重型商用车驾驶室地板开裂失效分析

张广会 赵春雨 于浩

摘要：针对匹配平地板驾驶室某重型卡车投放市场后，驾驶室地板出现多起开裂问题，为此作者进行了深入的失效分析和原因探究，应用疲劳损伤原理，进行实车载荷测试，最后找到了驾驶室地板开裂的原因，并制定了改进措施，为商用车驾驶室开发提供了宝贵经验。

关键词：平地板驾驶室;载荷测试;开裂;阻尼;疲劳损伤

1 导言

匹配新型平地板驾驶室的某重型牵引车，在投放市场初期，出现多台驾驶室地板纵梁开裂问题，对新产品的市场口碑造成很大的负面影响，引起用户的抱怨和索赔。本文针对商用车平地板驾驶室地板纵梁开裂问题进行了原因探究和经验总结。

2 商用车驾驶室结构型式变化趋势及风险分析

近年来，我国长途物流运输市场发生了重大变化，一是快递运输企业如雨后春笋般崛起;二是我国高速公路网络日渐完善，2018年总里程达14. 26万公里，规模世界第一。也正是因为物流运输市场的变化，长途运输的主力重型半挂牵引车市场需求旺盛，长距离运输的用户对重型车驾驶室提出了更高的要求。平地板驾驶室与传统的凸地板驾驶室相比，因其宽大的空间、良好的室内通过性和居住性给卡车司机一种“移动之家”的感觉，所以商用车驾驶室由原来的凸地板型式逐渐向平地板转化，平地板驾驶室日益成为市场的主流。

同时也应注意到，平地板驾驶室虽然有足够的活动空间和便利性设计，给驾驶员带来了舒适感，但举升机构布置型式也相应的发生了变化，使驾驶室地板所承受的载荷也出现了变化，如果在开发阶段未对平地板驾驶室进行系统的DFMEA和载荷测试来规避可靠性风险，就可能会导致新产品投放市场初期出现批量质量问题，给企业造成重大损失。

3 驾驶室地板开裂现象和原因分析

3.1 问题来源及现象

某平地板重型车在试验场强化路可靠性试验，行驶至2173km时，驾驶室副驾驶地板下方出现“咕咚咕咚”异响声，经检查发现驾驶室底部右侧地板纵梁出现开裂，开裂位置在驾驶室后悬置锁栓支架固定点和驾驶室翻转液压举升缸上支点之间。同时期，在江西区域市场上也出现8台用户车驾驶室地板右侧纵梁开裂问题。

3.2初步原因分析

1.从开裂位置判断：驾驶室地板纵梁开裂均是在右侧发生，且开裂位置发生在驾驶室液压举升缸上铰接点与后悬置锁栓支架之间。

2.从开裂形貌判断：裂纹在地板纵梁凸条处，属于疲劳开裂。

3.对实车工况分析：发现耐久路行驶过程中，举升缸会频繁发生小幅值的拉压动作，即“丧动”现象。

综合以上信息初步判断地板开裂原因为车辆行驶过程中，驾驶室液压举升缸“丧动”动作，对驾驶地板施加了异常载荷。

4 驾驶室地板载荷测试

根据初步分析，为了验证推断结果并再现问题，对驾驶室地板纵梁的载荷进行了實车测试。具体做法是通过对液压举升缸推杆贴应变片，进行应力测试，得出行车过程中举升缸推杆所受的拉压应力，进而分析驾驶室地板开裂部位的载荷情况，此项测试在试验场强化耐久路上进行，见图1-2。

实车测试：根据测试结果，举升缸推杆最大推力35870N，最大拉力5563N，幅值范围41433N。这个载荷对驾驶地板属于非常可观的额外载荷，势必会对驾驶室地板的开裂造成影响。

台架试验：同时，对原车举升缸进行了台架阻尼力试验，在液压举升缸拉压o-0. 5m/s速度、±20mm行程内，产生了超过15000N阻尼力，也进一步复现了“丧动”状态，确实存在阻尼力过大的问题。

5 改进措施及效果验证

针对液压举升缸“丧动”过程阻尼力过大的问题进行设计改进。

将液压举升缸节流小油管直径由1.2mm增加至3mm，取消小油管节流作用，降低“丧动”状态压缩行程的阻尼。然后对改进阻尼的新举升缸进行了实车载荷测试，并与原状态的举升缸载荷进行了对比，结果新举升缸实际最大推应力3231N，最大拉应力2839N，幅值范围6070N。

从新旧举升缸受力幅值范围对比可以看出，改进后的举升缸推杆所受最大推力不到改进前的1/10。通过对地板开裂处的时域应变数据计算损伤值，按耐久路行驶一圈计算，改进后地板开裂处的损伤值降低到改进前的1/63。同时，最大压应力也大幅下降，见图3-4，见表1。

改进后的液压举升缸增加了随动阻尼力控制指标，在用户车小批量投放后，跟踪6个月，未再出现驾驶室地板开裂问题，消除了市场质量问题，说明失效分析原因明确，改进措施有效。

6 关于商用车驾驶室液压举升缸设计的思考

对于商用车驾驶室，尤其是重型牵引车的平地板驾驶室，液压举升缸除了满足举升功能和可靠性外，还应注意在非举升工作状态下，液压缸随驾驶室运动会产生“丧动”现象，出现异常载荷。即，设计技术要求应对液压缸随驾驶室运动的随动阻尼指标进行控制，并对供应商供货质量一致性进行管理，避免液压举升缸给驾驶室施加额外载荷，成为驾驶室“第五”悬置，造成驾驶室地板出现疲劳开裂。

参考文献：

[1]Yung.Li Lee（美）、Jwo Pan（美）、R.B.Hathaway（ 美）、M.B.Barkey（美）、张然治（主译）疲劳试验测试分析理论及实践2011年01月 国防工业出版社

[2]王霄锋汽车可靠性性工程基础2007年06月.清华大学出版社.