面向自主品牌车企的整车耐久试验体系研究

张卫国

摘  要：自主品牌车企普遍进入市场较晚、技术基础相对薄弱，目前在市场上普遍存在可靠性不足的课题。整车耐久试验是检验汽车可靠性的一种重要手段，有利于在产品上市之前发现问题并及时采取对策，从而有效提升产品在市场上的可靠性表现。现阶段由于自主品牌车企在技术积累上与国外品牌存在着一定的差距，面向自主品牌车企的整车耐久试验有必要展开针对性研究。本文介绍了整车耐久试验建立的基本原理和流程、试验样本选定和试验运营管理的方法，提出一种面向自主品牌车企的整车耐久试验体系建立及运营管理的方法。实践表明该试验方法可有效指导自主品牌车企建立整车耐久试验体系，显在化品质课题并有效减少市场索赔数量，提升产品市场表现和顾客满意度。

关键词：汽车;自主品牌;可靠性;耐久试验

中图分类号：U463          文献标识码：A       文章编号：1005-2550（2020）06-0027-09

Abstract： The domestic independent brand automobile enterprises generally enter the market relatively late， the technical strength is relatively weak. At present， there is a problem of insufficient reliability in the market. The automotive durability test is an important means to test the reliability of the vehicle， it is helpful to find out the problem before the product comes to market and take countermeasures in time. thus effectively improve the reliability performance in the market. At present， there is a certain gap between independent brands and foreign brands in terms of the technical know-how， so the automotive durability test for domestic independent brand automobile enterprises needs to be studied pertinently. This paper introduces the basic principle and process of vehicle durability test establishment， test sample selection and test operation management methods. And puts forward a method of vehicle durability test system establishment and operation management for independent brand vehicle enterprises. The practice shows that the test method can effectively guide the independent brand vehicle enterprises to establish the vehicle durability test system， detect the quality issues and effectively reduce the number of market claims， improve the product  market performance and customer satisfaction.

Key Words： Automobile; Independent Brand; Reliability; Durability Test

前言

中國汽车销量从2009年起首次超过美国，成为全球第一大汽车市场，但长期以来中国自主品牌车企普遍存在着品质保证能力弱的不足，这也是自主品牌相对于国际品牌的短板所在，已经制约了自主品牌车企在品牌、销量及定价区间方面的进一步提升。伴随着改革开放四十多年来中国经济蓬勃发展和汽车市场的成长成熟，市场用户购车由首购向复购、增购、换购转变[1]。依据消费者洞察与市场研究机构J.D.power公司发布的《2018中国新车质量研究（IQS）》数据，自主品牌与国际品牌（含合资和进口）在销售、售后服务水平上已经较为接近，但统计出的市场质量问题数是各系品牌中最高的，双方在品质上存在着明显的差距[2]。

整车耐久试验是检验汽车可靠性最有效的技术手段和方法。整车耐久试验从广义来讲是一个试验体系，可以分为耐久性试验和耐候性试验（也称环境适应性试验）两类。其中，耐久性试验一般由结构耐久试验、综合耐久试验以及驱动耐久试验等组成，耐候性试验一般由强化腐蚀试验、三高（高原、高温、高寒）试验等组成[3]。对于汽车主机厂而言，整车耐久试验狭义上讲就是指在试验场内进行的综合耐久试验，可以综合检验车辆底盘、动力、车体等各系统可靠性，本文重点论述的就是此类试验相关的技术与方法。GAC公司是中国知名的自主品牌汽车企业，成立初期就确立了“品质优先”的战略，目前已经连续七年获得J.D.Power中国新车质量研究（IQS）中国品牌第一名，一直致力于打造“世界级品牌，全球化企业”。

在整车耐久试验方面，合资品牌有合资外方提供技术支持，但自主品牌只能依靠自己的经验和能力来建立整车耐久试验体系。为了提高产品的可靠性，GAC公司技术团队通过理论的研究和实践，结合自主品牌车企目前技术积累水平的实际情况，建立了与目标市场高度吻合的整车耐久试验体系。本文将接合GAC公司整车耐久试验体系，研究自主品牌车企如何建立整车耐久试验模式，以及选择何种零部件素性状态的样车、合适的样车台数，在试验运行中如何设定检证项目、监控过程数据以及落实试验显在化问题的封闭管理，并最终在产品投放市场后进行跟踪监控，确保逐年提升产品可靠性和用户满意度。希望本研究课题能为自主品牌车企建立整车耐久试验体系提供一些参考和借鉴，共同努力提升自主品牌产品可靠性。

