中国汽车工业协会汽车零部件再制造分会
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退役车控电子部件再制造的关键技术

  • 发布时间:2013/12/20 15:24:28
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 文  上海交通大学机械与动力工程学院博士生导师  陈铭

 

 随着我国汽车保有量的快速增长,预计到2017年,我国汽车年报废量将达到1000万辆,退役车控电子部件将超过1300万个!目前,退役车控电子部件的回收利用尚未真正起步,随意处置现象严重,一方面,重金属等有毒有害物质对环境造成巨大危害,另一方面,较高的技术、经济附加价值没有被有效利用。因此,设计合理的回收利用技术方案,研究退役车控电子部件再制造关键技术具有重要意义。

 

 上海交通大学课题组在国家科技支撑计划项目的支持下,开展了退役车控电子部件再制造关键技术的研究,突破了退役车控电子部件无损高效拆解与绿色清洁技术、电子控制模块老化状态与老化性能测试技术、元器件及PCB板无损检测技术、退役车控电子部件环境应力试验技术、退役车控电子部件再利用可靠性统计试验技术等关键技术,形成退役车控电子部件元器件无损检测系统、退役发动机控制单元(ECU)硬件在环老化状态检测系统、退役车身控制模块(BCM)硬件在环老化状态检测系统等新设备,从而为解决车控电子部件的高附加值再利用技术难题,提高乘用车实际回收利用率提供技术支撑。

 

 1、 退役车控电子部件无损高效拆解与绿色清洁技术

 

 车控电子部件要随车一起运动,经历各种残酷环境的考验,尤其发动机控制模块还要经历发动机的高温及电磁干扰等环境。因此,车控电子部件的除设计可靠性远高于普通家电产品外,其本身的联接非常牢固。目前,精细手工拆解保证了退役车控电子部件无损拆解,为后续高附加值再利用提供了先决条件,但这种拆解方式工作效率较低。因此,课题组研究和开发了“退役卡抓联接式发动机电子控制模块专用拆解设备”及专用拆解夹具,在保证退役车控电子部件没有损伤的前提下,提高拆解效率。

 

 再制造过程中的清洁的目的在于清除污垢,方便对零部件进行检测、分类和再制造加工。退役车控电子部件外壳主要由铸铝、铝合金等金属材料构成。这类产品传统上采用溶液清洗为主的清洁技术。溶液清洁技术清洁效率很低,清洗后废水对环境的污染较大,是再制造过程中的主要污染源。机械清洁技术由于普遍具有清洁效率高、环境污染小的特点,越来越多地被应用于各行业的清洗作业中。课题组针对退役车控电子部件金属外壳表面的机械清洁技术开展了研究,开发了“湿喷砂清洁工艺”和“干冰清洁工艺”,获得良好的清洁效果。

 

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图1  退役车控电子部件铝制壳体的干冰清洁

 

 2、退役车控电子部件检测技术

 

 检测技术是退役车控电子部件再制造过程中关键技术,包括:初测、功能性能的可视化检测、老化状态检测、硬软件修复后检测、环境可靠性试验等。根据故障的产生原因,可以将退役车控电子部件的故障分为两大类:一类为设计不当等原因引起的设计故障。对于退役车控电子部件而言,设计故障不是本课题的研究对象;另一类是电路板或者元器件的物理缺陷造成的物理故障,可将其分为间歇故障、静态故障和动态故障三种类型。其中,动态故障是由于电路或元件工作在其电气性能的极限状态造成的故障,如元件的老化以及时序故障(元件延迟过大)。对于退役车控电子部件而言,可能在工作过程中达到其电气性能的极限状态,因此,需要重点关注由元件老化等引起的动态故障。

 

 课题组针对退役车控电子部件老化状态的测评难题,以某乘用车发动机电子控制单元、车身控制模块作为研究对象,基于硬件在环技术,研究了退役车控电子部件老化状态测试技术并开发了相应的测试系统。通过测试退役车控电子部件对多个典型工况负载的响应状态,以及精确测量关键电子元器件的性能参数,获得了退役车控电子部件的老化状态曲线,为剔除临近失效的退役车控电子部件、保证再制造坯料的质量,提供技术支撑。

 

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图2  退役ECU硬件在环测试系统架构图

 

 3、退役车控电子部件调校技术

 

 退役汽车电子控制模块软件更新调校与汽车电子控制模块新产品开发并不完全相同。尤其是在目前我国,汽车电子控制模块市场被零部件供应商垄断,软件源代码严格保密,并且对汽车电子控制模块不时更新,不同车型使用不同的电子控制模块,同一车型但不同配置或不同排量电子控制模块也不相同。即使完全相同的某一车型,电子控制模块供应商也会在定期对电子控制模块的硬件与软件进行更改,以防止软件代码泄漏。为克服上述问题,经大量调研,课题组研究了退役车控电子部件通用软件调校技术,开发了基于Wellon vp-490 编程器的通用软件调校系统,实现了多种型号退役车控电子部件的软件调校。

 

 4、再制造退役车控电子部件可靠性试验技术

 

 质量控制技术是退役车控电子部件实现高附件再利用的关键技术之一。汽车电子控制模块一种典型的电控设备,工作环境恶劣,对其可靠性提出了很高的要求。汽车电子控制部件的可靠性很大程度上取决于制造过程的质量控制和用于剔除缺陷产品的筛选技术有效性。对于退役车控电子部件而言,其在生产过程中已经经历了严格的质量检测与缺陷产品筛选,并且,经过一个汽车生命周期的使用,进入失效率低且恒定的偶然失效期。其次,汽车电子控制部件的可靠性受外部条件的影响比较大。根据国外统计数据,在武器、航天、航空、飞行器、机动车辆电子设备中,温度、振动、湿度三项环境造成的故障率超过四成。课题组针对再制造电子产品苛刻的质量要求,在分析了不同环境因素对激发故障的有效性基础上,研究了再制造车控电子部件产品质量控制技术与方法,并通过建立退役车控电子部件再制造剩余寿命评估模型,实现了任意置信水平下再制造车控电子部件的剩余寿命预测。

 

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图3  高低温循环、保持可靠性试验

 

 5、结束语

 

 在前述关键技术研究与设备开发的基础上,通过系统集成,课题组研发出一套适用于车控电子部件进行高附加值再利用的拆解、清洁、检测、调校、质保的技术与设备,在上海初步建成了一条“退役车控电子部件高附加值再利用(中试)示范生产线”,并在发动机控制模块、车身控制模块等两种典型车控电子部件中得到示范应用,初步形成了生产规模,探索了实现退役车控电子部件再制造的技术途径,为汽车零部件再制造产业的发展提供了理论指导与技术支撑。

 

 另一方面,课题组呼吁尽快建立汽车生产商主导或参与的退役车控电子部件高附加值回收再利用产业,理顺各个产业角色关系,为退役车控电子部件高附加值再利用产业的发展奠定基础。同时,汽车电子控制模块的开发工作中,积极研究开放的、标准化的汽车电子控制软件架构,增强汽车电子控制模块软件通用性,为退役车控电子部件再制造创造条件。