黎樹貞　王占魁

摘 要：簡要介紹了目前汽車可靠性設計和試驗驗證的方法，指出產品可靠性設計過程的基本內容，說明可靠性驗證的一般方法和過程。同時根據產品設計特點，概括了提高可靠性一些設計方法。希望通過可靠性設計方法和驗證方法等知識的介紹，提高汽車產品的可靠性設計水平，以保證汽車產品開發(fā)的質量。

關鍵詞：可靠性設計 試驗 改進

1 引言

汽車作為家庭代步工具和運輸載體工具，整車系統(tǒng)功能、性能的可靠性直接影響駕駛者和乘客的生命和財產安全，因此購買者對于汽車的可靠性十分關注，同時汽車企業(yè)為了擴大市場占有率和提高銷量，也對其產品的可靠性十分重視。汽車可靠性是指汽車在規(guī)定的條件和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力[1]。汽車在投放市場前的可靠性設計驗證工作，是汽車產品可靠性的起點和基礎，決定了汽車的固有可靠性，所以整車零部件的前期設計工作意義重大。

2 可靠性設計的內容與過程

汽車產品可靠性設計的流程大致如下：

（1）制定和分配可靠性目標；

（2）產品的可靠性設計指標計算；

（3）可靠性驗證試驗；

（4）可靠性設計改進。

2.1 制定和分配可靠性目標

設計人員根據汽車類型和用戶需求制定整車的可靠性指標目標，汽車行業(yè)內普遍采用的可靠性評價指標評價項目如下表1。設計人員綜合分析各系統(tǒng)的技術和結構特點進行指標分配。指標分配的方法可以是按從整體分解到局部，即整車系統(tǒng)子系統(tǒng)部件零件；也可以根據對標行業(yè)內相同參數的產品合理選擇。最終設定的整車和各個系統(tǒng)的可靠性目標值，將作為工程師設計產品時的基本參數，執(zhí)行到產品結構和功能設計過程中去?？煽啃阅繕酥笜说亩x依據主要為：

（1）調研開發(fā)車型的目標用戶對車的可靠性期望值，充分分析用戶需求；

（2）對標與計劃開發(fā)車型同級別車的指標，分析該車型需要超越的點；

（3）分析該車型所用關鍵零部件的技術狀態(tài)，根據實際技術能力設定開發(fā)車型的目標。

2.2 產品的可靠性設計指標計算

可靠性設計指標計算，需要把整車各個系統(tǒng)簡化成可修理的串聯(lián)系統(tǒng)，評價可靠性總目標值的主要參數是平均故障間隔里程（MTBF）和有效度（A）。設計人員需要繪制可靠性邏輯圖，建立系統(tǒng)的可靠性數學模型，然后把系統(tǒng)的可靠性特征量表示為零件可靠性特征量的函數[2]。設計過程中工程師們可以采用產品FMEA分析方法、以往試驗驗證問題統(tǒng)計分析和售后故障分布統(tǒng)計分析，根據以上數據和分析，經過一定轉換規(guī)則，得出各個設計件的平均故障間隔里程（MTBF）和有效度（A）等參數。

由所得零部件數據匯總，計算出系統(tǒng)和整車的可靠性特征量。

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：

MTBF——平均故障間隔里程，產品、系統(tǒng)、零部件從正常到發(fā)生故障時的平均里程;

MTBFf——第f個子系統(tǒng)的平均故障間隔里程；

f——子系統(tǒng)代碼；

F——子系統(tǒng)的數量；

V——平均速度；

Af——第f個子系統(tǒng)的有效度， 產品、系統(tǒng)、零部件在，規(guī)定的條件，規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能（無故障）的概率；

MTTFf——第f個子系統(tǒng)的平均修理時間，產品、系統(tǒng)、零部件從發(fā)生故障到修理完成所需時間；

Kf——第f個子系統(tǒng)的數量；

S——無故障行駛總里程；

n——試驗車數量；

λD——當量故障率；

rDj——第j輛車故障數；

S——試驗總里程；

2.3 可靠性驗證試驗

汽車可靠性驗證試驗的流程如下：

（1）確定試驗行駛里程分配與配載，試驗車輛數量；

（2）組織制造試驗整車；

（3）實車驗證；

（4）故障問題記錄、處理；

（5）出具試驗報告。

汽車企業(yè)在設計和試驗產品時，其系統(tǒng)、零部件的使用工況和功能、性能等特征值不會囊括所有用戶群體的需求，因為按照全需求設計，出來的產品成本會成倍增加，將導致產品性價比低，客戶望而止步。通常汽車生產企業(yè)會選擇B10 壽命設計法，即按照滿足90%用戶的使用目標進行車輛行駛里程的設計和驗證[3]。據此，企業(yè)在開發(fā)階段的可靠性試驗準備時，根據以上比例原則統(tǒng)計實際使用工況和使用習慣，獲取相應的整車載荷譜、環(huán)境狀況等信息，主要內容包括用戶使用車型、路面狀況、里程比例、車速、負載、交通環(huán)境、自然壞境（地理環(huán)境、氣候壞境）以及駕駛員的駕駛習慣等[4]。