1    整车耐久试验理论知识概述

1.1    S-N曲线

疲劳问题是耐久试验核心问题，我们将材料疲劳失效前所经历的应力、应变循环次数称之为疲劳寿命，导致疲劳的应力（应变）水平S和标准试样疲劳寿命N之间关系的曲线称为材料的S-N曲线[4]，有了S-N曲线后材料的疲劳寿命才能进行计算和预测。

1.2   累积疲劳损伤理论

材料的S-N曲线能解决特定载荷的疲劳寿命计算，但事实上汽車行驶时受到的载荷是动态变化的，没有办法通过直接查询S-N曲线来计算疲劳损伤值。依据Miner疲劳累积损伤理论，金属的疲劳损伤可以直线累积，总损伤量D为：

1.3   雨流（Rain-Flow）计次法

时域上的随机载荷是没有办法直接进行累积计算并代入S-N曲线中的，20世纪50年代英国科学家Matsuiski和Endo提出了雨流计次法，实现了对时域数据进行计次处理。在此处理方法中，如图1所示，将载荷-时间历程原始数据顺时针旋转90°，就形成类似于雨滴在屋顶流动的场景，依据雨流法的五条基本规则确定雨滴停止流动的点，最终得到一系列的全循环或半循环，从而实现计数处理 [6]。

2     整车耐久试验模式建立流程概述

耐久试验模式的建立是研究最核心内容。试验模式本质上是对顾客用车习惯的提前模拟，所以试验模式需要源于顾客及市场。试验模式的开发，首先要将市场调查数据结合车辆的技术标准，设定符合市场需求的试验要件;并根据试验场的场地条件，通过入力采集及载荷谱强度计算，判断是否达成试验强度目标，并依据计算结果进行必要的修正。试验模式初步建立后还需要依据车型投入市场后的表现进行跟踪研究，并进行动态修正[7]。总体建立流程如图2所示。

3     整车耐久试验模式建立研究

3.1   模式建立的输入要素研究

伴随着社会的发展，顾客买车和用车的场景都发生了巨大的变化。整车耐久试验模式设定时除了考虑入力强度之外，还要综合考虑路面条件、顾客操作习惯以及拥堵环境等要素。基于以上分析，提出耐久试验的输入要素主要包含以下四个方面：

（1）试验强度目标及强化系数。整车耐久试验一般聚焦于特定期限内可靠性的检验，试验的强度目标一定要有明确输入。由于各车企保修期一般都是非常明确和统一的（如：3年/10万公里），因此重点是要讨论寿命期强度目标设定，以可靠性著称的日系品牌一般将寿命期目标设定为80%用户使用240000公里。

受制于新产品开发日程的要求，整车耐久试验是一种加速性的试验，试验存在一定的强化系数[8]。在试验场内走行单位里程的损伤值相对于社会道路会有一个倍数关系，这个比值定义为试验强化系数K。K值越小，试验日程会越长，可能无法满足新产品投产要求，特别是自主品牌的新车型推出速度一般会更快;但随着K值的增大，试验的误差也会相应增大，过高的强化系数一般仅适用于结构耐久试验（又名高强耐久），用以对底盘和车身焊点的强度进行验证，但对于车辆其他系统的验证，如操作部件的检验、环境相关问题的检出存在不足。经多年来的试验经验总结，整车耐久试验建议选择4～6倍强化系数，既能兼顾试验日程又能确保对车辆各系统的全面检验[9]。

（2）市场环境及用户使用习惯。一般包括自然环境、社会环境、路面环境及用户使用习惯四个部分。从中可以统计并提取出市场用户操作车辆以及用车环境特征，从而设定耐久试验模式开发的要件，如表1所示。

（3）零部件技术标准。整车试验的展开必须基于对零部件技术标准的深入研究，如换挡、制动、开关门、玻璃升降等系统单品试验次数要求，在试验过程中需要针对性的设定点检操作，且相关数据需要与市场调查数据进行对比分析，以确保试验要件与市场吻合度。

（4）试验场的场地条件。整车耐久试验需要基于试验场的场地条件进行设定，总体上将试验场路面分为三个种类：第一类是基础入力路面，如比利时路、卵石路、扭曲路等入力值较大的路面;第二类是环境模拟路面，如井盖路、接缝路等常见的路面;第三种是不良显在化路面，如共振路、搓板路等激励丰富路面。试验场的场地需要满足上述三种要求，以满足试验模式对入力、环境模拟和不良显在化的要求。

3.2   路面载荷采集与疲劳损伤计算方法研究

3.2.1 路面载荷采集

车辆在实际走行时载荷一般分为力、应力和加速度三个种类，时域载荷数据经过雨流计次处理，得到各种形式的累计频次分布，称之为载荷谱[10]。车辆受到路面的输入力，存在一个从轮胎至车身的传递路径，采集载荷时需要将传感器按照传递路径进行布置。依此原则，如表2所示，依次将传感器布置在底盘和车体上。路面载荷采集时通常需要六分力仪，六分力仪采集的是路面输入给轮胎的力，是最直接最准确的入力，但设备价格较高，一般是装一套在前轮，条件允许的情况下前后轮都可以安装。

