汽車可靠性分析概述

班兵 蘆凡 王軍

摘 要：汽車可靠性涉及汽車設計、試驗、制造、運輸、貯存、使用及車輛維護等內容，是汽車產品性能的重要指標之一。汽車可靠性分析在可靠性研究中扮演著重要角色^[1]，在此基礎上，文章首先梳理了國內外汽車的可靠性發展歷程;其次，對不同的可靠性分析方法進行了介紹;然后，對汽車可靠性設計進行了簡要說明;最后，文章對我國汽車可靠性現狀進行了總結與展望。關鍵字：汽車可靠性;發展;分析;提升

中圖分類號：U461.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-71-03

Automotive Reliability Analysis Overview

Ban Bing， Lu Fan， Wang Jun

（?Shaanxi Heavy Vehicle Co.， Ltd.， Shaanxi Xi'an 710043?）

Abstract：Automobile reliability through the design， test， manufacture， transportation， storage， use and maintenance of automobile products， and it is an important index to evaluate the quality of automobile products. Automobile reliability analysis plays a very important role in reliability research. This paper firstly reviews the development of automobile reliability. Secondly， different reliability analysis methods are introduced. Then， the reliability design of the vehicle is briefly described. Finally， the paper summarizes and looks forward to the present situation of automobile reliability in China.

Keywords： Automobile reliability; Development; Analysis; Improve

CLC NO.：U461.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）04-71-03

前言

隨著我國國民經濟的高速發展、國民生活水平顯著提高，對高可靠性、高效率、快速安全的車型需求大幅增長。在控制整車成本的基礎上，提高產品的可靠性是產品市場競爭力提升的重要手段之一。

1 汽車可靠性發展里程

1.1?國外

歐美國家在汽車可靠性的研究方面始終處于行業前列，美國GM（通用）公司率先在整車設計中提出加入可靠性指標的概念，旨在于提升產品可靠性，并于1924年修建的整車試驗場中完成了乘用車的成批綜合試驗;1964年，美國約翰迪爾公司建立了整車可靠性研究部并提出有關產品可靠性的具體評價指標，并且在控制發動機零件的可靠性時，采用了500h、1000h、1500h等不同級別的積累故障率;1996年，福特公司建立了可靠性試驗中心并進行了大規模的汽車可靠性試驗。

上世紀五十年代，日本相關科研機構開始致力于汽車可靠性的研究，通過從美國不斷引進可靠性技術并結合本國汽車行業現狀，逐漸形成新的質量管理系統。在此基礎上日本專門設立了可靠性及質量控制小組，并發布了全面質量管理方法。六十年代末期，美國對從日本進口的汽車采取了退貨處理，造成了惡劣影響^[2]，日本汽車行業因此愈發重視汽車的可靠性。基于退貨事件造成的惡劣影響，日本相關科研機構與可靠性委員會強強聯合，以保障汽車可靠性為目標出發成立了汽車安全對策協議會，在以往質量管理措施基礎上，利用新方法開展產品可靠性研究。

1.2?國內

上世紀六十年代中期，我國在通訊、航空、核能等領域內率先展開可靠性工程的研究與運用，1982年，伴隨著中國工程學會成立了機械可靠性學組，我國汽車行業也逐漸邁進可靠性研究行列中。1972年7月至1973年12月，在此期間，國內多家汽車制造廠商的產品在長春汽車研究所海南試驗站進行了質量檢查考核;1983年至1984年，汽車行業迎來新的變革，多家科研機構和汽車生產廠商進行了大規模的汽車可靠性驗證試驗，并基于此初步了解了國產汽車的可靠性狀況;1984年可靠性專業委員會成立，屬于中國汽車工程學會的下屬組織，該組織在進行可靠性理論研究的同時也積極開展學術交流活動，1997年又頒布了《汽車整車產品質量檢驗評定方法》^[3];21世紀國家提出新的戰略目標，旨在于將我國由汽車生產大國打造成汽車強國。

2 汽車可靠性分析方法

汽車可靠性分析不僅僅是對汽車產品做出“可靠”或是“不可靠”的定性評價，還必須進行定量分析。汽車可靠性分析方法主要包含三種：（1）FTA和FMEA等演繹的方法，經過一系列試驗驗證后，獲得產品材料、工藝以及零部件等方面的缺陷，根據這些缺陷對產品可靠性進行改進與提升;（2）以產品運用和試驗驗證為前提，對此過程中獲得的實車數據加以總結與分析，以此為基礎來評價其產品的可靠性水平;（3）運用有限元分析方法或者疲勞—壽命理論對產品金屬結構零部件進行仿真分析或者試驗驗證分析，基于此來評價其壽命及可靠性。

2.1 FTA和FMEA分析

FTA（故障樹分析）和FMEA（故障模式及影響分析）的邏輯分析方式分別是由上至下和由下至上，屬于互為正、逆向的兩種汽車可靠性分析方法。FTA是指將系統的頂事件逐步分解，直到分解到底層事件為止，而FTA是指基于現存故障信息，由零部件故障而導致的系統狀態發生變化，從而對其模式及影響進行分析。

2.1.1?FTA

故障樹分析屬于故障事件滿足一定發生條件的邏輯分析方式，隸屬于圖形演繹方法。故障樹以系統故障作為導向，由上至下對整個系統進行全方位詮釋，是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關系圖，有助于分析正常及故障兩種狀態和無時序的系統。

