整車耐久耐候試驗應用的工況和評價思考

摘 要：整車耐久耐候是汽車關鍵屬性，通過工程化的手段對耐久耐候工況進行標準化編制，是制定整車試驗標準的流程。本文通過某試驗場對特定耐久耐候工況后的試驗結果進行分析，得到一些工況貢獻損傷的結論，對標準制定提供一定程度的參考。同時，對現行各類評價標準進行分析，得出使用方向建議。

關鍵詞：耐久 工況 分析

汽車是人們生產生活中必不可少的工具。隨著居民生活水平提高，汽車不僅僅是一種生產工具，更是一種人們對生活品質的追求。將一般用戶的主觀評價轉換成為可以量化的工程語言，一直是工程師們致力追求的目標[1-3]。目前國內已有一些方法對車輛進行檢查，并測試性能關鍵項。本文主要針對一些試驗工況進行平行比較，并對結果輸出進行相關分析。

1 汽車耐久試驗和耐候試驗

從用戶的角度出發，加速模擬用戶的使用工況，并將其規范化、標準化，是汽車整車試驗/加速試驗的基本依據及出發點。模擬用戶的使用工況，并將各工況加載在試驗中，形成標準流程，即可編制成為標準的試驗規范[4]。

整車結構耐久試驗主要是從整車的角度出發，考核汽車結構件，如底盤副車架、下擺臂、白車身鈑金等的結構強度是否能夠使得在用戶使用全壽命周期內，保持結構的完整，以支持汽車其他各項性能的發揮。整車動力總成耐久試驗，是站在整車的角度，將動力總成的載荷成一定系數輸入，考核發動機、驅動電機等一系列動力總成相關的零部件是否能支持用戶使用到汽車壽命結束。

耐候試驗包含整車強化腐蝕試驗[5]、整車高低溫試驗、整車曝曬光老化試驗等。整車耐候試驗對整車進行環境因素的輸入，考核如車輛銹蝕外觀、儀表臺版人造革發黏、方向盤表面粉化、擺臂襯套老化開裂等外觀和功能性問題。

在整車試驗的前端，通常都需要先進行路譜的采集（RLDA）以及環境譜的采集（EDA），通過這些手段，將用戶在公共道路上車輛講述的“語言”，轉換成工程師能夠量化的參數，從而形成試驗規范。

2 汽車耐久性能和耐候性能

對于耐久性能和耐候性能，各個主機廠都有各自的體系，測試項目有所差異。耐久和耐候性能一般從以下一些角度作考量：

（1）結構件/非結構件的開裂、斷裂；

（2）零部件表面質量的衰退，如漆膜起泡，鈑金漆面翹起；

（3）外觀的變化，例如紅銹/白銹等銹蝕、發粘、脆化；

（4）油液的滲漏；

（5）電子電器件軟件性能的變化，例如350循環耐久后車機屏幕卡滯；

（6）總成件功能性問題；

（7）標定導致的一些問題，如扭矩輸出線性程度不高等，出現換擋沖擊，最終導致傳動系統開裂/滲漏等問題。

3 整車耐久耐候試驗方法橫向對比

3.1 規范工況對比

整車耐久、耐候試驗的規范與試驗場的路線強相關，本文中的場地用擬用固定的某試驗場進行舉例，試驗方法是RLDA+EDA后用對應的損傷調制的專項規范示例。用以下幾個專項工況進行試驗，對比各工況對整車的損傷情況。圖1為幾個規范1個循環片段示范：

其中，共振路1/車身扭曲路/卵石路/鐵軌路/鹽水路的速度及行駛路線固定，駕駛員操作規范固定。鹽水路的鹽水濃度固定為1%NaCl，每循環工況開始前對鹽水路進行攪拌及鹽度測量，保證鹽水濃度均勻且達到標準。環境倉使用恒溫恒濕曲線，溫度50℃，濕度95%RH，升溫和加濕過程包含在溫濕度曲線內。

對該幾個工況，使用某特定車型進行研究分析。根據前期對車身及結構件CAE分析的結果，預判結構薄弱點可能出現在懸置、車門邊框焊點等部位，故準備幾套同一批次的懸置零部件進行分析。

3.2 試驗結果對比

為了更為明顯地實現試驗目的，并得到相應的結果，故對工況總循環數進行加強，通過將整車均進行600循環上述工況，對整車進行全方位的點檢以及對專項零部件進行排查，可以看出：

