汽车耐久性可靠性理论与实践

宋磊 刘风华 何帆影 黄勤

摘 要：汽车耐久可靠性评价经常由于概念的混淆及样本量的限制导致评价偏差，甚至于部分车企只是盲目的进行道路试验，对于试验过程中的故障、失效并未做科学的统计分析，从而陷入路试、整改、再验证的死循环中，浪费了大量资源，文章基于对耐久性与可靠性的定义解读借助可靠性统计分析的数学方法将耐久可靠性的评价进行量化以帮助耐久可靠性工程师能够客观评估产品的耐久可靠性水平。

关键词：B10寿命;故障率 1/MTBF;可靠度函数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

汽车耐久可靠性是车辆最重要的性能之一，它是用户最为关心的性能，关系到出车率和使用率，耐久可靠性差会直接影响到产品销售。耐久可靠性与设计技术，质量管理，工艺装配等密切相关，因此汽车耐久可靠性试验是各个车企非常重视的一项试验。

1 可靠性定义

1.1 耐久性

产品在规定维修保养条件下，完成规定功能的能力，耐久性考虑的是在规定维修条件下也不能恢复产品规定功能的问题。

1.2 可靠性

产品在规定时间，规定条件，规定维修条件完成规定功能的能力，它研究的是与时间有关的质量问题。

从字面上看容易给人造成困惑感觉耐久性和可靠性差不多，其实在某种意义上耐久性属于可靠性的一部分。简单来说，耐久性是对产品寿命的一种度量，即在合理的维修保养情况下产品使用寿命的度量，考量的是寿命长短，可靠性常用评估故障间隔时间，即产品寿命长度与故障总次数之比，考量的是故障频次高低。两者差异对比见图1。

由可靠性的定义可以导出失效或者故障的定义：产品在规定条件，规定时间，不能完成规定功能即为失效（不可维修）或故障（可维修），失效或故障按类型可以分为是产品停止工作的突发型和是产品性能衰退到允许值以下的衰退型。

对于不可维修产品，使用失效寿命来评价可靠性，此种情况下可靠性即为耐久性，通过对一定样本数量的失效寿命进行统计分析，得出失效服从的分布形式式，进而求出评价参数。

2 可靠性评价

2.1 可维修产品的可靠性评价

对于可维修产品，在其寿命周期内主要处于两种状态，工作状态、故障状態。因此对于此类产品的可靠性评价需要引入平均故障里程，平均故障间隔时间/里程MTBF、故障率等进行评价。

MTBF的点估计值：

T——试验总时间/里程;

R——故障总次数。

正如上面首先提到的可靠性的验证工况要尽可能接近正常的使用工况，然而目前各车企在试验场内进行的道路试验多为强化试验。

试验强化系数计算：

通过对指定车型在试验场进行加速试验后统计出的B10寿命，对比某地区客户使用统计出的B10寿命按以下公式计算：

并且不同公司的规范运行差异也会导致可靠性评价出现较大偏差，譬如国内大部分车企使用的整车常规道路试验，基于车辆定型试验里程，路面及里程分配如下：

综上基于试验场强化道路试验推算市场客户使用时的平均故障里程/时间：

各企业在实际的可靠性道路试验时会根据项目开发情况适当调整试验次序，各种路面试验顺序的差异会导致，过程中的可靠性评价结果出现偏差，但总体来说对于对于完成一个完成的上述里程循环，最终的可靠性评价仍然具有可比性。

2.2 不可维修性产品的可靠性评价

可靠度函数，产品时效是一种随机时间，因此可用概率分布函数做定量描述，即产品在规定条件下，规定时间内完成规定功能的概率，它是时间t的函数，用R（t）表示与之相对的是失效概率函数F（t）两者之间的关系：R（t）+ F（t）=1。

对不可维修产品威布尔分布函数是最长用的可靠度函数：

在威布尔分布中，常用以下几个寿命之评价产品可靠性：

B10寿命：累计失效概率为10%的寿命

特征寿命：可靠度为36.8%时的寿命

中位寿命：可靠度为50%时的寿命

根据实测数据推算威布尔分布参数可以通过制作威布尔概率纸，方法如下：

变换公式（4）得到：

简化成Y=Mx+A 按此制作出威布尔概率纸。

利用威布尔概率纸对失效数据进行分析首先对数据进行预处理将失效数据按大小顺序排列对照中位秩表即为累计失效概率。

将结果绘于威布尔概率纸上通过拟合直线查出B10寿命，中位寿命以及额定寿命时的可靠度，形状参数等。如图3。

查数学手册得出相应5%和95%的百分比数。

对于拟合后的个点对应找出失效时间/里程，在概率纸上点出相应的5%和95%的百分比数，连接这些点成为置信区间。

如果要求某一可靠度时失效寿命90%的置信区间，可如图求之，如可靠度为60%时的失效寿命置信区间为10～40×103 km。

3 结论或总结

综上所述对于整车耐久可靠性的评价，首先要对故障进行分类，按照耐久性、可靠性的定义对故障进行划分，并细

化为可维修故障和不可维修故障。然后不同类型的故障按照不同的分析评价方法利用数据统计分析进行评价得出可以量化的评价指标对照是否满足项目前期设定的目标值以及在产品更新换代时可以对新旧产品的耐久可靠性做量化对比。

耐久可靠性分析需要一定的样本数量，建议企业建立产品开发验证的试验信息库以及市场售后问题数据库，为产品的耐久可靠性分析提供数据支撑，这样按照以上方式进行可可靠性评价才更准确。对于产品耐久可靠性的开发，同时需要考虑路试规范与典型客户的关联性，因此需要获取产品售后故障数据做统计分析，然后比对加速试验过程中的故障数据，从而分析出路试规范工况制定的合理性。在试验规范与顾客关联的高的情况下，对试验过程中故障数据的耐久可靠性量化评价才具有参考意义。

参考文献

[1] 长春汽车研究所.汽车试验技术手册.吉林科学技术出版社，1993.

[2] 王秉刚.汽车可靠性工程方法.北京：机械工业出版社，1991.

[3] 可靠性初级教程.北京：国防工业出版社，2013.