汽車可靠性試驗(yàn)及綜合評(píng)定方法研究

李憲民

(長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院,陜西 西安 710064)

0 引 言

可靠性是近二三十年發(fā)展起來的一門新興學(xué)科,從二十世紀(jì)六十年代起,一些數(shù)學(xué)家及工程技術(shù)人員便開始用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行了大量研究.八十年代中國汽車工業(yè)公司董事會(huì)也提出了“提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量,主攻汽車可靠性的工作方針”,隨后又頒布了汽車可靠性考核評(píng)定辦法,這不但用在新產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定,也用在大修質(zhì)量檢驗(yàn)上,但是該項(xiàng)工作的推進(jìn)進(jìn)展緩慢,也沒有引起足夠重視.

近些年來,隨著汽車的普及,汽車技術(shù)的發(fā)展,結(jié)構(gòu)的復(fù)雜以及人們需求水平的提高，人們對(duì)汽車的可靠性也提出了越來越高的要求[1].特別是2013年10月1日,汽車三包法的實(shí)施,人們更關(guān)注汽車產(chǎn)品的質(zhì)量,今后汽車產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)就是可靠性,也只有那些高可靠性的汽車,才能在今后的競(jìng)爭(zhēng)中幸存下來[2].為此,以SX4255NR38.4T汽車為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行50 000km可靠性試驗(yàn),記錄其發(fā)生的故障和對(duì)應(yīng)的相對(duì)里程,通過故障分析,進(jìn)行可靠性綜合評(píng)定,以此找出零部件失效原因及汽車設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié),為汽車方案的改進(jìn)提供依據(jù),從而使汽車可靠性水平得以提高.

1 可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)

汽車可靠性的評(píng)定指標(biāo)主要有[3]:平均故障間隔里程、平均首次故障里程.平均維修時(shí)間和平均有效度等,其故障里程及維修時(shí)間均按指數(shù)分布規(guī)律進(jìn)行,試驗(yàn)為定時(shí)截尾[4].

1.1 平均故障間隔里程

平均故障間隔里程是指可維修產(chǎn)品在兩次相鄰故障間的平均工作時(shí)間.計(jì)算時(shí)假設(shè)汽車發(fā)生故障,經(jīng)過修復(fù)后,系統(tǒng)完全恢復(fù)原來狀況,相當(dāng)于不可維修系統(tǒng)中又一個(gè)新的樣品開始工作,這樣就可以按不可維修系統(tǒng)的計(jì)算方法求其評(píng)價(jià)指標(biāo)[5],根據(jù)需要不同,可以按各類故障分別計(jì)算出其故障間隔里程對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),計(jì)算中采用當(dāng)量故障數(shù)的計(jì)算方法,即將各類故障都折算為一般故障,其計(jì)算公式為

其中n為子樣數(shù)；tj為第j輛車的行駛里程(km)；rj為第j輛車的當(dāng)量故障數(shù).

1.2 平均首次故障里程

平均首次故障里程,是指出現(xiàn)故障前的平均故障里程(時(shí)間),也就是由開始工作到發(fā)生故障的連續(xù)正常工作的平均工作里程或時(shí)間.

t=tm/r.

ti為第i次當(dāng)量首次故障里程;rj為第j次的當(dāng)量故障數(shù)

當(dāng)定時(shí)截尾試驗(yàn)時(shí),平均首次故障里程點(diǎn)估計(jì)值:MTTFF=T/R.

