汽车可靠性分析概述

2020-04-10班兵芦凡王军

汽车实用技术 2020年4期

班兵芦凡王军

摘要：汽车可靠性涉及汽车设计、试验、制造、运输、贮存、使用及车辆维护等内容，是汽车产品性能的重要指标之一。汽车可靠性分析在可靠性研究中扮演着重要角色^[1]，在此基础上，文章首先梳理了国内外汽车的可靠性发展历程;其次，对不同的可靠性分析方法进行了介绍;然后，对汽车可靠性设计进行了简要说明;最后，文章对我国汽车可靠性现状进行了总结与展望。关键字：汽车可靠性;发展;分析;提升

中图分类号：U461.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）04-71-03

Automotive Reliability Analysis Overview

Ban Bing， Lu Fan， Wang Jun

（ Shaanxi Heavy Vehicle Co.， Ltd.， Shaanxi Xi'an 710043 ）

Abstract：Automobile reliability through the design， test， manufacture， transportation， storage， use and maintenance of automobile products， and it is an important index to evaluate the quality of automobile products. Automobile reliability analysis plays a very important role in reliability research. This paper firstly reviews the development of automobile reliability. Secondly， different reliability analysis methods are introduced. Then， the reliability design of the vehicle is briefly described. Finally， the paper summarizes and looks forward to the present situation of automobile reliability in China.

Keywords： Automobile reliability; Development; Analysis; Improve

CLC NO.：U461.7 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）04-71-03

前言

隨着我国国民经济的高速发展、国民生活水平显著提高，对高可靠性、高效率、快速安全的车型需求大幅增长。在控制整车成本的基础上，提高产品的可靠性是产品市场竞争力提升的重要手段之一。

1 汽车可靠性发展里程

1.1 国外

欧美国家在汽车可靠性的研究方面始终处于行业前列，美国GM（通用）公司率先在整车设计中提出加入可靠性指标的概念，旨在于提升产品可靠性，并于1924年修建的整车试验场中完成了乘用车的成批综合试验;1964年，美国约翰迪尔公司建立了整车可靠性研究部并提出有关产品可靠性的具体评价指标，并且在控制发动机零件的可靠性时，采用了500h、1000h、1500h等不同级别的积累故障率;1996年，福特公司建立了可靠性试验中心并进行了大规模的汽车可靠性试验。

上世纪五十年代，日本相关科研机构开始致力于汽车可靠性的研究，通过从美国不断引进可靠性技术并结合本国汽车行业现状，逐渐形成新的质量管理系统。在此基础上日本专门设立了可靠性及质量控制小组，并发布了全面质量管理方法。六十年代末期，美国对从日本进口的汽车采取了退货处理，造成了恶劣影响^[2]，日本汽车行业因此愈发重视汽车的可靠性。基于退货事件造成的恶劣影响，日本相关科研机构与可靠性委员会强强联合，以保障汽车可靠性为目标出发成立了汽车安全对策协议会，在以往质量管理措施基础上，利用新方法开展产品可靠性研究。

1.2 国内

上世纪六十年代中期，我国在通讯、航空、核能等领域内率先展开可靠性工程的研究与运用，1982年，伴随着中国工程学会成立了机械可靠性学组，我国汽车行业也逐渐迈进可靠性研究行列中。1972年7月至1973年12月，在此期间，国内多家汽车制造厂商的产品在长春汽车研究所海南试验站进行了质量检查考核;1983年至1984年，汽车行业迎来新的变革，多家科研机构和汽车生产厂商进行了大规模的汽车可靠性验证试验，并基于此初步了解了国产汽车的可靠性状况;1984年可靠性专业委员会成立，属于中国汽车工程学会的下属组织，该组织在进行可靠性理论研究的同时也积极开展学术交流活动，1997年又颁布了《汽车整车产品质量检验评定方法》^[3];21世纪国家提出新的战略目标，旨在于将我国由汽车生产大国打造成汽车强国。

2 汽车可靠性分析方法

汽车可靠性分析不仅仅是对汽车产品做出“可靠”或是“不可靠”的定性评价，还必须进行定量分析。汽车可靠性分析方法主要包含三种：（1）FTA和FMEA等演绎的方法，经过一系列试验验证后，获得产品材料、工艺以及零部件等方面的缺陷，根据这些缺陷对产品可靠性进行改进与提升;（2）以产品运用和试验验证为前提，对此过程中获得的实车数据加以总结与分析，以此为基础来评价其产品的可靠性水平;（3）运用有限元分析方法或者疲劳—寿命理论对产品金属结构零部件进行仿真分析或者试验验证分析，基于此来评价其寿命及可靠性。

2.1 FTA和FMEA分析

FTA（故障树分析）和FMEA（故障模式及影响分析）的逻辑分析方式分别是由上至下和由下至上，属于互为正、逆向的两种汽车可靠性分析方法。FTA是指将系统的顶事件逐步分解，直到分解到底层事件为止，而FTA是指基于现存故障信息，由零部件故障而导致的系统状态发生变化，从而对其模式及影响进行分析。

2.1.1 FTA

故障树分析属于故障事件满足一定发生条件的逻辑分析方式，隶属于图形演绎方法。故障树以系统故障作为导向，由上至下对整个系统进行全方位诠释，是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，有助于分析正常及故障两种状态和无时序的系统。