路試和臺架試驗方案記錄格式如下表2所示。

試驗樣車應為按照設計要求制造的全新車輛，且經過研發(fā)部門和試驗部門共同驗收，對于不符和驗收要求的項目，須進行調整，直至滿足驗收要求，方可進行后續(xù)試驗。同時用于裝車的零部件和系統(tǒng)盡量做完各自的可靠性驗證，優(yōu)化達到可靠設計的要求在搭載在整車上進行匹配驗證。

實車驗證可以依據試驗方式的不同，分為臺架道路模擬實驗和真實道路行駛試驗。臺架道路模擬實驗是將前期收集的可靠性整車載荷譜輸入到臺架試驗設備中，將整車放置在試驗臺架上進行加速試驗；真實道路行駛試驗可分為在普通道路試驗場地上進行的常規(guī)可靠性試驗和在專門的試驗道路上進行的快速可靠性試驗，快速可靠性試驗的場地設置相當于在普通道路上增加了一定的試驗系數，相比普通試驗道路有時間和裕度優(yōu)勢。特別的，對于一些在以上試驗路況和載荷條件上不能有效驗證的系統(tǒng)，還需要進行附加考核要求，例如，某車型在某試驗場道路條件下試驗時，對于整車制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)考核不充分，為了充分驗證，需增加附加考核要求，即在整車磨合后，增加7000km的山區(qū)公路行駛。

故障記錄及處理要求，在試驗車驗收過程中發(fā)現(xiàn)的故障需要進行的調整，不須納入到故障統(tǒng)計中。試驗過程中發(fā)生的所有故障都須記錄，并按照企業(yè)車型要求，對故障進行分級。凡是經過調整、更換、維修等處置的故障，須詳細記錄故障發(fā)生和維修過程的各種信息，對于故障原因明確，且經試驗部門和研發(fā)部門共同確認，不會誘發(fā)連鎖反應的故障，可以先更換故障的零部件，以便在故障整改期間能繼續(xù)試驗。故障整改要求，試驗過程中所有一般及以上故障，必須全部關閉，并出具對應的整改報告，故障整改不能誘發(fā)其他故障，或者增加其它零部件的故障率。

試驗報告要求，試驗完畢后，試驗部門須出具整車道路可靠性試驗報告，經研發(fā)部門會簽，報告應符合GB/T 12678中的相關要求，包含以下內容：a、試驗目的；b、試驗依據；c、試驗對象；d、試驗條件：車輛、載荷、道路、氣象條件，油料及各路段實際行駛里程；e、試驗結果。

2.4 可靠性設計改進

可靠性設計改進的來源可分為，產品實驗驗證過程中發(fā)現(xiàn)的故障問題處理更改和售后用戶使用中可靠性問題的分析優(yōu)化。根據各個渠道收集的問題，認真分析根本原因，針對原因制定合理的結構功能改進方案，進行驗證合格后替換原有產品。

3 提高可靠性其他設計方法

3.1 優(yōu)先采用成熟產品的成熟結構

汽車零部件的開發(fā)設計往往不是新發(fā)明產品，其結構和功能基本都是存在的，設計者需要在選用時參考成熟的產品，成熟的產品指的是已經量產銷售一段時間，經過市場和用戶驗證過的產品。目前汽車產業(yè)的高質量開發(fā)一部分原因也是因為近幾十年行業(yè)內各個領域積累了豐富的設計經驗和驗證數據。

3.2 優(yōu)先選用標準化、通用化結構

標準化、通用化結構往往是經過嚴格評審，在各個項目驗證過的最優(yōu)解決方案。就算該結構發(fā)生問題，也能通過在某一車型上的優(yōu)化驗證后直接借用到其他車型中去，能節(jié)約大量的更改驗證時間，同時提高該結構的可靠度。

3.3 提高設計計算模型、載荷譜和應力分布等準確性

在結構設計完成后的計算中，需要運用數學力學模型公式，進行設計值計算，通過項目的設計計算值和試驗值的對比，持續(xù)優(yōu)化力學模型公式，讓模型與道路試驗接近，為設計者在前期進行結構優(yōu)化，提升開發(fā)質量。

3.4 設定合理的安全系數

進行機械設計強度設計工作中， 理論上滿足工作應力≤許用應力的條件時該結構可靠性高。當設計中確定邊界參數和結構后， 應進行CAE仿真計算， 得出產品工作應力與零部件強度值之間的關系，設定一定安全系數，目的是讓結構強度高于工作應力， 使結構可靠。

4 結語

我國的汽車產業(yè)正在經歷由量到質的轉換過程中，產品可靠性質量是消費者重點關注的產品特性，也是各個汽車企業(yè)獲得忠實消費者的關鍵。因此，汽車設計者們要從產品設計到產品使用的各個階段加強各個零部件、系統(tǒng)可靠性方面的設計與驗證研究，讓消費者用到優(yōu)質可靠的整車產品，同時也能讓企業(yè)獲得更高的銷量和利潤。

參考文獻：

[1]GB/T 12678-2021.汽車可靠性行駛試驗方法.

[2]程暢.淺談出口新加坡平車的可靠性設計[J]：鐵道車輛，2003，12（43）：14-16.

[3]于海波. 汽車承載系試驗場用戶關聯(lián)可靠性試驗方法研究[D].長春：吉林大學，2008.

[4]石慧奇. 基于用戶使用目標的汽車試驗場試驗規(guī)程研究[D].西安：長安大學，2015.