軍用整車道路行駛可靠性試驗方法研究

楊明軍，魯吉林，余云加，葉江勇

（1.廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣州 510627；2.中國人民解放軍陸軍裝備部裝備項目管理中心，北京 100072）

引言

為了提高或保證整車的可靠性及評價、驗證汽車產品的可靠性而進行的關于整車故障及其影響的各種試驗，統稱為整車可靠性試驗。依據GJB 450A-2004《裝備可靠性工作通用要求》的觀點，軍用整車可靠性試驗的目的是對定型產品進行可靠性鑒定或驗收，評價產品可靠性指標是否符合最低可接收的要求，向軍方提供合格證明[1]。簡而言之，軍用整車的可靠性試驗就是車輛的功能性能指標、車輛的行駛時間等需符合軍車論證階段所提出的研制總要求。所謂整車故障，是指汽車整車、總成及零部件在規定條件下和規定里程內，喪失規定功能的事件。為了保證軍用整車可靠性試驗能夠順利實施及其準確性與客觀性，可把整車可靠性試驗根據實施地點分為實驗室可靠性試驗和道路行駛可靠性試驗兩種。實驗室試驗主要是在室內對整車的各項功能性能指標進行試驗，道路行駛可靠性試驗是在戶外開展車輛行駛試驗工作，車輛試驗人員需要選擇符合道路行駛規范的場地，進而根據車輛的類型選擇試驗方法。軍用整車為了驗證其是否達到研制總要規定的可靠性指標要求，各軍兵種均要求進行道路行駛可靠性試驗。在試驗場進行的軍用整車道路行駛可靠性試驗屬于一種加速疲勞壽命試驗，車輛通過在各種典型路面的道路行駛，誘發出產品故障，找出其薄弱環節并進行改進，完成新研軍車的可靠性試驗驗證[2-4]。

軍用整車道路行駛可靠性試驗是一項耗時長，資金需求較大的試驗。通常需要在規定的時間和有限的試驗經費內，通過試驗——分析——改進——試驗的方法使整車裝備達到規定指標的要求。因此，研究一種適合軍用整車道路行駛可靠性試驗方法尤為重要。

1 整車道路行駛可靠性評價指標

軍用整車道路行駛可靠性評價指標有平均首次故障里程（MTTFF）、平均故障間隔里程（MMBF）、有效度、維修時間、維修費用等[5]。平均首次故障里程是指一批同型號、同技術狀態的車輛裝備按規定條件進行行駛試驗，各車輛裝備首次出現故障的行駛里程平均值。平均故障間隔里程是指一批同型號、同技術狀態的車輛裝備按規定條件進行行駛試驗，在道路行駛可靠性試驗規定的行駛里程內，所有車輛裝備出現故障的總次數中，平均每兩次故障之間的行駛里程。有效度主要指車輛裝備在規定的使用和維修條件下保持車輛裝備正常狀態的概率。維修時間主要是指車輛裝備發生故障到維修完成恢復正常功能所用的時間。維修費用主要是指維修車輛裝備期間維修、部件更換、人工工時等費用的總和。車輛裝備是一種發生故障后允許進行修理和更換部件使之重新工作的可修復系統。在研究可靠性時，平均首次故障行駛里程更多的是反映車輛裝備早期可靠性水平，車輛裝備交付使用后軍方更多關注車輛裝備平均故障間隔里程指標，即在使用過程中出現故障至下一次故障出現時的行駛里程。