工況1中對應的車輛零部件中結構件的問題相差不大，其中主要為：

（1）左右后門車門框側圍右上部位某焊點開裂；

（2）懸置橡膠襯套開裂；

（3）尾門膠條中間部位干涉傷漆；

（4）引擎蓋尖角銹蝕。

工況2中對應的零部件的問題點主要為：

（1）左右后門車門框側圍右上部位某焊點開裂；

（2）懸置橡膠襯套開裂；

（3）尾門膠條中間部位干涉傷漆；

（4）引擎蓋尖角銹蝕。

工況3中對應的零部件的主要問題點為：

（1）左右后門車門框側圍右上部位某焊點開裂；

（2）懸置橡膠襯套開裂；

（3）尾門膠條中間部位干涉傷漆；

（4）引擎蓋尖角銹蝕；

（5）引擎蓋焊點開裂。

對比3組工況下的整車試驗問題點，可以看出：在工況1中，引擎蓋尖角的銹蝕情況有明顯的不同程度的區別，但其他問題點的嚴重程度幾乎一致；對比工況1/2/3，懸置（用同一批次地懸置在整車上換件試驗）襯套開裂的程度有明顯的區別，表現為橡膠開裂地長度不一致；在工況3的試驗車中，可以看到車輛尾門干涉的嚴重程度與其他工況有明顯的區別，且干涉后傷漆，使得該部位在工況1的3組樣本傷漆部位銹蝕也有所區別。

4 評價標準的橫向對比和研究

對于整車試驗，運用各項試驗規范進行試驗后，需要對試驗結果進行評價，以判定當前試驗的結果是否可以接受，并繼續進行下一階段的產品開發工作。主要的評價標準有以下幾種：a）只存在是非的雙值結果判定；b）主觀評價；c）基于統計原理的評價方案。

4.1 雙值判定

對于雙值判定的評價方案，常用于針對零部件級的失效分析。例如，如圖7所示，針對整車耐久中的開裂問題，僅存在開裂或不開裂2種結果，應用于失效的零部件本身，既是定性的描述分析，又是0/1的定量結果計量。用于零部件失效分析，可以從失效模式分析失效原因，從而找到問題的整改措施和風險規避方向。

4.2 主觀評價

對于主觀評價，行業內較為成熟的應用是將試驗結果進行不同等級劃分，讓評價人員根據已劃分好的評價等級作為參考，對當前試驗結果進行評價和判定，如表1和表2。需要注意的是，運用分級進行主觀評價的方法，通常會出現一定程度的3個方面的評價結果偏差：a）不同的評價人員，對結果理解略有不同，評價結果存在一定誤差，但該類誤差一般較小，不會出現試驗結果本質的差別。通常可以采用固定評價人員，定期培訓評價者，以及增加測試項目經驗的方式規避該類評價偏差；b）不同的試驗環境，對評價結果有一定的影響。例如，在不同的天氣環境下進行試驗，其試驗結果略有偏差。為解決該問題，通常在試驗時需先規定固定的試驗場地，并記錄好試驗當時的氣候情況，以便后期判定結果時作為參考；c）長周期試驗中，試驗結果的前后誤差。例如在大于半年的長周期的性能衰減試驗中，需要在每個測評節點記錄當時的主觀評價結果，但在長周期和多節點的測評中，評價人員容易記不住前期測評節點的樣車狀態。為解決該問題，在主觀評價中，除了分級的評價標準，還需要在評價時做好當前狀態的評語記錄，以便下一節點測評時，參考前期車輛/零部件的狀態。

4.3 基于統計原理的評價

整車試驗中，通常也會運用一些統計原理進行故障的診斷判定作為試驗結果的評價標準。常見的一些指標有平均首次故障里程（MTTFF）、平均故障間隔里程（MTBF）等，其指標公式如下：

式1

式2

式中，

MTTFF——平均首次故障里程點估計值，km；

n’——發生首次故障車輛數；

S’——無故障行駛總里程，km；

S’j——第j輛車首次故障里程，km；

n——試驗車輛數；

Se——定時結尾里程數，km。

式3

式4

式中，

MTBF——平均故障間隔里程估值點，km；

r——S里程內發生故障總數；

S——試驗總里程；

k——終止試驗車輛數；

Sj——第j輛車終止試驗里程，km；

Se、n含義同式2。

上述一些基于統計原理的評價方式，主要適用于整車產品開發的耐久性可靠性評估，相對來講，主要用于解決宏觀的設計目標制定問題，針對試驗問題個體并不能單獨運用。

5 結論

根據路譜采集（RLDA）和環境譜采集（EDA）的結果，可以對試驗場中各特定路面及設施設備進行相對應的排列組合，以形成對應所需求的試驗標準。各工況對整車的各部位的考核有定性及定量的貢獻，可以根據用戶需求進行調整及強化或弱化。例如，共振路1的工況對某車型的懸置損傷有特定的影響，車身扭曲路對某車型整車剛強度有一定程度的貢獻，高低溫試驗時間對銹蝕程度有相當程度的貢獻。根據不同的試驗方案，須選擇對應使用的評價手段，以解決整車開發中的如整車目標設定、單次試驗結果判定、問題件失效分析等不同適用范圍的工程開發問題。

參考文獻：

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