（1）故障树定性分析

故障树的定性分析旨在于对引起顶事件发生的多个故障原因及其组合进行系统性和全面性的识别，其主要内容包括最小割集和最小径集的求解，最小割集越多的话代表系统发生故障的模式就越多，在求解出最小割集的同时对最小割集进行处理，可以针对性的提升某个系统的可靠性;因为最小径集代表了系统的安全性，最小径集的数量代表了与之相对应的抑制顶事件发生的控制方案的数量，最小径集中包含的基本事件数量越小直接决定需要控制的基本事件和控制时间发生的成本越小。

（2）故障树定量分析

进行故障树定量分析的目的旨在于将故障树作为总的计算模型，求解顶事件的发生概率、三大重要度（前提条件：底事件发生概率已知），从而评价系统乃至整车的可靠性。重要度是事件及其集合对顶事件贡献程度的直观反映，主要分为以下三种：1）概率重要度;2）结构重要度;3）关键重要度。依据故障树的不同结构特征及其应用目的，针对性的选取合适的重要度进行分析。

2.1.2 FMEA

FMEA是与FTA不同的一种可靠性分析方法，根据零部件故障导致系统状态的模式及影响分析，属于由下至上的分析归纳法。FMEA的主要研究目的在于以产品使用过程中发生的故障作为前提，对产品设计到落地阶段的一系列零部件制造方式、检查方式等方面进行详细分析，根据分析结果确定其故障模式及薄弱环节，为提升产品可靠性提出依据。在设计、研制和使用等不同的生命周期，FMEA所应用方法包括：

（1）故障分析

将整车划分成七个子系统，分析各个子系统的故障频率并得到相应频率图，如图所示。

对各系统出现的故障模式进行统计分，如图所示：

根据对各系统故障模式的统计，得到个系统故障故障占比。

（2）危害度分析

通过危害度分析可以得到各子系统中危害度最高的故障模式，为后续车辆可靠性分析提供依据。

2.2 数据归纳分析

2.2.1 道路试验

依据试验方式的不同，通常将汽车可靠性试验分为在普通道路试验场地上进行的常规可靠性试验、在专门的试验道路上进行的快速可靠性试验两种试验方法，快速可靠性试验的场地具有一定的快速试验系数，相较于普通试验道路有较大优势。根据道路试验得到的可靠性数据进行数学统计分析，得到故障分布，计算可靠性水平。

（1）可靠性数据的收集及初步整理：搜集试验数据，直方图分析确定故障服从何种分布，常用的故障分布类型包括指数分布、威布尔分布、正态分布等，故障分布类型的不同直接影响对可靠性的研究^[4]。

（2）故障分布的统计推断：计算分布参数，确定分布函数。

（3）分布的拟合优度检验：拟合优度是度量故障数据的分布与选定理论分布之间符合程度的无量纲量，依据拟合优度可推断出故障数据是否服从初步分析选定的分布类型。

（4）计算可靠性指标：根据故障分布函数计算汽车可靠性指标。

2.2.2 售后数据

根据汽车可靠性试验标准可以确定准确的试验里程，明确实验方案，但是相对于汽车的整个生命周期来说，可靠性试验标准的试验里程还是很小，可信度偏低;此外汽车可靠性试验标准规定的试验工况与实际行车时的使用工况存在较大差异，且此类差异不易被掌握。我国汽车工业发展较晚，再加上网络发展与售后服务发展缓慢，导致对多种存在于售后服务网络中的故障信息重视度不够。以售后数据为支撑，全方面系统性的进行整车及零部件可靠性分析，建立合理可行的评价体系极为重要。售后数据分析所用方法与道路试验分析方法相同，只是数据获取途径不同。

3 汽车可靠性设计

汽车产品设计影响汽车的固有可靠度，利用售后数据对零部件、子系统乃至整车的可靠性进行研究分析，建立可行的评价指标体系具有重要意义^[5]。汽车产品设计影响汽车的固有可靠度，汽车可靠性设计方法的运用对提升汽车产品的可靠性产生深远影响。产品设计和制造的固有可靠性是整车可靠性水平得以保证的基础，因此必须将可靠性和汽车产品设计过程结合起来。汽车是否具有满意的可靠性依赖于前期的设计工作，重视汽车可靠性设计阶段的工作质量是至关重要的。汽车可靠性设计的具体内容包括：

（1）制定系统可靠性目标;

（2）可靠性指标的分配与预测;

（3）结构可靠性设计与验证;

（4）系统可靠性设计与验证;

（5）维修制度的设计与验证;

（6）耐特殊環境设计;

（7）外购件的选用与可靠性验证;

（8）工艺可靠性设计;

（9）运输、存储、包装的可靠性;

（10）用户使用中可靠性信息的收集与可靠性改进。

4 总结

可靠性问题越来越受到企业的重视，但是相对于国外企业，国内汽车企业对可靠性的研究还不成体系，与国外存在很大差距。因此，要加强汽车企业在汽车可靠性方面的研究，从产品设计直到产品使用和维护期间的各个研发阶段，必须全面保证溶入可靠性工作。