2 整車道路可靠性試驗方法

2.1 試驗路面

軍用整車的道路行駛可靠性試驗前需要確定車輛裝備技術狀態、裝載質量、試驗道路等條件后開展試驗。GB/T 12678-1990《汽車行駛可靠性試驗方法》和GB/T 12534-1990《汽車道路試驗方法通則》中詳細規定了車輛行駛可靠性的試驗條件，包括試驗車輛準備、試驗路面、裝載質量、輪胎氣壓、燃料潤滑油脂和制動液等。行駛可靠性試驗道路通常包括整車性能試驗道路、試驗場可靠性試驗道路以及常規可靠性試驗道路。試驗道路包含鋪裝路、起伏路、沙石路、石塊路、魚鱗坑路等多種路面。為了軍用車輛裝備道路行駛可靠性試驗能順利驗收，試驗需要選擇合適的試驗道路。由于在鋪裝路面上進行行駛可靠性試驗直至車輛裝備出現薄弱環節失效，通常車輛裝備需要進行幾萬公里甚至幾十萬公里的試驗。為了縮短試驗周期，軍用整車道路行駛可靠性試驗一般都在集中在具有各種典型路面的試驗場進行，如高速環道、各種強化路面、越野路、山路等。

2.2 試驗方法

GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》中給出的可靠性統計試驗方案有序貫試驗方案、定時截尾試驗方案和全數試驗方案[6]。在研制總要求中給出最低可接收的可靠性指標要求時，可以選擇GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》中給出的定時截尾試驗方案。使用GJB 899A-2009進行軍用整車道路行駛可靠性考核，通過平均故障間隔里程值可以客觀體現整車固有可靠性，在試驗結束時，根據數據對試驗做出接收或拒收判決后，還可以給出平均故障間隔里程的點估計值、置信區間和置信度等參數。

由于車輛裝備交付軍方一般具有較為明確的節點要求，可靠性試驗需要盡快給出試驗結論，定時截尾試驗方案由于試驗時間、試驗經費、試驗需要的人力和保障資源易于控制，可操作性和計劃性強，所以在實際試驗過程中，軍方與研制單位通常會選取定時截尾試驗方案進行可靠性試驗，選用定時截尾試驗方法，其試驗到預定時間就終止，試驗時間可控計劃性強，到時按預定的故障數判決平均故障間隔里程驗證值合格與否，判據明了、可操作性好，常為產品生產、使用、第三方評價首先選用[7-9]。

2.3 評估方法

在標準GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》中提供了很多套定時截尾的可靠性鑒定試驗方案，需要說明的是GJB 899A-2009中給出的平均故障間隔時間里的時間是廣義的，它可以是日歷時間、循環次數、行駛里程。平均故障間隔里程與平均故障間隔時間可以通過行駛速度和行駛時間進行轉換。進行具體裝備可靠性試驗時，需要綜合考慮費用、時間和決策風險的可接受度進行方案選定，選定定時截尾試驗方案后，也就確定了總試驗時間和接收判決故障數。

1）無故障情形下的可靠性評估方法

設該型車的壽命服從指數分布，即

則在無故障條件下，平均故障間隔里程θ的1-α水平最優置信下限為

即

則在1-α水平下的平均故障間隔里程最優置信下限為

2）有故障情形下的可靠性評估方法

對于定時截尾試驗，總試驗時間為

在t0時間之前發生了r個失效，第r次失效發生的時間是顯然第r+1個失效發生時間為則

3 應用實例

以上探討與理論分析得到某機關與軍方認可，并通過GJB 899A-2009有很強的可操作性，與單純的只通過行駛可靠性的傳統方法相比，可靠性考核的內容、時間長度、經費控制、試驗結果等更詳實，可靠性的置信區間可量化，對整車的可靠性、產品質量提升更具應用價值。具體應用在某型號整車行駛可靠性試驗的案例如下。

在某型號車輛道路可靠性試驗中，考核該型號車的可靠性指標要求為平均故障間隔里程不小于2 000 km。

由于該型號車是在已通過技術鑒定的某型車的基礎上進行改型設計而成，其動力總成、傳動系統和車體系統等主要系統保持不變，僅在部分功能任務組件配置與總體布局上存在差異，例如車體長度、電臺型號和座椅數量等，在關鍵零部件的型號選取和工藝措施上，該型車在上一代系列上進行了升級改進處理。因此通過評估可認為，該型車的可靠性水平不低于上一代車型系列。因為上一代車型的平均故障間隔里程為5 002.7 km，因此該型車的鑒別比θ0/θ1應大于5 002.7 / 2 000=2.5，參考GJB 899A-2009之表A.6（見表1），選取鑒別比為3。其中0θ指平均故障間隔里程，1θ是指平均故障間隔里程的最低可接受值，這里1θ=2 000 km。

