凌通
珠海广通汽车有限公司
摘要：目前，我国的汽车发展十分迅速，本研究利用工业机器人拥有六个自由度和较高控制精度的特点，来开发复杂运动轨迹的汽车部件可靠性试验，并通过自主设计的快换夹具来实现不同加载头对同一样品加载的可靠性试验。
关键词：工业机器人；汽车零部件产品；可靠性试验；快换夹具
引言
随着汽车行业的发展和人们对汽车认识水平的普遍提高，人们已经从关注精致感知转变为更加关注汽车的可靠性，即关注汽车长期保持其功能的能力。汽车可靠性，作为汽车重要性能之一，很多车企也越来越重视汽车的可靠性，并且作为企业研发过程中的重要研究对象，设立专门的组织，在汽车设计阶段，提出可靠性要求并进行闭环，掌握汽车的可靠性水平。在汽车产品设计的开发技术规范或与供应商签订的技术协议中，明确产品的可靠性目标要求，一些整车企业特别是合资车企，可靠性部分会提出RxxCyy形式的可靠性要求，一般会提出R90C50或者R95C50[1]，甚至一些零部件会提出更高的可靠性要求，表示的含义是当达到规定的时间t时（此处的时间是广义的时间，可以是循环次数，工作时间等），该产品在置信度为50%的条件下，产品的可靠度要达到90%或者95%，甚至更高。对于汽车零部件而言，因用户使用条件复杂，并且所涉及到的技术领域极为广泛，对一些问题的研究不够充分，因此在设计或制造过程中，即使考虑非常周密，也必须通过试验进行检验。针对可靠性的设计目标，必须通过可靠性试验，验证是否达到可靠性的要求，并且通过试验，来帮助我们深入了解汽车在实际使用中各种现象的本质及其规律，不断进行改进，从而提升产品的可靠性水平，提升市场竞争力。针对可靠性目标要求，如何设计产品的可靠性试验就成为关键，需要根据现有的技术规范要求，设计可靠性试验的样本量，并随着调整样本量，达到缩短试验时间的目的，或者能根据设计的可靠性试验，分析设计缺陷，评估产品的可靠性水平。在可靠性试验设计中，常用的方法有成功型和失效型两种。
1汽车电子电气零部件环境适应性和可靠性验证的必要性
随着国家经济的快速发展，我国汽车行业也发展迅速，对汽车的市场需求量越来越大。我国汽车相关企业的竞争也越来越激烈。在过去汽车品牌大约每四年到五年推出一个新的车型，但现在每两年或三年就会推出新车型，为企业带来了竞争力。汽车电子电气零部件是汽车制造的重要组成部分，除制造汽车时的工艺技术最重要的就是电子电气零部件的组装。汽车的电子电气零部件质量决定了汽车的质量。电子电气零部件要与汽车的使用性能进行结合，形成配合，对不同使用性能的汽车要配置不同的电子电气零部件，就要求不同的汽车电子电气零部件要适应不同的环境，对汽车电子电器零部件环境适应性和可靠性的验证对汽车生产有重要意义。对提高汽车电子电气零部件的质量有积极作用，且可以让电子电气零部件与汽车结构更好配合，使汽车更好地发挥其相应的使用性能。
2可靠性试验台架研发
本研究要解决的首要问题是如何对工业机器人进行试验室环境下的二次开发，在原有的汽车座椅进出模拟试验系统（KUKAOccubot）功能下，开发出满足客户（汽车主机厂）要求的试验台架，并且能够实现多自由度协同控制的试验要求，以替代单自由度的液压缸、电动缸和气缸组合，通过复杂台架的搭建，实现多通道闭环控制试验。奥迪的转向管柱耐久试验是一个模拟驾驶员按住方向盘左右打方向的试验，需要进行60万次同时控制左右旋转力矩和下压力的可靠性试验。一般情况下，至少需要使用一个闭环控制的旋转缸加上一个闭环控制的直线缸，通过复杂的夹具设计才能够既满足旋转力矩的要求又满足下压力的要求。由于是两个独立的激励组成的闭环控制系统，难免会产生相互干扰和相位不易控制的情况。
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3改进汽车可靠性试验工作的措施
3.1针对汽车企业的产品特点建立产品试验室
