汽車開發中的整車可靠性試驗探究

摘 要：汽車技術在不斷進步下，消費者對汽車可靠性的要求慢慢提高，整車可靠性試驗在產品研發中的作用愈加突出，可靠性試驗既能夠評估整車在不同工況下的性能表現又可以發現潛在的設計缺陷與系統性問題。當下整車可靠性試驗面臨著試驗周期長、成本高、試驗環境復雜等挑戰，怎樣保證試驗精度的同時提高效率，成為研究的重要方向。車整車可靠性試驗的挑戰主要體現在復雜系統的整體評估、試驗數據的準確性、試驗資源的優化配置等方面，亟需利用技術創新與智能化手段提升試驗效能。

關鍵詞：整車可靠性試驗 汽車開發 試驗設計 數據分析 環境模擬

1 緒論

整車可靠性試驗是汽車開發過程中必不可少的環節，它在模擬汽車在不同使用環境下的運行狀況下評估整車在長時間使用過程中可能出現的故障和性能退化，揭示潛在的設計缺陷或系統性問題。智能化、電子化技術的廣泛應用，現代汽車的結構和功能變得愈加復雜，傳統的可靠性試驗方法面臨著新的挑戰，怎樣應對新技術、新材料對可靠性試驗提出的更高要求，在有限的時間和資源內，準確評估整車的可靠性，成為汽車研發中的重要課題。本文探討整車可靠性試驗的關鍵技術、面臨的挑戰和其解決方案，為未來汽車研發中的可靠性提升提供理論依據和技術支持。

2 整車可靠性試驗的基本概念與分類

2.1 可靠性試驗的基本原則

可靠性試驗的基本原則包括代表性原則、隨機性原則、充分性原則和漸進性原則，代表性原則要求試驗樣本應盡可能反映產品的實際使用情況，包括不同環境條件、工作工況以及可能的極端情況。隨機性原則強調試驗過程中應盡量避免人為干擾，使試驗數據的分布可以真實反映整車在實際使用過程中的各種可能性，充分性原則要求試驗應覆蓋產品生命周期的各個階段來保證涵蓋可能出現的所有故障模式，漸進性原則指試驗設計應遵循逐步加壓的方式，從輕度到極限工況進行，逐漸揭示整車在不同負荷下的性能變化。

2.2 整車可靠性試驗的主要分類

按試驗環境分類，整車可靠性試驗可分為環境模擬試驗與道路行駛試驗，環境模擬試驗包括高低溫、濕熱、鹽霧、振動等試驗，模擬汽車在各種極端環境下的運行狀況以此評估車輛在不同氣候、道路及駕駛條件下的可靠性表現。道路行駛試驗在實際道路上進行，試驗車輛在真實交通環境中運行，收集實時故障數據。按試驗階段分類，整車可靠性試驗可分為開發階段試驗、預生產階段試驗和量產階段試驗，開發階段試驗關注新車型的設計可靠性，驗證設計方案是否滿足可靠性要求；預生產階段試驗則側重于對預生產樣車的可靠性進行驗證來確保在進入大規模生產之前能夠發現潛在問題；量產階段試驗利用大量車輛的運行數據分析，檢驗量產車型的實際可靠性表現。每種試驗分類方法都有其獨特的應用場景與價值，結合不同階段和需求進行合理的試驗設計是提升整車可靠性的關鍵[1]。

2.3 常見的可靠性評估方法

統計分析法通過對大量實驗數據進行統計處理，建立數學模型來評估整車的可靠性，壽命預測法依據歷史數據和實驗結果，使用統計模型推算出整車的預期使用壽命，加速壽命試驗法是在較短時間內利用加速試驗來模擬長期使用過程中可能出現的故障模式，為可靠性評估提供參考。故障樹分析法在構建故障樹模型下分析整車在不同工況下各部件的失效原因及其相互關系，預測整車的可靠性。

常見的可靠性評估方法中，加速壽命試驗法（ALF）因其能夠在較短時間內獲得與實際使用情況相符的可靠性數據，成為廣泛應用于汽車開發中的關鍵技術。加速壽命試驗法的數學模型通常采用威布爾分布模型（Weibull Distribution Model），其可靠性評估公式為：

