CN103245513B - 一种汽车产品整车装配的动态质量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车产品整车装配的动态质量检测方法，选取汽车产品底盘部件与车身部件之间的N个装焊或螺栓联结点作为标准检测点，N个检测点所处的装配耦合联结界面的动刚度构成复数矩阵[Kd]；对标准检测点位置进行激振测试，记录测试信号的频率响应函数的矩阵元素，并计算基准值[K_d]₀；对同型号汽车产品进行激振测试，计算第n辆被检测汽车产品的评价指标值[Kd]n，计算其与基准值[K_d]₀差值的绝对值⊿=|[Kd]n-[Kd]0|；如果绝对值⊿的第i个对角线元素量级小于参考值，则该辆客车产品在第i处焊装的动态质量判定为优良，反之为低劣或中等水平。本发明能直接检测和评价汽车产品机械装配本身的动态质量。

Description

一种汽车产品整车装配的动态质量检测方法

技术领域

本发明涉及汽车产品的质量控制与质量保证(QC/QA)技术领域，具体是一种汽车产品整车装配的动态质量检测方法。

背景技术

汽车产品是由一系列零部件组合装配而成，这些零部件的装配质量优劣影响产品整体机械性能(包括静态质量与动态质量)，最后阶段的机械总装质量尤为关键，直接影响产品的动态质量(车内振动、噪声与行驶稳定性—NVH)水平。

目前，现有与汽车机械装配有关的质量控制与保证(QC/QA)工作主要是根据中华人民共和国汽车行业标准进行一系列静态测试和相对简单的震动、噪声及操控稳定性测试与检验，如“汽车整车产品质量检验评定方法(QC/T900-1997)”、“汽车产品质量检验、整车装配调整和外观评定方法(QCn29008.1-1991)”、“汽车操纵稳定性试验方法(GB/T 6323.3/4-1994)”和“汽车车辆噪声测量方法(GB/T 18697-2002)”等。其中关于搭载乘客的客车产品，有关行业标准还包括“客车结构安全要求(GB 13094-1997)”、“客车骨架应力和形变测量方法(GB/T 6792-2009)”、“客车车身CO2气体保护焊焊接质量要求及检验方法(GB 12429-1990)”、“卧铺客车结构安全要求(GB/T 16887-2008)”和“客车车内噪声限值及测量方法(GB/T 25982-2010)”等标准。在汽车装配质量方面基本上属于“静态”检测方法。对于常用的焊接、铆接、粘结及螺栓连接等装配工艺，为达到有关装配精度标准，除了选取合适的工艺方法(互换法、选配法、修配法和调整法等)之外，还依据诸如《零件质量特征表》这类规定准则进行装配位置的基准定位，尽量使装配的几何精度(位置、尺寸与角度)以及结构强度(应力与形变)达到有关标准规定的质量要求。比如，客车产品的底盘与车身联结的总装主要采用焊装、螺栓联结和粘结等工艺，不仅要进行拧紧力矩、静/动态应力测试，对于主要的焊装装配还要进行严格的装焊夹具工艺与调试以保证焊装质量，以使客车产品在行驶中不会发生松脱、异响或形变等现象。在“动态”质量检测中，除基本的车内噪声水平测试外，主要集中在模拟道路的振动工况台架测试以及操控稳定性测试，以检测是否存在振摆、抖动或失稳之类的动态质量问题。

为改善汽车产品的动态质量，目前国内外现有NVH方面的研发工作主要集中在设计阶段，采用相对成熟的子结构动态分析技术，包括模态分析、有限元方法、统计能量分析以及相关的结构动力修改技术。它们与计算机技术相结合，构成计算机辅助设计(CAD)的核心技术。相关的计算和测试软件(如ME-Scope、ANSYS/NASTRAN/ABAQUS、Auto-SEA/SEAM、LMS/I-DEAS等)与现有的动态测试分析硬件设备一起构成了汽车产品机械结构系统的动态分析、优化设计与性能测试的关键技术支撑。然而，这些传统的机械结构动力学技术方法多属于“正向”技术，即从已知或测得的部件(子结构)及其装配耦合联结界面的动态特性，综合预测整车的动态质量—“行驶稳定性、车内振动与噪声水平”，多适用于汽车产品的“设计阶段”。前述国家标准的动态检测基本上仅限于简单地转向盘瞬态响应、噪声和振动量级的测试。对于汽车成品的装配动态质量—零/部件与零/部件装配质量优劣对“整车在路面或发动机等外部动态力激励下的动态响应特性(振动、噪声与稳定性)”的影响程度，目前尚无合适的成套动态检测技术规范和标准要求。这对于汽车产品由标准零部件在机械装配阶段控制或保证整车成品的动态质量水平是十分不利的。

