小（关闭速度）以及自然环境（温度、湿度和粉尘等）这三个因素设计试验[5]。

这类试验需要在-40°C～+80°C温度环境下进行，同时采用机器人或气缸设计测试台架模拟使用者的动作，从而检验产品的质量和使用寿命[6]。对于发动机盖耐久试验的操作步骤为：首先机盖处于关闭状态，在驾驶室内设置驱动绳索开启机盖一级锁然后确保手柄复位；第二：台架设备触碰机盖锁体区域开启二级锁，用力抬起机盖完成打开动作；最后：机盖保持稳定后，通过设备关闭机盖到一定角度后，机盖能自动闭合完成一个循环的试验[7]。

汽车外饰件的耐久试验是对设备要求最为苛刻的试验项，原因一是外饰系统较为庞大如发动机盖总成、尾门总成、车门总成和天窗总成都必须使用车身；二是使用的测试设备占用的空间很大，如四门耐久需要对四个门同时进行开合，车内需要设计推开装置，外部需要固定拉开装置；三是环境仓需要满足较大的空间存放车身和设备进行不同温度下的测试，系统级耐久试验保证了零件全部安装到位同时也确保有足够的空间布置设备。

2.4 刚度试验

对于主机厂而言，刚度试验不需要同供应商一样做工装夹具进行试验。一方面制造工装的周期较长，另一方面有些零件如保险杠需要考虑周边件的匹配模拟车身状态，工装的设计和制造更为麻烦。同时刚度试验也不适合用于在整车上进行，主要是工作台面无法承受整车的重量，同时将整车固定在测试台面上也十分困难。因此刚度试验也非常适用在系统级层面上进行。可以利用前文中使用的振动试验的车身进行试验，既不需要再更改白车身，又能保证能在工作台上装夹。

2.5 安全性试验

系统级试验也可在安全性实验上应用，进行研发和质量监控。汽车碰撞安全可靠性日益重要，驾驶员安全气囊在车辆碰撞中必须对驾驶者起到保护作用，因此针对安全气囊是否能正常打开进行各个批次的气囊点爆验证试验。试验需要通过配合车身的结构进行，试验要求台架在温度箱高温、室温、低温下放置4小时以上进行点爆，点爆后无碎片飞出或零件分离以及气袋没有破损为合格[8]。而针对前后保险杠的碰撞试验在开发设计阶段也用到系统级台架进行试验，方便在项目初期对保险杠模块进行改进以满足相关法规。

3 结语

（1）汽车的内外饰件有使用操作频繁，感知质量敏感度高等特征，并在寿命周期内长期暴露在自然老化环境下，其长期稳定性需要通过一系列的试验进行验证。

（2）系统级试验具有模块化、多样性、安装准确性和降低研发成本的优点，可以在整车和零件试验之间取得理想的平衡。

（3）环境老化试验、振动试验、耐久试验、刚度试验和安全性试验均可应用在系统级别进行内外饰件的验证，适用范围广泛。