其中表示在時間內的可靠度，是尺度參數，影響函數的均值跟廣度，體現系統的平均壽命，是形狀參數，反映壽命分布的形狀特征。該公式的核心思想是通過調整加速試驗條件，使得車輛系統在更短時間內經歷與正常使用條件下相同的老化過程，進而推算出整車在長時間使用下的可靠性表現。在實際應用中研究人員根據不同的工況設定合適的應力水平，對整車的各個子系統進行加速試驗，調整威布爾分布的參數來擬合真實世界中車輛的可靠性曲線[2]。

3 汽車整車可靠性試驗的關鍵技術

3.1 試驗設計與方案選擇

試驗設計的首要目標是明確評估整車可靠性的具體要求來確定試驗的內容、方法、工況和周期，并確保試驗過程與實際使用情況高度契合。在試驗設計階段先明確試驗的目的，評估關鍵可靠性指標，整車可靠性試驗需要評估整車在長期運行產生的關鍵故障模式，如發動機故障、傳動系統磨損、電子設備失效等。根據評估目標選擇合適的試驗類型，常見的試驗類型包括加速壽命試驗、環境試驗、疲勞試驗等，每種試驗的設計依據都應圍繞產品生命周期和使用條件展開[3]。

試驗過程的設計須保證每個步驟的科學性和可操作性，根據產品的可靠性要求，試驗設計應考慮不同工況的模擬，不同溫度、濕度、振動、負載等條件下進行多工況綜合評估。試驗臺架的搭建應根據試驗項目的要求，配備相應的測量儀器與控制系統。

3.2 試驗過程中的數據采集與分析

在試驗過程中數據的采集需要涵蓋車輛各個關鍵部件的運行狀態，包括發動機、傳動系統、電子控制單元、底盤系統、車身結構等來保證可以全面監測整車的性能變化?？煽啃栽囼炦^程中，數據采集系統需要能夠實時記錄各項指標的變化情況，如發動機溫度、輪胎磨損、電子系統的工作狀態、油壓變化等，這些數據將在試驗結束后進行詳細分析，結合整車的運行工況，評估車輛在不同使用階段可能出現的故障點與性能退化情況。數據采集的精度要求非常高，任何數據誤差都可能導致對整車可靠性評估的不準確，所以試驗過程中需要對采集系統進行定期校驗來確保各項儀器設備的正常運行。數據分析是對采集數據的深入挖掘過程，常用的方法包括統計分析、回歸分析、故障模式分析等，數據分析結果會提供重要的決策依據，指導后續的設計優化與質量改進[4]。在進行加速壽命試驗時，測試過程中采集到以下圖1發動機溫度與油壓的相關數據。

可以識別出發動機溫度與油壓之間的負相關關系，隨著時間的推移，油壓的逐漸下降，表明發動機內部存在磨損或油路系統可能發生故障，提前為后續維護與改進提供了依據。

3.3 道路試驗模擬與試驗工況設置

道路模擬試驗模擬汽車在不同地理環境、氣候條件下的工作狀態，試驗工況設置則根據不同車型的使用特點，模擬出不同的駕駛環境與操作條件。在實際操作中試驗工況的設置需要考慮多重因素，對于不同的車型，設計者會選擇一系列的典型工況來全面考察整車在長時間、不同環境下的耐久性，根據汽車的目標市場和實際使用環境，選擇不同的試驗周期與測試項目，確保試驗結果具有代表性與實用性[5]。下面表1給出一組基于某款中高端轎車的試驗工況設置數據，涵蓋溫度、濕度等環境因素。

可靠性行駛前后會對車輛進行包括但不局限于動力性、經濟性、制動性能、操縱穩定性以及密封性等試驗，用于評定整車性能的衰減程度來綜合考量車輛的可靠性能。高速公路模擬試驗在模擬高速公路的道路條件與振動頻率下檢測整車在高速行駛中的穩定性與車身耐久性。強化道路耐久試驗則模擬壞路等復雜路況，模擬長時間駕駛下整車的綜合表現，包括發動機、制動系統、懸掛系統等各個關鍵部件的性能退化情況。

