汽車耐久性可靠性理論與實踐

宋磊 劉風華 何帆影 黃勤

摘 要：汽車耐久可靠性評價經常由于概念的混淆及樣本量的限制導致評價偏差，甚至于部分車企只是盲目的進行道路試驗，對于試驗過程中的故障、失效并未做科學的統計分析，從而陷入路試、整改、再驗證的死循環中，浪費了大量資源，文章基于對耐久性與可靠性的定義解讀借助可靠性統計分析的數學方法將耐久可靠性的評價進行量化以幫助耐久可靠性工程師能夠客觀評估產品的耐久可靠性水平。

關鍵詞：B10壽命;故障率 1/MTBF;可靠度函數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，它是用戶最為關心的性能，關系到出車率和使用率，耐久可靠性差會直接影響到產品銷售。耐久可靠性與設計技術，質量管理，工藝裝配等密切相關，因此汽車耐久可靠性試驗是各個車企非常重視的一項試驗。

1 可靠性定義

1.1 耐久性

產品在規定維修保養條件下，完成規定功能的能力，耐久性考慮的是在規定維修條件下也不能恢復產品規定功能的問題。

1.2 可靠性

產品在規定時間，規定條件，規定維修條件完成規定功能的能力，它研究的是與時間有關的質量問題。

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，其實在某種意義上耐久性屬于可靠性的一部分。簡單來說，耐久性是對產品壽命的一種度量，即在合理的維修保養情況下產品使用壽命的度量，考量的是壽命長短，可靠性常用評估故障間隔時間，即產品壽命長度與故障總次數之比，考量的是故障頻次高低。兩者差異對比見圖1。

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

對于不可維修產品，使用失效壽命來評價可靠性，此種情況下可靠性即為耐久性，通過對一定樣本數量的失效壽命進行統計分析，得出失效服從的分布形式式，進而求出評價參數。

2 可靠性評價

2.1 可維修產品的可靠性評價

對于可維修產品，在其壽命周期內主要處于兩種狀態，工作狀態、故障狀態。因此對于此類產品的可靠性評價需要引入平均故障里程，平均故障間隔時間/里程MTBF、故障率等進行評價。

MTBF的點估計值：

T——試驗總時間/里程;

R——故障總次數。

正如上面首先提到的可靠性的驗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場內進行的道路試驗多為強化試驗。

試驗強化系數計算：

通過對指定車型在試驗場進行加速試驗后統計出的B10壽命，對比某地區客戶使用統計出的B10壽命按以下公式計算：

并且不同公司的規范運行差異也會導致可靠性評價出現較大偏差，譬如國內大部分車企使用的整車常規道路試驗，基于車輛定型試驗里程，路面及里程分配如下：

綜上基于試驗場強化道路試驗推算市場客戶使用時的平均故障里程/時間：

各企業在實際的可靠性道路試驗時會根據項目開發情況適當調整試驗次序，各種路面試驗順序的差異會導致，過程中的可靠性評價結果出現偏差，但總體來說對于對于完成一個完成的上述里程循環，最終的可靠性評價仍然具有可比性。

2.2 不可維修性產品的可靠性評價

可靠度函數，產品時效是一種隨機時間，因此可用概率分布函數做定量描述，即產品在規定條件下，規定時間內完成規定功能的概率，它是時間t的函數，用R（t）表示與之相對的是失效概率函數F（t）兩者之間的關系：R（t）+ F（t）=1。

對不可維修產品威布爾分布函數是最長用的可靠度函數：

在威布爾分布中，常用以下幾個壽命之評價產品可靠性：

B10壽命：累計失效概率為10%的壽命

特征壽命：可靠度為36.8%時的壽命

中位壽命：可靠度為50%時的壽命

根據實測數據推算威布爾分布參數可以通過制作威布爾概率紙，方法如下：

變換公式（4）得到：

簡化成Y=Mx+A 按此制作出威布爾概率紙。

利用威布爾概率紙對失效數據進行分析首先對數據進行預處理將失效數據按大小順序排列對照中位秩表即為累計失效概率。

將結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的可靠度，形狀參數等。如圖3。

查數學手冊得出相應5%和95%的百分比數。

對于擬合后的個點對應找出失效時間/里程，在概率紙上點出相應的5%和95%的百分比數，連接這些點成為置信區間。

如果要求某一可靠度時失效壽命90%的置信區間，可如圖求之，如可靠度為60%時的失效壽命置信區間為10～40×103 km。

3 結論或總結

綜上所述對于整車耐久可靠性的評價，首先要對故障進行分類，按照耐久性、可靠性的定義對故障進行劃分，并細

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價方法利用數據統計分析進行評價得出可以量化的評價指標對照是否滿足項目前期設定的目標值以及在產品更新換代時可以對新舊產品的耐久可靠性做量化對比。

耐久可靠性分析需要一定的樣本數量，建議企業建立產品開發驗證的試驗信息庫以及市場售后問題數據庫，為產品的耐久可靠性分析提供數據支撐，這樣按照以上方式進行可可靠性評價才更準確。對于產品耐久可靠性的開發，同時需要考慮路試規范與典型客戶的關聯性，因此需要獲取產品售后故障數據做統計分析，然后比對加速試驗過程中的故障數據，從而分析出路試規范工況制定的合理性。在試驗規范與顧客關聯的高的情況下，對試驗過程中故障數據的耐久可靠性量化評價才具有參考意義。

參考文獻

[1] 長春汽車研究所.汽車試驗技術手冊.吉林科學技術出版社，1993.

[2] 王秉剛.汽車可靠性工程方法.北京：機械工業出版社，1991.

[3] 可靠性初級教程.北京：國防工業出版社，2013.