发明内容

为克服现有技术在按汽车行业有关标准对汽车的机械装配进行一系列“静态”和有限的“动态”质量检测时，无完整适用的检测技术和规范方法进行直接检测和评价汽车产品机械装配本身的动态质量，从而无法在整车装配阶段进行动态质量控制与保证(QC/QA)的这一缺陷，本发明的目的是提供一种汽车产品整车装配的动态质量检测方法。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：一种汽车产品整车装配的动态质量检测方法，包括以下步骤：

S1、选取汽车产品底盘部件与车身部件之间的N个装焊或螺栓联结点作为标准检测点，底盘部件与车身部件之间的装配耦合联结界面的动刚度为K_d，N个检测点所处的装配耦合联结界面的动刚度K_di构成一个N×N的复数矩阵[K_d]，其中i＝1,2,3,…,N，动刚度矩阵由下式计算：

[K_d]＝([H_车身][H_{车身-底盘}]^-T[H_底盘]-[H_{车身-底盘}])^-1

其中，[H_车身]和[H_底盘]分别为N个标准检测点处位于车身侧和底盘侧的动态力激励—振动位移响应传递函数矩阵，[H_{车身-底盘}]为N个标准检测点处底盘侧动态力激励—车身侧振动位移响应传递函数矩阵；[H_车身]、[H_底盘]和[H_{车身-底盘}]均是尺寸为N×N的方阵，各矩阵元素为测试所得的频率响应函数FRF；

S2、甄选优等动态质量的汽车产品作为测试对象，对步骤S1所选取的标准检测点位置进行激振测试，记录测试信号的频率响应函数FRF的矩阵元素值H_ij0，其中i,j＝1,2,…,16，构成如下复数方阵：

按计算基准值[K_d]₀；

S3、整批或抽样检测与步骤S2同型号的汽车产品：对每辆待检测汽车产品，在由步骤S1选取的标准检测点位置进行激振测试，分别记录各汽车产品的测试信号的频率响应函数FRF的矩阵元素值H_ij，其中i,j＝1,2,…,16，构成如下第n辆汽车产品的复数方阵：

按计算第n辆被检测汽车产品的评价指标值[K_d]_n，计算其与基准值[K_d]₀差值的绝对值⊿＝|[K_d]_n-[K_d]₀|；如果绝对值⊿的第i个对角线元素量级小于参考值，则该辆客车产品在第i处焊装的动态质量判定为优良，反之为低劣或中等水平。

实现本发明的动态质量检测方法，包括以下三方面：

(1)界定汽车的装配动态质量评价指标：在由标准部件装配成整体的汽车产品中，评价部件与部件装配质量的优劣对“外部动态力激励下的动态响应”的影响程度，需要界定一个能够准确表征装配耦合联结(包括焊接、螺栓联结、粘结与铆接等)界面的动态“激励—响应”传递特性的量化评价指标，且该指标应在实际检测中容易被测试计算和比较分析；

(2)确定汽车装配的标准检测点与动态质量评价指标基准：在汽车总装阶段，由发动机总成、轮系、大桥等构成的两大标准部件—底盘和车身，主要是通过焊接和螺栓联结等工艺装配耦合而成。整车产品在发动机和路面通过轮系传递到底盘的动态激励力，通过底盘与车身的装配耦合联结界面传递到车内。在进行装配的动态质量检测时，要对装配耦合联结界面处的“激励—响应”检测点进行标准化。另外，还要以“优等动态质量”的汽车产品样车建立汽车总装的装配动态质量评价指标的基准值。

(3)建立汽车装配动态质量评价指标的计算与评价方法：针对汽车总装阶段在由(2)确定的标准检测点进行“激励—响应”动态测试，采用简单、可行、高精度的计算分析方法，计算(1)确定的装配动态质量评价指标，并将其与“装配动态质量评价指标基准”进行比较，分析评价汽车总装的动态质量水平。

上述几方面问题的有效解决有助于全面保证汽车产品的机械装配质量水平，为改善现有的以“静态”方法为主的装配质量检测和整车动态质量检测开辟一条新的技术途径。

本发明为汽车产品生产制造提供一套新的底盘与车身总装的装配质量检测方法。与现有汽车产品装配质量的静态检测技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

1、直接针对汽车底盘与车身机械装配的动态质量进行检测，并评价汽车的装配质量。所获得的结果可直接用于度量汽车底盘与车身之间各主要装配耦合联结界面在传递整车外部(发动机与路面)动态力激励到车体动态响应程度，从而为检测汽车产品的动态质量优劣提供更为直观的装配起因与位置判别、量化动态特性指标和相应的评价方法。其应用将有助于全面保证汽车产品的机械装配质量水平，可弥补现有的以静态方法为主的装配质量检测和整车动态质量检测的技术缺陷。

