盧 超,王 宇,梁 品
(1.上汽通用汽車有限公司武漢分公司,湖北 武漢 430000;2.泛亞汽車技術(shù)中心有限公司,上海 201201)
汽車主要由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。整車管路是指各個功能系統(tǒng)中的線束、軟管、硬管、拉索等管線狀零件。管路零件作用是在各功能件之間傳遞電信號、力、油液以及氣體等介質(zhì),保證各系統(tǒng)實現(xiàn)相應(yīng)功能,使整車能夠安全平穩(wěn)地行駛。整車管路就好比人體的血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
線束系統(tǒng)是整車管路系統(tǒng)的重要組成部分,由于線束為非成型管束,數(shù)模虛擬布置有時難以反映實車安裝狀態(tài),線束是整車管路品質(zhì)問題比較集中的零件。
汽車在行駛時,除了發(fā)動機振動外,還會受到各種復(fù)雜極限路況的影響,由于各系統(tǒng)內(nèi)部及相互之間連接的管路特性不一,其運動幅度也不一致。如果線束等管路設(shè)計布置不合理,零件制造和裝配存在品質(zhì)問題,隨著整車的運動,管路之間會產(chǎn)生動態(tài)干涉風險,甚至磨損,引起重大安全問題。以線束為例,如果與周圍銳邊零件存在動態(tài)干涉,則易被磨損,引發(fā)短路著火、功能失靈等問題,造成安全事故。通過對2004年國內(nèi)外近900例整車召回信息分析發(fā)現(xiàn),管路問題引發(fā)的售后召回案例多達135起,占比16.2%,通用、本田、豐田以及寶馬等汽車巨頭在內(nèi)的大部分廠商都未能幸免[1]。由此可見,研究如何控制整車管路品質(zhì)問題對汽車廠商具有重要戰(zhàn)略價值和意義[2]。
根據(jù)零件功能特性,整車管路系統(tǒng)主要分為三大部分,如圖1所示。
圖1 整車管路系統(tǒng)
1)線束系統(tǒng) 線束系統(tǒng)主要負責整車電能及電子信號的傳遞功能。如圖2所示,按照功能區(qū)域不同,線束系統(tǒng)分為:①前照燈線束總成;②發(fā)動機線束總成;③車身主線束總成;④儀表線束總成;⑤門線束總成;⑥前后倒車雷達線束總成等。
2)拉索系統(tǒng) 主要包括前蓋鎖拉索,換擋拉索,離合器拉索,油門拉索,駐車制動拉索和加油小門拉索等。
3)其他軟硬管系統(tǒng) 主要包括空調(diào)系統(tǒng)管路,暖通管路,冷卻系統(tǒng)管路,自動變速器油冷管路,中冷器進出管,洗滌系統(tǒng)管路,進排氣管路,燃油管,制動油管,制動真空管,離合器油管等。
圖2 整車線束布置
經(jīng)過長期對整車管路品質(zhì)問題的研究分析,引發(fā)整車管路品質(zhì)問題的原因主要有三方面:設(shè)計方面,整車線束的布置設(shè)計存在不合理性;零件品質(zhì)方面,外協(xié)供應(yīng)商提供的線束零件尺寸等不滿足設(shè)計要求;整車裝配集成方面,線束等管線零件裝配不到位。
如果整車線束在前期布置設(shè)計上存在不合理性,容易造成線束與其他零件干涉,引發(fā)潛在管路品質(zhì)風險,誘發(fā)售后整車管路品質(zhì)問題。整車線束設(shè)計上常見以下兩種不合理情況:①線束分支長度設(shè)計不合理,過長或者過短,造成線束與周邊零件干涉,引發(fā)線束或其他管路磨損。②線束外包裹物波紋管選取不合理,直徑過粗,造成線束與周圍零件干涉,引發(fā)線束或其他管路磨損。
如圖3a所示,售后某車型發(fā)動機線束EPS分支與變速器殼體干涉,造成線束磨損,引發(fā)助力轉(zhuǎn)向功能故障。如圖3所示,A、B為EPS線束分支上的2個卡釘,卡釘A將線束一端固定在EPS上,卡釘B將線束另一端固定在發(fā)動機上。分析引發(fā)線束磨損的原因:①線束A-B段設(shè)計定義過長,且固定點A為偏置卡釘,不具有防轉(zhuǎn)功能,EPS線束分支在極限情況下與變速器殼體干涉;②發(fā)動機與EPS存在相對運動,線束屬于跨運動區(qū)域布置,由于線束與變速器殼體之間動態(tài)磨擦,造成線束破損,最終引發(fā)車輛電動助力轉(zhuǎn)向功能故障。設(shè)計優(yōu)化改善:將線束A-B段長度縮短15 mm,保證極限運動時線束與變速器殼體不干涉,同時線束外包裹增加耐磨波紋管保護。
圖4為發(fā)動機線束噴油軌分支與燃油管干涉。此處布置空間狹小,線束外保護波紋管直徑較粗,造成與燃油管干涉。由于發(fā)動機工作時存在振動,燃油管存在潛在磨破風險。經(jīng)分析,此處線束直徑遠小于波紋管內(nèi)徑,而線束波紋管直徑太粗,造成與燃油管干涉。分析評估,此段線束改用外徑更?。ě?3.8 mm)的波紋管更合適,既可滿足線束保護需求,又可保證線束與燃油管足夠的安全距離。