（1）故障樹定性分析

故障樹的定性分析旨在于對引起頂事件發生的多個故障原因及其組合進行系統性和全面性的識別，其主要內容包括最小割集和最小徑集的求解，最小割集越多的話代表系統發生故障的模式就越多，在求解出最小割集的同時對最小割集進行處理，可以針對性的提升某個系統的可靠性;因為最小徑集代表了系統的安全性，最小徑集的數量代表了與之相對應的抑制頂事件發生的控制方案的數量，最小徑集中包含的基本事件數量越小直接決定需要控制的基本事件和控制時間發生的成本越小。

（2）故障樹定量分析

進行故障樹定量分析的目的旨在于將故障樹作為總的計算模型，求解頂事件的發生概率、三大重要度（前提條件：底事件發生概率已知），從而評價系統乃至整車的可靠性。重要度是事件及其集合對頂事件貢獻程度的直觀反映，主要分為以下三種：1）概率重要度;2）結構重要度;3）關鍵重要度。依據故障樹的不同結構特征及其應用目的，針對性的選取合適的重要度進行分析。

2.1.2 FMEA

FMEA是與FTA不同的一種可靠性分析方法，根據零部件故障導致系統狀態的模式及影響分析，屬于由下至上的分析歸納法。FMEA的主要研究目的在于以產品使用過程中發生的故障作為前提，對產品設計到落地階段的一系列零部件制造方式、檢查方式等方面進行詳細分析，根據分析結果確定其故障模式及薄弱環節，為提升產品可靠性提出依據。在設計、研制和使用等不同的生命周期，FMEA所應用方法包括：

（1）故障分析

將整車劃分成七個子系統，分析各個子系統的故障頻率并得到相應頻率圖，如圖所示。

對各系統出現的故障模式進行統計分，如圖所示：

根據對各系統故障模式的統計，得到個系統故障故障占比。

（2）危害度分析

通過危害度分析可以得到各子系統中危害度最高的故障模式，為后續車輛可靠性分析提供依據。

2.2 數據歸納分析

2.2.1?道路試驗

依據試驗方式的不同，通常將汽車可靠性試驗分為在普通道路試驗場地上進行的常規可靠性試驗、在專門的試驗道路上進行的快速可靠性試驗兩種試驗方法，快速可靠性試驗的場地具有一定的快速試驗系數，相較于普通試驗道路有較大優勢。根據道路試驗得到的可靠性數據進行數學統計分析，得到故障分布，計算可靠性水平。

（1）可靠性數據的收集及初步整理：搜集試驗數據，直方圖分析確定故障服從何種分布，常用的故障分布類型包括指數分布、威布爾分布、正態分布等，故障分布類型的不同直接影響對可靠性的研究^[4]。

（2）故障分布的統計推斷：計算分布參數，確定分布函數。

（3）分布的擬合優度檢驗：擬合優度是度量故障數據的分布與選定理論分布之間符合程度的無量綱量，依據擬合優度可推斷出故障數據是否服從初步分析選定的分布類型。

（4）計算可靠性指標：根據故障分布函數計算汽車可靠性指標。

2.2.2?售后數據

根據汽車可靠性試驗標準可以確定準確的試驗里程，明確實驗方案，但是相對于汽車的整個生命周期來說，可靠性試驗標準的試驗里程還是很小，可信度偏低;此外汽車可靠性試驗標準規定的試驗工況與實際行車時的使用工況存在較大差異，且此類差異不易被掌握。我國汽車工業發展較晚，再加上網絡發展與售后服務發展緩慢，導致對多種存在于售后服務網絡中的故障信息重視度不夠。以售后數據為支撐，全方面系統性的進行整車及零部件可靠性分析，建立合理可行的評價體系極為重要。售后數據分析所用方法與道路試驗分析方法相同，只是數據獲取途徑不同。

3 汽車可靠性設計

汽車產品設計影響汽車的固有可靠度，利用售后數據對零部件、子系統乃至整車的可靠性進行研究分析，建立可行的評價指標體系具有重要意義^[5]。汽車產品設計影響汽車的固有可靠度，汽車可靠性設計方法的運用對提升汽車產品的可靠性產生深遠影響。產品設計和制造的固有可靠性是整車可靠性水平得以保證的基礎，因此必須將可靠性和汽車產品設計過程結合起來。汽車是否具有滿意的可靠性依賴于前期的設計工作，重視汽車可靠性設計階段的工作質量是至關重要的。汽車可靠性設計的具體內容包括：

（1）制定系統可靠性目標;

（2）可靠性指標的分配與預測;

（3）結構可靠性設計與驗證;

（4）系統可靠性設計與驗證;

（5）維修制度的設計與驗證;

（6）耐特殊環境設計;

（7）外購件的選用與可靠性驗證;

（8）工藝可靠性設計;

（9）運輸、存儲、包裝的可靠性;

（10）用戶使用中可靠性信息的收集與可靠性改進。

4?總結

可靠性問題越來越受到企業的重視，但是相對于國外企業，國內汽車企業對可靠性的研究還不成體系，與國外存在很大差距。因此，要加強汽車企業在汽車可靠性方面的研究，從產品設計直到產品使用和維護期間的各個研發階段，必須全面保證溶入可靠性工作。

參考文獻

[1] 貝爾恩德·貝爾舍. 汽車與機械工程中的可靠性[M].北京：機械工業出版社，2014.

[2] 肖生發，郭一鳴.汽車可靠性[D].北京：人民交通出版社，2008.

[3] 宰玉.某重型商用車可靠性評價體系研究[D].合肥：合肥工業大學，2018.

[4] 張可新.動車組可靠性評估及維修策略優化方法研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2015.

[5] 張海波，宮銳.基于售后信息的汽車故障間隔里程分布模型研究[J]. 拖拉機與農用運輸車，2015（1）.