2、基于本发明的技术方法，可设计生产一套“汽车装配动态质量”的离线或在线检测技术产品系统，包括直接逆子结构动态分析与计算软件。该技术产品系统的设计、生产、制造与销售将独立于被检测的客车产品的装配生产，可广泛应用于各类机动车辆产品整车装配动态质量的检测与动态故障诊断中，包括车辆产品的设计、生产制造与产品动态质量检验等。本发明技术方案的有效实施将为汽车产品在总装工艺过程中进行质量控制和质量保证(QC/QA)开辟一条新的技术途径。

附图说明

图1是汽车产品底盘-车身装配的标准检测点示意图；

图2是标准检测点处各矩阵元素FRF值H_ij的激振测试图；

图3是汽车产品装配动态质量检测技术流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本发明作为一种汽车产品整车装配的动态质量检测方法，其评价指标、标准检测点、评价指标计算公式及评价指标基准，分别具体如下：

(1)评价指标：以汽车的底盘部件与车身部件之间的装配耦合联结界面的“动刚度(K_d)”作为装配动态质量优劣的评价指标。

动刚度K_d＝K+j2πfC，其中，K为耦合界面的静刚度(牛顿/米,N/m)，C为耦合界面的阻尼系数(牛顿·秒/米,Ns/m)，f为动态力激励频率(Hz)，为虚数单位。动刚度已被机械结构动力学理论证明可用来准确而全面地描述一个机械装配耦合联结界面的联结刚度(抵抗弹性形变)与阻尼效应(耗散动态力传递能力)的动态特性指标。

(2)标准检测点：以底盘部件与车身部件之间的“关键装焊或其他形式的装配联结部位”作为标准检测点。比如，选定一系列主要装焊或螺栓联结点作为标准检测点，如图1所示。

假设根据具体产品设计而选定的标准检测点的数量为N，则每个检测点所处的装配耦合联结界面的动刚度K_di(i＝1,2,3,…,N)构成一个复数矩阵[K_d]，为尺寸为N×N的方阵。

(3)评价指标计算公式：根据直接逆子结构动态分析方法，总装成品的汽车在标准检测点处的装配耦合联结界面的动刚度矩阵由下式计算：

[K_d]＝([H_车身][H_{车身-底盘}]^-T[H_底盘]-[H_{车身-底盘}])^-1

其中，[H_车身]和[H_底盘]分别为N个标准检测点处位于车身侧和底盘侧的“动态力激励—振动位移响应”传递函数矩阵，[H_{车身-底盘}]为N个标准检测点处“底盘侧动态力激励—车身侧振动位移响应”传递函数矩阵。[H_车身]、[H_底盘]和[H_{车 身-底盘}]均是尺寸为N×N的方阵，各矩阵元素为测试所得的“频率响应函数(FRF)”，可由简单成熟的“激振测试”测量获得，如图2所示。另外，上标“-1”和“-T”分别表示矩阵求逆和矩阵求逆转置的数学运算。

(4)评价指标基准：以某一汽车产品的“优等质量样车”(按相关汽车行业标准甑选)为参考测试对象，在其标准检测点处测量上述FRF矩阵元素值，由(3)评价指标计算公式中给出的公式计算动刚度矩阵，以该矩阵值作为装配动态质量的评价指标基准，用[K_d]₀表示。

而装配动态质量的评价，可以这样进行：整批或抽样某一汽车产品，测量其标准检测点处的各FRF矩阵元素值，由(3)评价指标计算公式中给出的公式计算被检测汽车产品标准检测点位置的装配耦合联结界面的动刚度矩阵[K_d]值，将其与(4)评价指标基准所确定的基准值[K_d]₀比较，计算二者的矩阵对角线元素差值绝对值(包括实部与虚部)。最后，按矩阵对角线元素差值绝对值的大小评价装配动态质量的优劣程度，其中第i个对角元素的差值绝对值代表第i个装配耦合联结的动态质量水平的量化值。

具体一点来说，本发明的实施，可以包括如下步骤：

第一步：甑选该型号客车产品的“优等质量样车”。按相关汽车行业标准进行甑选，包括“汽车整车产品质量检验评定方法(QC/T 900-1997)”、“汽车产品质量检验、整车装配调整和外观评定方法(QCn 29008.1-1991)”、“汽车操纵稳定性试验方法(GB/T 6323.3/4-1994)”、“客车结构安全要求(GB13094-1997)”、“客车车身CO₂气体保护焊焊接质量要求及检验方法(GB 12429-1990)”和“客车车内噪声限值及测量方法(GB/T 25982-2010)”等标准。必要时，补充客车内部关键点的振动量级测试，供甑选和后续评价装配动态质量参考。

