汽車耐久性可靠性理論與實(shí)踐

宋磊 劉風(fēng)華 何帆影 黃勤

摘 要：汽車耐久可靠性評(píng)價(jià)經(jīng)常由于概念的混淆及樣本量的限制導(dǎo)致評(píng)價(jià)偏差，甚至于部分車企只是盲目的進(jìn)行道路試驗(yàn)，對(duì)于試驗(yàn)過程中的故障、失效并未做科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析，從而陷入路試、整改、再驗(yàn)證的死循環(huán)中，浪費(fèi)了大量資源，文章基于對(duì)耐久性與可靠性的定義解讀借助可靠性統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)學(xué)方法將耐久可靠性的評(píng)價(jià)進(jìn)行量化以幫助耐久可靠性工程師能夠客觀評(píng)估產(chǎn)品的耐久可靠性水平。

關(guān)鍵詞：B10壽命;故障率 1/MTBF;可靠度函數(shù)F（t）

Abstract： As durability and reliability is similar in concept， and the vehicle test sample is always be limited so some company just arrange vehicle to run road test but do not analysis the test defect? then they fall in a dead cycle： test_defect solve_revalidation and dont know the durability and reliability level of their product， so we need to find a way to give a normative evaluation assessment.

Keywords： B10 durability life; Failure rate 1/MTBF; Reliability function F（t）

引言

汽車耐久可靠性是車輛最重要的性能之一，它是用戶最為關(guān)心的性能，關(guān)系到出車率和使用率，耐久可靠性差會(huì)直接影響到產(chǎn)品銷售。耐久可靠性與設(shè)計(jì)技術(shù)，質(zhì)量管理，工藝裝配等密切相關(guān)，因此汽車耐久可靠性試驗(yàn)是各個(gè)車企非常重視的一項(xiàng)試驗(yàn)。

1 可靠性定義

1.1 耐久性

產(chǎn)品在規(guī)定維修保養(yǎng)條件下，完成規(guī)定功能的能力，耐久性考慮的是在規(guī)定維修條件下也不能恢復(fù)產(chǎn)品規(guī)定功能的問題。

1.2 可靠性

產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間，規(guī)定條件，規(guī)定維修條件完成規(guī)定功能的能力，它研究的是與時(shí)間有關(guān)的質(zhì)量問題。

從字面上看容易給人造成困惑感覺耐久性和可靠性差不多，其實(shí)在某種意義上耐久性屬于可靠性的一部分。簡(jiǎn)單來說，耐久性是對(duì)產(chǎn)品壽命的一種度量，即在合理的維修保養(yǎng)情況下產(chǎn)品使用壽命的度量，考量的是壽命長(zhǎng)短，可靠性常用評(píng)估故障間隔時(shí)間，即產(chǎn)品壽命長(zhǎng)度與故障總次數(shù)之比，考量的是故障頻次高低。兩者差異對(duì)比見圖1。

由可靠性的定義可以導(dǎo)出失效或者故障的定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件，規(guī)定時(shí)間，不能完成規(guī)定功能即為失效（不可維修）或故障（可維修），失效或故障按類型可以分為是產(chǎn)品停止工作的突發(fā)型和是產(chǎn)品性能衰退到允許值以下的衰退型。

對(duì)于不可維修產(chǎn)品，使用失效壽命來評(píng)價(jià)可靠性，此種情況下可靠性即為耐久性，通過對(duì)一定樣本數(shù)量的失效壽命進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出失效服從的分布形式式，進(jìn)而求出評(píng)價(jià)參數(shù)。

2 可靠性評(píng)價(jià)

2.1 可維修產(chǎn)品的可靠性評(píng)價(jià)

對(duì)于可維修產(chǎn)品，在其壽命周期內(nèi)主要處于兩種狀態(tài)，工作狀態(tài)、故障狀態(tài)。因此對(duì)于此類產(chǎn)品的可靠性評(píng)價(jià)需要引入平均故障里程，平均故障間隔時(shí)間/里程MTBF、故障率等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

MTBF的點(diǎn)估計(jì)值：

T——試驗(yàn)總時(shí)間/里程;

R——故障總次數(shù)。

正如上面首先提到的可靠性的驗(yàn)證工況要盡可能接近正常的使用工況，然而目前各車企在試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行的道路試驗(yàn)多為強(qiáng)化試驗(yàn)。

試驗(yàn)強(qiáng)化系數(shù)計(jì)算：

通過對(duì)指定車型在試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行加速試驗(yàn)后統(tǒng)計(jì)出的B10壽命，對(duì)比某地區(qū)客戶使用統(tǒng)計(jì)出的B10壽命按以下公式計(jì)算：

