工程机械控制器的加速寿命测试初探

金忠 罗冰

0 引言

随着工程机械的日趋智能化，工程机械控制器对整机的可靠性影响越来越大。其可靠性指标通常为数十万小时。由于整机的可靠性指标通常为数千小时，因此随车进行控制器的可靠性测试是不现实的。根据元器件的可靠性寿命推算控制器寿命的方法简便，但其并未考虑使用过程中的环境影响。因此，推算得出的结果只能作为粗略的估计。采用加速寿命试验是一种更为合理、经济，可信度更高的方法。本文根据《GJB899A-2009可靠性鉴定和验收试验》设计了加速寿命测试试验，并对一款工程机械控制器的寿命进行了验证。

1 试验设计

受试样品给出的受试目标值θ1为100000台时。根据《GJB899A-2009可靠性鉴定和验收试验》，选择定时截尾测试方案中的标准型统计方案。根据使用方风险、生产方风险，鉴定比，选择17号测试方案。其使用方风险和生产方风险均为20%，鉴定比为3.0，故障接收次数为2次以内，故障拒收次数为3次以上。据此方案，计算测试所需要的台时为：

应力取温度和湿度两种。温度应力使用阿伦尼斯模型。它反映了电子元器件的寿命与温度之间的关系。其加速因子模型为：

其中：

Ea：活化能activation energy，单位：eV

K：Boltzmann常数，值为（8.623*10-5），单位：eV/°K

Tu：加速温度应力，单位：°K

Ts：常温应力，单位：°K

湿度应力使用Hallberg和Peck模型。加速因子模型为：

其中RHstress为加速试验相对湿度，RHnormal为正常工作相对湿度。n为温度的加速度常数。

根据HP可靠性工程部的测试规范，对新控制器的Ea，可取值为0.67eV，做常数处理。

取加速温度为95℃，常温取25℃。

根据公式（2），可求得阿氏模型的加速系数为：

本试验中，因此取RHnormal=0.6，对应的加速湿度RHstress=0.8，取n值为2.5。根据公式（3），可计算出湿度加速系数为：

温度湿度应力同时加载，其总的加速系数为：

对4个样本进行加速寿命测试，所需要的测试时间为

即：在恒温恒湿条件下对被测对象进行加速寿命测试，需要进行363H的测试。

2 测试结果

在测试过程中共出现2次责任故障，因此认为该控制器寿命满足要求。

该控制器的寿命的点估计值为：

对该控制器80%的置信区间寿命进行估计[2]。计算公式如下：

即：该控制器寿命的80%的置信区间为[81 132H，811 320H]。

3 结论

本文在《GJB899A-2009可靠性鉴定和验收试验》标准的基础上，采用加速寿命测试理论，对一种工程机械用控制器进行了有效的寿命测试，保证了测试结果的经济性与时效性。然而，在加速测试中，由于湿度加速因子中采取的是经验值，与实际值会有所出入。更加严谨的方法应该是使用反幂模型对加速因子进行更加准确的求解。这对测试设备、受测试样品数量、测试时间和测试条件都提出了更进一步的需求。