第二步：确定汽车产品“标准检测点”及其附近激振测试位置。根据该型号样车的结构设计，假定在底盘与车身总装中采用一系列焊接装配，其中关键焊装点数为N＝16个(左、右侧各8个)。在每个关键焊装点附近区域选定和标注“动态力激励”和“振动响应”的测试位置及其编号(i＝1,2,3,…,16)，它们应尽量靠近底盘与车身结合处的焊接点区，且便于进行力锤激励操作或安装测振传感器(如加速度计)。

第三步：建立“评价指标基准”(动刚度矩阵参考值[K_d]₀)。以“第一步”甑选的“优等质量样车”为测试对象，在由“第二步”确定的16个“标准检测点”位置进行激振测试，记录测试信号的各FRF的矩阵元素H_ij0(i,j＝1,2,…,16)，构成如下复数方阵：

按计算基准值[K_d]₀。

第四步：整批或抽样检测该型号客车产品。对每辆待检测客车产品，在由“第二步”确定的16个“关键检测点”位置进行激振测试，分别记录各产品的测试信号的FRF值H_ij(i,j＝1,2,…,16)，构成复数方阵(第n辆产品)如下：

按计算第n辆被检测客车产品的评价指标值[K_d]_n，计算其与基准值差值的绝对值⊿＝|[K_d]_n-[K_d]₀|。视绝对值⊿各对角线元素值的量级大小判定对应的“标准检测点”处焊装的动态质量优劣水平。如果绝对值⊿的第i个对角线元素量级小于参考值，则该辆客车产品在第i处焊装的动态质量判定为优良，反之为低劣或中等水平；其中参考值根据激振测试硬软件系统的测量误差水平来确定，是一个供判定参考的数量级范围标准。

上述第三步和第四步实施的“激振测试”可由成熟的“力锤—加速度计—多通道信号采集与分析仪”硬件测试系统来完成，评价指标—动刚度矩阵[K_d]的计算可由配套编制的专用软件(重复调用同一公式子程序)处理完成。其中，“硬件测试系统”是公知公用的机械结构动力学测试分析系统，主要包括激振用的力锤、振动响应测试用的一组传感器—加速度计组和多通道信号采集分析仪(现有国产的有DASP智能信号采集处理系统,16或32通道,国外有LMS、IDEAS等系统)，多通道信号采集分析仪主要由前置信号调节器(如电荷放大器)组、模-数(AD)转换器和配置时频域动态信号读取、分析、显示、输出、打印等功能的配套软件的计算机构成。另外，“专用软件”是按上述公式计算动刚度及其评价指标的程序模块，可加载或配置到硬件测试分析系统的配套软件中，实现在线或离线完成评价指标的计算与分析。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种汽车产品整车装配的动态质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取汽车产品底盘部件与车身部件之间的N个装焊或螺栓联结点作为标准检测点，底盘部件与车身部件之间的装配耦合联结界面的动刚度为K_d，N个检测点所处的装配耦合联结界面的动刚度K_di构成一个N×N的复数矩阵[K_d]，其中i＝1,2,3,…,N，动刚度矩阵由下式计算：

[K_d]＝([H_车身][H_{车身-底盘}]^-T[H_底盘]-[H_{车身-底盘}])^-1

其中，[H_车身]和[H_底盘]分别为N个标准检测点处位于车身侧和底盘侧的动态力激励—振动位移响应传递函数矩阵，[H_{车身-底盘}]为N个标准检测点处底盘侧动态力激励—车身侧振动位移响应传递函数矩阵；[H_车身]、[H_底盘]和[H_{车身-底盘}]均是尺寸为N×N的方阵，各矩阵元素为测试所得的频率响应函数FRF；

S2、甄选优等动态质量的汽车产品作为测试对象，对步骤S1所选取的标准检测点位置进行激振测试，记录测试信号的频率响应函数FRF的矩阵元素值H_ij0，其中i,j＝1,2,…,16，构成如下复数方阵：

按计算基准值[K_d]₀；

S3、整批或抽样检测与步骤S2同型号的汽车产品：对每辆待检测汽车产品，在由步骤S1选取的标准检测点位置进行激振测试，分别记录各汽车产品的测试信号的频率响应函数FRF的矩阵元素值H_ij，其中i,j＝1,2,…,16，构成如下第n辆汽车产品的复数方阵：

按计算第n辆被检测汽车产品的评价指标值[K_d]_n，计算其与基准值[K_d]₀差值的绝对值⊿＝|[K_d]_n-[K_d]₀|；如果绝对值⊿的第i个对角线元素量级小于参考值，则该辆客车产品在第i处焊装的动态质量判定为优良，反之为低劣或中等水平。

2.根据权利要求1所述的汽车产品整车装配的动态质量检测方法，其特征在于，所述动刚度K_d＝K+j2πfC，其中K为耦合界面的静刚度，C为耦合界面的阻尼系数，f为动态力激励频率，为虚数单位。