并且不同公司的規(guī)范運(yùn)行差異也會(huì)導(dǎo)致可靠性評(píng)價(jià)出現(xiàn)較大偏差，譬如國(guó)內(nèi)大部分車企使用的整車常規(guī)道路試驗(yàn)，基于車輛定型試驗(yàn)里程，路面及里程分配如下：

綜上基于試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化道路試驗(yàn)推算市場(chǎng)客戶使用時(shí)的平均故障里程/時(shí)間：

各企業(yè)在實(shí)際的可靠性道路試驗(yàn)時(shí)會(huì)根據(jù)項(xiàng)目開發(fā)情況適當(dāng)調(diào)整試驗(yàn)次序，各種路面試驗(yàn)順序的差異會(huì)導(dǎo)致，過程中的可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差，但總體來說對(duì)于對(duì)于完成一個(gè)完成的上述里程循環(huán)，最終的可靠性評(píng)價(jià)仍然具有可比性。

2.2 不可維修性產(chǎn)品的可靠性評(píng)價(jià)

可靠度函數(shù)，產(chǎn)品時(shí)效是一種隨機(jī)時(shí)間，因此可用概率分布函數(shù)做定量描述，即產(chǎn)品在規(guī)定條件下，規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，它是時(shí)間t的函數(shù)，用R（t）表示與之相對(duì)的是失效概率函數(shù)F（t）兩者之間的關(guān)系：R（t）+ F（t）=1。

對(duì)不可維修產(chǎn)品威布爾分布函數(shù)是最長(zhǎng)用的可靠度函數(shù)：

在威布爾分布中，常用以下幾個(gè)壽命之評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性：

B10壽命：累計(jì)失效概率為10%的壽命

特征壽命：可靠度為36.8%時(shí)的壽命

中位壽命：可靠度為50%時(shí)的壽命

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算威布爾分布參數(shù)可以通過制作威布爾概率紙，方法如下：

變換公式（4）得到：

簡(jiǎn)化成Y=Mx+A 按此制作出威布爾概率紙。

利用威布爾概率紙對(duì)失效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理將失效數(shù)據(jù)按大小順序排列對(duì)照中位秩表即為累計(jì)失效概率。

將結(jié)果繪于威布爾概率紙上通過擬合直線查出B10壽命，中位壽命以及額定壽命時(shí)的可靠度，形狀參數(shù)等。如圖3。

查數(shù)學(xué)手冊(cè)得出相應(yīng)5%和95%的百分比數(shù)。

對(duì)于擬合后的個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)找出失效時(shí)間/里程，在概率紙上點(diǎn)出相應(yīng)的5%和95%的百分比數(shù)，連接這些點(diǎn)成為置信區(qū)間。

如果要求某一可靠度時(shí)失效壽命90%的置信區(qū)間，可如圖求之，如可靠度為60%時(shí)的失效壽命置信區(qū)間為10～40×103 km。

3 結(jié)論或總結(jié)

綜上所述對(duì)于整車耐久可靠性的評(píng)價(jià)，首先要對(duì)故障進(jìn)行分類，按照耐久性、可靠性的定義對(duì)故障進(jìn)行劃分，并細(xì)

化為可維修故障和不可維修故障。然后不同類型的故障按照不同的分析評(píng)價(jià)方法利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行評(píng)價(jià)得出可以量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)照是否滿足項(xiàng)目前期設(shè)定的目標(biāo)值以及在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)可以對(duì)新舊產(chǎn)品的耐久可靠性做量化對(duì)比。

耐久可靠性分析需要一定的樣本數(shù)量，建議企業(yè)建立產(chǎn)品開發(fā)驗(yàn)證的試驗(yàn)信息庫(kù)以及市場(chǎng)售后問題數(shù)據(jù)庫(kù)，為產(chǎn)品的耐久可靠性分析提供數(shù)據(jù)支撐，這樣按照以上方式進(jìn)行可可靠性評(píng)價(jià)才更準(zhǔn)確。對(duì)于產(chǎn)品耐久可靠性的開發(fā)，同時(shí)需要考慮路試規(guī)范與典型客戶的關(guān)聯(lián)性，因此需要獲取產(chǎn)品售后故障數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析，然后比對(duì)加速試驗(yàn)過程中的故障數(shù)據(jù)，從而分析出路試規(guī)范工況制定的合理性。在試驗(yàn)規(guī)范與顧客關(guān)聯(lián)的高的情況下，對(duì)試驗(yàn)過程中故障數(shù)據(jù)的耐久可靠性量化評(píng)價(jià)才具有參考意義。

參考文獻(xiàn)

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