參照該型號車輛行業慣例和其他型號可靠性置信水平的要求，本次試驗專項方案推薦置信水平為0.7，即要求平均故障間隔里程置信下限不小于2 000 km的概率不低于0.7。

結合鑒別比3，由于被試樣品為產品車輛，為確保車輛狀態完好，本著盡量節省試驗里程的原則，從GJB 899A-2009之表A.6的標準型定時試驗統計方案簡表中的15/16/17號方案中選擇第17號方案，如表1所示。

此時，試驗里程相對于最低可接受值1θ的倍數為4.3，即試驗需要開展2 000×4.3=8 600 km；結合GJB 848-1990《裝甲車輛定型試驗規程》之試驗路面行駛里程分配比例規定，擬在某地區夏季開展8 600 km的可靠性試驗，按照鋪裝路、起伏路、沙石路與沙漠路面，依次占比為20 %、30 %、30 %和20 %開展試驗，具體試驗路面分配如表2所示。試驗過程中，車輛在保證安全情況下，以盡可能高的速度行駛。

為進一步根據該車實際試驗表現，及時進行可靠性評估決策分析，在上述試驗過程中，按照試驗過程中先后出現的第i(i=i，2，…)個故障時，依次進行相應的可靠性評估，考察相應得出的平均故障間隔里程置信下限如果平均故障間隔里程置信下限θL(i)超過要求的2 000 km，則可以判定該型車通過道路可靠性試驗考核，其平均故障間隔里程≥2 000 km；否則，繼續開展試驗，直到累計試驗8 600 km停止本次道路可靠性試驗。

為支持上述試驗決策思路，按照平均故障間隔里程置信下限θL(i)等于2 000 km的最低要求，根據2.3小節中的公式（4）和（9），計算該型車滿足2 000 km要求下出現第i(i=i，2，…)個故障的最小累積試驗里程iT，即可靠性試驗停止里程iT，如表3所示。

因此，在本次可靠性試驗中，在GJB 899A-2009之表A.6的第17號方案基礎上，結合不同故障次數下最小累積試驗里程的計算，給出具體的可靠性試驗方案如下：

1）如果在2 407.9 km試驗中，沒有出現故障，則其平均故障間隔里程≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，轉到2）繼續試驗；

2）如果在4 878.4 km試驗中，至多出現1次故障，則其平均故障間隔里程≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，轉到3）繼續試驗；

3）如果在7 231.1 km試驗中，至多出現2次故障，則其平均故障間隔里程≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，轉到4）繼續試驗；

表1 標準型定時試驗統計方案簡表

表2 行駛可靠性試驗里程分配

表3 按照滿足平均故障間隔里程置信下限要求的可靠性試驗停止里程

4）繼續試驗直到累積試驗里程達到8 600 km停止試驗，根據試驗中出現的故障次數，按照公式（9）計算平均故障間隔里程置信下限，如其≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，不滿足該型車道路可靠性要求。

4 結論

本文提出了軍用整車進行道路行駛可靠性試驗的必要性，通過對整車可靠性指標分析，探討了一種通過GJB 899A-2009定時截尾試驗方案要求的整車道路行駛可靠性試驗方法，并通過實例給出了一種具體實施方法。但GJB 899A-2009應用在整車道路行駛可靠性試驗方法中仍有一定局限性，主要體現在以下幾點：

1）GJB 899A-2009沒有給出適用整車道路可靠性的試驗應力剖面圖；

2）當前整車系統參照GJB 899A-2009綜合應力試驗的可靠性考核給出的故障統計原則、可接收故障數主要針對設備級可靠性試驗制定的，整車系統的考核參照該標準要求進行是否合理需要大量試驗數據驗證；

3）整車行駛道路可靠性一般與維修性相結合進行，GJB 899A-2009中并無相關內容。

因此，使用GJB 899A-2009中的方法進行軍用整車道路行駛可靠性試驗還需對綜合應力考核的剖面圖和相關標準進行完善。