路谱采集车一般选择同一平台最具代表性的车型。路谱采集车在安装好传感器后，按照空载、半载、满载三种配载方式，采集汽车试验场及社会道路路谱。在社会道路路谱采集时，需要参照表1中路面种类、车速等要件，选取具有市场代表性的路谱采集路线，一般针对中国市场社会道路采集里程不应低于10000km，而且需要综合覆盖中国东西南北不同地域的高速、城市、市郊、山路、恶路工况，作为基准路面，用以与试验场耐久模式强度对比。

3.2.2 路面载荷数据处理方法

采集的原始数据需要进行有效性审核，审核完毕后进行雨流法处理。数据输入雨流法处理软件中，数据将被分进若干个区间（一般选择100），输出结果如图3所示，为流入各区间载荷的次数。

3.2.3 试验场与社会道路载荷强度对比计算

经雨流计数法处理后的数据输入S-N曲线中，可以计算出针对特种材料的疲劳损伤值。但在耐久试验模式开发中，重点是将试验场与社会道路损伤值进行对比，这里需要导入相对损伤值的概念：在疲劳损伤值计算软件中内置理想S-N曲线，使得社会道路入力数据输入该曲线中时，计算出的损伤值D刚好为1。再将试验场路面入力数据输入，计算出来的数值即是试验场与社会道路的相对损伤值。

假定将试验强度目标设定为24万公里，试验周期设定为3个月，试验里程设定为6万公里，则试验强化系数K=4。按照4.1强度目标和强化系数要件，试验场相对社会道路的比值要满足试验强化系数K。从表2中得知，采集的数据总共有20个左右通道，每个通道需要单独进行计算。如图4所示，初次计算的数据各个通道不平衡，主要是垂直方向入力不足，如左前和右前六分力垂直方向力（LF-Fz、RF-Fz）以及减震弹簧（LF-spr、RF-spr、LR-spr、RR-spr）垂直方向入力等，而左前和右前前进方向（LF-Fx、RF-Fx）的入力强度偏高。

当部分通道强度出现不平衡时，依据经验解决方法一般为改变车速、路面种类及转向、自动、倒车等操作次数。图4中前进方向入力强度偏高，需要适当减少制动及加减速操作;垂直方向入力强度偏低，需要增大比利时路等恶路的里程占比及相关工况的走行速度。通过反复调整，最终使得各通道比值达到强度系数要求，并最终设定耐久试验模式。

注：由于采集数据通道数较多，建议在进行模式强度修正中设定优先順序，优先处理六分力仪的数据。

4    整车耐久试验运营管理方法

4.1   试验展开的判断

国际品牌新车型推出速度一般都符合“三年中改，五年换代”的规律，自主品牌的新车型推出速度往往要快，特别是市场竞争越激烈产品迭代速度越快。因此，试验展开的判断不能简单的依据改款和换代来进行设定，需要依据动力总成、底盘、车体等系统，以及生产线及生产工艺等具体的变化点进行研究，判断总体基准如表3所示。

表3中是方向性的判断准则，在指导具体车型工作中还需要进行细化的研究。如表4所示，以动力总成为例，需要将发动机按照配气、供油等系统进行细分，依据这样的原则精确判断试验是否需要展开。

4.2   试验样本的选定

依据4.1中的判断基准，一旦判断试验需要展开后，需要选定试验样本：多少台试验车，何种配置，以及试验车零部件素性要求。

（1）试验样本数的设定。从经验上讲，试验显在化水平与试验车台数成正相关关系，台数越多显在化效果一般越好，但相应试验成本和管理难度也更高。因此，我们提出在满足显在化要求的前提下，试验样车台数越小越好，这个原则我们称之为试验样车数量Min原则。

如图5所示，通过统计数据研究试验车台数与问题被发现概率之间的关系：以1%到50%五种典型不良发生率统计数据为例，伴随着试验样车台数的增加，不良被发现的概率会提升，但提升幅度先增加后逐步减少。分析这些曲线的斜率，获得试验样本数设定基本方法：对于不良发生率较高的不良，设定3台试验样车即可获得超过50%被发现概率;对于不良发生率中等的不良，需要选择6-7台的试验样车;对于不良发生率较低的不良，需要选择10台以上试验样车。在实际操作当中，试验样车可以考虑在整个试验体系中（如结构耐久、驱动耐久）进行统筹考虑。