其區(qū)間估計(jì)置信下限按下式計(jì)算:(MTTFF)L=2T/x2(2R+2α)

1.3 平均維修時(shí)間

維修時(shí)間包括故障維修時(shí)間和預(yù)防維修時(shí)間[7],前者又包括人為故障維修時(shí)間,各種平均維修時(shí)間計(jì)算方法相同.可按下式計(jì)算:

1956年 2 月，蘇聯(lián)共產(chǎn)黨召開了第二十次代表大會(huì)。在蘇共二十大全部議程結(jié)束后舉行的秘密會(huì)議上，蘇共中央第一書記赫魯曉夫作了題為 《關(guān)于個(gè)人崇拜及其后果》的報(bào)告，大反斯大林，后來人們把這個(gè)報(bào)告稱為《秘密報(bào)告》。

其中MTTR為平均維修時(shí)間(h);n為試驗(yàn)車輛數(shù)；kj為第j輛車的故障數(shù)(本試驗(yàn)只計(jì)維修故障數(shù))；τi為第i個(gè)故障維修時(shí)間(h).

1.4 平均有效度

有效度是可維修系統(tǒng)廣義可靠性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo);表示有效度的指標(biāo)很多,這里采用時(shí)間有效度,其定義為A=可工作時(shí)間/可工作時(shí)間+不能工作時(shí)間=T/T+T′.

τj=τ1+τ2+τ3,

τ1為故障維修時(shí)間;τ2為預(yù)防維修時(shí)間;τ3為人為故障維修時(shí)間.

2 可靠性試驗(yàn)

2.1 磨合行駛

(1) 磨合行駛里程3 000km;(2) 汽車載荷和車速限制,按GB/T12534—1990汽車道路試驗(yàn)方法通則和使用說明書規(guī)定執(zhí)行,詳見表1.

(3) 磨合行駛期間技術(shù)要求.

磨合行駛期間技術(shù)要求按GB/T12678—1990汽車道路試驗(yàn)方法通則的規(guī)定執(zhí)行:①行駛至1 500km、3 000km時(shí),更換發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油,并清洗或更換機(jī)油濾清器.

②行駛至1 500km和3 000km時(shí),更換變速器、驅(qū)動(dòng)橋主減速器的潤滑油.

表1 汽車可靠性行駛要求

③行駛至1 000km時(shí),調(diào)整怠速.

2.2 可靠性行駛

(1) 試驗(yàn)車輛每日行駛250～300km,其中包括強(qiáng)化道路(壞路)70～85km,按定期檢查卡所規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行檢查,不正常者記為故障,故障里程為當(dāng)時(shí)里程表讀數(shù)減去初始里程再乘以里程表校正系數(shù).

(2) 試驗(yàn)期間嚴(yán)格按使用說明書規(guī)定的操作方法進(jìn)行駕駛,不能脫擋滑行,在保證安全的情況下,盡量以較高車速行駛.

(3) 試驗(yàn)期間,嚴(yán)格按使用說明書規(guī)定的里程及項(xiàng)目進(jìn)行定期保養(yǎng)維修.每行駛5 000km進(jìn)行一次保養(yǎng),除此之外未進(jìn)行任何自行維修保養(yǎng).

(4) 行駛中發(fā)現(xiàn)的故障,除作詳細(xì)記錄外,原則上即進(jìn)行排除.且要求所更換配件為原配套廠產(chǎn)品.

(5) 試驗(yàn)道路按前述比例分配,每進(jìn)行1 000km循環(huán)一次,每個(gè)循環(huán)壞路行駛里程均超過280km.

(6) 故障判斷,試驗(yàn)車輛發(fā)生故障與否,憑責(zé)任駕駛員和試驗(yàn)員的感官判斷,在感官判別不定的情況下,可使用一般器具作進(jìn)一步判別,或由試驗(yàn)負(fù)責(zé)人召集小型故障診斷會(huì)來確診.

(7) 試驗(yàn)記錄,每天行駛都嚴(yán)格填寫“行車記錄卡”,每發(fā)現(xiàn)一個(gè)故障,填寫一張“故障維修記錄卡”(原始記錄資料略).

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 汽車故障分類

汽車故障定義、分類標(biāo)準(zhǔn)按《汽車可靠性考核評(píng)定暫定辦法》進(jìn)行分類,分類結(jié)果見表2,為便于掌握故障分類標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行可靠性試驗(yàn)前,先訂出典型故障實(shí)例500例.(本文略).