4 汽車整車可靠性試驗中的挑戰與問題

4.1 復雜性與系統性問題

現代汽車技術的不斷進步使得整車結構、電子系統、動力總成等變得愈加復雜，汽車既涉及傳統的機械系統又包含了大量的電子控制單元（ECU）、傳感器、車載通信系統等，每一個子系統之間的相互作用、系統的冗余設計以及交叉作用關系，都增加了整車可靠性試驗的難度。在傳統的汽車設計中，試驗往往針對單個部件或系統進行，可整車可靠性試驗涉及的是一個多維度、多層次的系統評估，要求從多個角度考量各個子系統對整體性能的影響，這種復雜性使得每個部件或子系統的性能偏差都可能對整個車輛的可靠性產生深遠影響[6]。整車的高復雜度要求在試驗設計時，既要考慮個別零部件的性能又要對其與其他系統的相互作用進行充分模擬與評估，增加了試驗過程中的不確定性和難度，其復雜性如圖2所示。

自動駕駛技術、電動化技術的普及下汽車的復雜性呈指數級增長，試驗中既要考慮電池、電動機等關鍵部件的可靠性又要測試復雜的控制算法和傳感器系統的精確度，這些因素的相互作用對整車可靠性的影響尚未完全明確，試驗的復雜性和系統性問題將加劇。

4.2 數據的準確性與有效性

整車可靠性試驗的核心依賴于準確的試驗數據，試驗數據的誤差往往有不同來源，包括車輛本身的傳感器、試驗臺架的監測設備以及外部環境監測儀器。試驗過程中傳感器可能受到環境因素的影響，導致數據偏差，如溫度、濕度或電磁干擾等都可能影響傳感器的準確性，數據采集過程中也會產生人為誤差影響數據的準確性[7]。

試驗數據的有效性則涉及數據是否能夠真實反映整車的使用性能和故障模式，在實際使用中車輛的工作工況復雜多變，試驗場景無法完全涵蓋所有可能的使用條件，這就要求對數據的后續分析和驗證進行深入挖掘和細致調整。

5 結語

整車可靠性試驗在汽車開發中起著至關重要的作用，是確保車輛長期穩定性、安全性與性能的重要保障，汽車技術的不斷演進，試驗所面臨的挑戰也在不斷增加，復雜系統的交互效應、高度集成化的電子系統以及新材料、新工藝的廣泛應用，這些因素都要求試驗設計不斷創新和優化?？煽啃栽囼灱刃枰_的環境模擬和嚴格的工況設置又要在數據采集與分析方面提高精準度和有效性來保障可靠性評估結果的科學性和準確性。試驗中的復雜性問題、高成本、長周期等問題依然是制約試驗效率和效果的瓶頸，需要在試驗技術與方法上進行持續的創新。

參考文獻：

[1]孫中輝，郭彥穎，劉寶印，等.基于大數據的可靠性試驗路線設計方法[C]//中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）.2022中國汽車工程學會年會論文集（7）.一汽解放商用車開發院智能網聯車開發部；長春汽車工業高等專科學校；一汽解放商用車開發院基礎研究部，2022：6.

[2]李楊，徐磊，孫戰峰，等.淺析整車道路適應性試驗的發展及應用[J].時代汽車，2022（13）：187-189.

[3]孫戰峰.淺談整車可靠性試驗驗證架構與試驗故障發布[J].時代汽車，2022（03）：13-15.

[4]吳禮軍.汽車整車設計與產品開發[M].北京：機械工業出版社，2021.

[5]陳彥男.汽車開發中的整車可靠性試驗探究[J].時代汽車，2021（12）：4-5.

[6]梁光成.基于試驗臺架的電動汽車電液復合制動系統的設計與開發[D].西安：長安大學，2021.

[7]郭利偉.探討汽車開發中的整車可靠性試驗[J].時代汽車，2019（14）：34-35.