国外汽车企业为获得产品的可靠性数据，都十分重视产品试验室建设，不但为产品试验室配备一流的试验设备，而且落实工作责任心强的人员做产品试验室负责人，通过对各类产品进行反复试验，为新产品开发设计和提高实物质量提供宝贵的试验数据。
3.2验证试验的项目确定
在汽车制造企业的相关电子电气零部件的测试标准和国际测试标准中，规定了相关验证试验项目，共有几十项。但并非所有的零部件都需要通过这些验证试验进行验证。在对零部件试验方法进行选择时，要考虑到相关因素。首先，要考虑电子电气零部件对环境适应性的范围，如气温适应范围、湿度适应范围、是否防水等。其次，DFMEA中有相关失效模式及相关改进措施，对DFMEA中的失效模式和改进措施也要进行验证试验。如超低温的情况下零件出现功能失效，对零部件的验证试验可选择为低温保存试验或低温运行试验。此外，对可靠性试验时间的确定及对可靠性验证试验方法的确定也需要根据零部件的不同选择不同的试验方法。以保证验证的效果。
3.3严格控制样品的可靠性试验
样品的可靠性试验是新产品开发设计和老产品质量改进的基础，所以对于每个样品的可靠性试验均应制定试验规范，明确试验要求和评定标准。对于整车的样品可靠性试验，原则上应先进行零部件样品可靠性试验。特别是主要总成、关键零部件、对安全有影响的零部件及有重大修改的产品结构都必须在整车试验前进行样品可靠性试验，并证明达到要求后再进行整车的可靠性试验。在样品可靠性试验阶段，一般都采取边试验边改进的方式，直至样品可靠性试验达到预定要求为止。
3.4各加载头汽车内饰件可靠性试验的研究
汽车上的零部件和乘员身体接触的部位往往是不同的，导致汽车主机厂在制定标准时会有各式各样的加载头，来对相关部件进行按压耐久试验。当前，座椅相关疲劳耐久试验中，针对不同位置的加载需要更换加载头且更换通常由人工完成，而市场上的机器人快换装置成本高，结构复杂。本研究通过与市场上多种不同产品的比对，设计出了一种与工业机器人配套使用的简易气动快换装置。该装置采用气动插销式结构，具有结构简单，维护保养方便等特点，同时具有安全自锁机构，保证在压缩空气阻断情况下依旧保持主盘与工具盘连接。快换装置工作方式主要步骤如下：初始状态下，工具盘与气缸插销脱离，与加载头一同放置在支架的加载头放置底座上，工具盘侧边三个平面与定位块接触。机器人连接座固定在机器人工作法兰盘上，连接气缸的控制电磁阀信号线及磁性开关信号线连接至机器人控制器。试验开始后，机器人带着连接气缸移动至支架上方，控制器发出控制信号，连接气缸活塞杆缩回。活塞杆缩回位置磁性开关有信号，说明此时插销处于解锁位置并与工具盘无接触。接着，缓慢下降直至连接气缸固定座与工具盘接触，此时机器人处于锁定位置。连接气缸活塞杆伸出，活塞杆伸出位置磁性开关有信号，说明插销已经插入销孔中，此时处于锁定状态。机器人带动加载头移动至试验工作位置开始试验。
结语
综上所述，通过了解电子电气零部件的环境适应性及可靠性对汽车的重要性，对汽车电子电气零部件的适应环境进行研究，确定汽车电子电气零部件适应相应环境的目标范围，并对其可靠性目标、可靠性试验时间进行确定，对各项环境因素及可靠性试验都确定其试验方法，使汽车电子电气零部件的环境适应性和可靠性能得到良好的验证，提高汽车电子电气零部件的质量和使用性能，从而提高汽车的使用性能和耐久程度。
参考文献
[1]丁洪春．经济有效的汽车可靠性试验方法探讨[J]．中国水运，2008，8（4）：195-196．
[2]周永范．经济有效的汽车可靠性试验方法[J]．企业科技与发展，2010（16）：51-52．
[3]李光攀．汽车耐久可靠性试验方法[J].天津汽车，2008（10）：34-35．
论文作者:凌通
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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