圖3 售后車輛管線品質(zhì)問題引發(fā)電子助力轉(zhuǎn)向功能故障案例
圖4 發(fā)動機線束噴油軌分支與燃油管干涉
供應(yīng)商外協(xié)線束等管線零件制造品質(zhì)差,同樣也會引發(fā)整車管路品質(zhì)問題。目前線束的生產(chǎn)制作工藝主要通過手工完成,由于手工操作存在很大差異,因此,線束制作品質(zhì)很難保證一致性。線束制作品質(zhì)主要指供應(yīng)商提供的線束尺寸等不滿足設(shè)計要求,常見表現(xiàn)為:①線束長度超出設(shè)計公差范圍;②線束分支出線角度與數(shù)模設(shè)計不符;③線束上固定用卡釘方向與數(shù)模設(shè)計不符;④線束外包裹物不良,造成導(dǎo)線外露。
一般來說,對于線束的生產(chǎn)制作,除了供應(yīng)商的內(nèi)控標準外,整車生產(chǎn)企業(yè)會制定更加嚴格的技術(shù)規(guī)范要求。表1列舉了部分線束分支長度公差定義,供參考。線束分支角度規(guī)定:分支自然狀態(tài)可旋轉(zhuǎn)的角度與數(shù)模角度之間最大不超過22°。
表1 線束分支長度公差要求
整車管線零件裝配不到位、錯裝、漏裝等,同樣會引發(fā)整車管路品質(zhì)問題。常見的裝配問題有:①線束卡釘位置安裝錯誤,引起干涉等問題;②固定線束走向的支架沒有裝配到位,造成線束與周圍零件干涉;③裝配時未按規(guī)定手勢整理線束走向,引起線束干涉。
如何預(yù)防和控制整車線束管路品質(zhì),防止品質(zhì)問題溢出,對于汽車整車廠具有重要的價值和意義。基于前述分析,本文從兩個方面探討整車線束管路品質(zhì)問題的預(yù)防和控制策略。
整車管路品質(zhì)評審,必須貫穿于整車開發(fā)的全生命周期,從前期設(shè)計開發(fā),樣車試制,一直持續(xù)到整車量產(chǎn)階段。按照整車設(shè)計開發(fā)流程,整車管路品質(zhì)評審可以分為前期虛擬設(shè)計評審和實車管路評估2個階段。管路品質(zhì)評審遵循以下BP(Best Practice,最佳實踐)原則。
1)靜/動態(tài)間隙要求:①無相對運動管線零件,間隙要求大于10 mm;②完全相對運動管線零件要求靜態(tài)間隙大于25 mm,運動后最小間隙大于10 mm。
2)熱間隙要求:①熱敏零件與熱源系統(tǒng)之間間隙要求大于40 mm;②隔熱罩最好加在熱源上,而不是加在熱敏感零件。
3)管線風險評判依據(jù):①是否有相對運動、靜態(tài)或動態(tài)間隙;②長的管路(軟管和硬管)兩個固定點之間距離是否合理;③是否是振動件;④是否與銳邊間隙;⑤是否與熱源間隙;⑥管線的張緊力狀況如何;⑦管線周圍環(huán)境因素是否特別惡劣。
前期虛擬設(shè)計評審階段。本階段主要通過UG和CAE軟件對整車進行模擬仿真,分析各種工況下整車管線系統(tǒng)的間隙、運動、應(yīng)力、疲勞、耐久等動靜態(tài)特性,進行虛擬評審,找到最佳設(shè)計狀態(tài)。同平臺車型,前期設(shè)計開發(fā)的LL(Lessons Learned,經(jīng)驗教訓(xùn))經(jīng)驗可以相互借鑒。
實車管路品質(zhì)評審階段。從樣車試制開始,正式進入實車管路品質(zhì)評審階段。實車管路品質(zhì)評估分為2個層級:第1層級是對工廠試制車輛進行的初級實車管路評估,主要檢測實車管路狀態(tài)是否達到預(yù)期設(shè)計BP要求,針對無法達到預(yù)期設(shè)計要求的,通過改善設(shè)計,消除潛在品質(zhì)風險;第2層級是對耐久路試車輛開展DRBTR(Design and Review Based on Test Results,根據(jù)測試結(jié)果進行設(shè)計和評審)整車評審,針對耐久路試暴露的管路品質(zhì)問題分析評估,優(yōu)化改進,消除潛在風險。
根據(jù)整車開發(fā)計劃,管路品質(zhì)評審團隊在關(guān)鍵時間節(jié)點對整車開展管路品質(zhì)評審,評估潛在的工程設(shè)計問題,發(fā)現(xiàn)由于零件品質(zhì)原因和制造原因引起的管路問題,評估零件和制造偏差對管路品質(zhì)的影響,確保整車所有管線滿足設(shè)計、功能、制造和售后的要求。
加強對供應(yīng)商線束零件品質(zhì)的監(jiān)督和管控。針對外協(xié)供應(yīng)商生產(chǎn)提供的線束總成件,設(shè)立供應(yīng)商品質(zhì)管理工程師進行專項跟蹤和管控,對線束進行100%檢測,嚴格把控零件品質(zhì),杜絕零件品質(zhì)誘發(fā)整車管線品質(zhì)問題的風險。
針對線束在整車上的裝配,制定合理的裝配工藝,加強對操作人員的作業(yè)指導(dǎo)和培訓(xùn),提高員工操作熟練程度,避免錯裝、漏裝,保證線束在整車上的正確合理布置,消除裝配引起的潛在管路品質(zhì)風險。