（2）试验样车配置版本的选择。样车的配置版本选择基本原则如下：第一是动力配置覆盖原则，自动挡、手动挡、混合动力等原则上均要覆盖（完全沿用的动力派生除外）;第二是新技术、新装备、新结构覆盖原则，依据此原则，一般首先需要选择高配的样车（高配车辆一般配置更丰富），然后再补充必要的中配和低配;第三是试验样本向销售的主力版本倾斜，确保顾客买得最多的车型验证最为充分。

（3）试验样车零部件素性要求。总体要求：试验样车必须是在生产线组装的车辆，底盘、车体等重要部品要满足硬模件要求，ESP等与行驶相关的软件要实现基本功能正常，车联网、娱乐相关软件可以在试验过程中动态升级。如果试验车部分零部件素性达不到要求，在试验展开前需要进行全面调查并安排在试验中途更换零件。对于试验中途重要部品发生设计变更，要检讨延长试验里程，必要时要新增试验车进行验证。试验全程更换零件及升级软件需要做好记录并存档。

4.3   试验过程管理

4.3.1 检证项目设定

在试验企划阶段，应依据未然防止和再发防止检证观点设定检证项目。如图6所示，未然防止检证项目主要是研发和技术部门基于产品所采用的新技术、新结构、新材料来进行设定，针对某个车型进行研究;再发防止检证一般基于过往市场不良及IQS/PQS检证观点进行设定。检证项目汇总成一台份清单，需要明确检证频度、判断基准并做好记录存档。

4.3.2 试验过程数据监控

汽车是机电一体化的产品，为了跟踪试验全程性能劣化情况，及时发现故障，以及故障发生后能够追溯不良发生前、中、后的通信数据，需要在试验全过程进行数据采集。

另，驾驶员有无危险驾驶行为，以及走行路线及操作是否与试验模式要求一致，这些既影响试验安全又制约试验显在化结果。如表5所示，需要重点监控车辆性能、故障信息和安全与管理三类数据，并做好存档处理。

4.3.3 不良问题封闭管理

试验不良问题的封闭管理是非常重要的工作，在试验中需要对问题的提出及推进建立流程，特别是对问题点是否立项推进及问题的封闭判断。自主品牌现阶段技术积累存在一定不足，容易在立项判断、对策封闭判断上出现失误：如对不良现象在生命周期内恶化预计不足，或者对技术方案影响评估不足，解决了一个问题同时又导致另一个新问题出现。因此，需要建立完善的不良问题推进体制与流程：

（1）信息通报和立项判断的要点：试验现场发现问题点后，第一时间将信息通报试验团队，试验团队结合试验课题及市场课题数据库进行研究并做出预判，对问题点进行A/B/C重要度级别划分（A为最高级别），并依据级别划分进行通报，由所对应级别品质管理者进行立项判断，立项课题录入管理系统并依据流程转责任部门进行推进。为了降低误判概率，试验团队内部集体讨论，以及与过往试验课题、市场课题数据库进行比对研究非常必要，寄希望于品质管理者个人的判断是有风险的;

（2）封闭管理判断要点：问题对策提出后，需要在试验车或其他实车上进行搭载验证，验证有效的对策，需要由责任领域判断对策方案与技术标准的符合性，验证有效及符合技术标准的对策才能提出并由品质管理者判断问题封闭。

4.4   试验效果市场跟踪方法

市场是检验车型可靠性、整车耐久试验展开水平的基准，产品投入市场一定期限后（一般是半年）就要开始分析市场问题的情况，并定期展开专项市场调研活动。如图7所示，依據框架分析问题流出市场的原因是试验显在化能力不足，还是对策能力及动态改善能力不足，进一步排查试验模式工况环境设置不足，还是样本选择、检证项目设定、不良封闭管理等环节不足，并依据分析结论改善试验展开水平。通过逐个车型的总结实现试验能力的动态提升。

5     结论

根据上述流程和方法建立的整车耐久试验，在GAC公司新产品开发中已经运行多年。从试验显在化问题数以及持续跟踪这些车型投入市场表现来看，整车耐久试验在新产品生产准备阶段提前检出并对策了大量的可靠性问题，有效降低了市场投诉率。

2018年以来，中国汽车市场竞争加剧、自主品牌市占率明显下滑;与此同时，以可靠性著称的丰田、本田等日系品牌销量却能实现逆势上扬。不断提升产品可靠性水平是汽车行业特别是自主品牌车企需要研究的课题，本文从整车耐久试验理论出发，结合现阶段自主品牌车企实际情况，详细介绍了整车耐久试验模式设定、试验样本选择、试验运营管理的方法，提出了一种面向自主品牌车企的整车耐久试验体系建立的流程和方法，并在实践中运用，结果表明该方法能有效提升产品可靠性。

参考文献：

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