表2 故障分類表

3.2 故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2.1 試驗(yàn)結(jié)果 通過可靠性試驗(yàn),其故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3.

3.2.2 各總成對(duì)整車可靠性的影響 通過可靠性試驗(yàn),各總成對(duì)可靠性影響的主次如圖1所示.

3.2.3 汽車各總成故障模式 SX4255NR38.4T汽車各總成故障模式見表4.

3.2.4 故障分析 (1) 發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)量故障數(shù)為32.5占整車故障的17.5%;

(2) 地盤的當(dāng)量故障數(shù)為166.5,占整車故障的89%,其中,承載系數(shù)影響較大,當(dāng)量故障頻率為46.3%,主要故障模式為支架折斷;

(3) 車身當(dāng)量故障數(shù)為167.9,占整車故障的90.2%,主要模式為開裂、開焊,如圖2所示;

(4) 電器儀表的當(dāng)量故障數(shù)為186,5,占整車故障的100%,其中,小件設(shè)備影響較大.

表3 總成故障統(tǒng)計(jì)表(SX4255NR38.4T)

表4 SX4255NR38.4T汽車故障模式統(tǒng)計(jì)

圖1 總成故障主次圖 圖2 SX4255NR38.4T型汽車故障模式主次圖

4 可靠性綜合評(píng)定

4.1 單項(xiàng)指標(biāo)

4.1.1 平均首次故障里程MTTFF 根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得出汽車平均首次故障里程見表5.

4.1.2 平均故障間隔里程 根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)計(jì)算得出平均故障的間隔里程見表6.

4.1.3 平均故障維修時(shí)間及有效度 根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)計(jì)算得出汽車平均故障維修時(shí)間為118.15h,汽車平均有效度A為92%.

4.2 綜合評(píng)定分值Q

根據(jù)《汽車可靠性考核評(píng)定暫定辦法》的規(guī)定,可靠性綜合評(píng)定分值Q可按式(1)計(jì)算[8]:

表6平均故障間隔里程的計(jì)算結(jié)果km

故障類別點(diǎn)估計(jì)值置信度90%時(shí)的置信下限 致命故障—— 嚴(yán)重故障8 333.37 832 一般故障1 6671 566.4 輕微故障1 5621 468.5 當(dāng)量故障885.5832

其中Q為可靠性評(píng)定值；ri為第i類故障累計(jì)次數(shù)；toi為第i類故障首次故障里程(km);t為試驗(yàn)終止里程(km);εi為各類故障危害度系數(shù),采用本上式計(jì)算時(shí),各類故障危害度系數(shù)取值如下:

ε1=1 000(致命故障);ε2=50(嚴(yán)重故障);ε3=5(一般故障);ε4=2(輕微故障);A為 有效度;k為試驗(yàn)類型修正系數(shù),50 000km可靠性試驗(yàn)時(shí),取k=5.0.

代入可靠性單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值,可得汽車的綜合評(píng)定分值為

根據(jù)汽車可靠性考核評(píng)定暫定辦法的規(guī)定,SX6770GEN汽車的可靠性屬于優(yōu)秀.

5 結(jié) 論

(1) SX4255NR38.4T汽車的可靠性指標(biāo):其有效度為92%,可靠性質(zhì)量評(píng)分為90分,屬于優(yōu)秀;

(2) SX4255NR38.4T汽車的支架為整車的薄弱環(huán)節(jié),兩輛試驗(yàn)車的12次嚴(yán)重故障中懸掛系統(tǒng)的故障為9次,占75%,按當(dāng)量故障數(shù)計(jì)算站56.6%,由此可見,改進(jìn)支架的質(zhì)量是提高可靠性的關(guān)鍵;

(3) SX4255NR38.4T汽車的外購件如支架及電氣儀表等的損壞次數(shù)占整車故障數(shù)的25%.因此應(yīng)加強(qiáng)外購件的進(jìn)廠檢驗(yàn).

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