軍用整車道路行駛可靠性試驗(yàn)方法研究

楊明軍，魯吉林，余云加，葉江勇

（1.廣州廣電計(jì)量檢測股份有限公司，廣州 510627；2.中國人民解放軍陸軍裝備部裝備項(xiàng)目管理中心，北京 100072）

引言

為了提高或保證整車的可靠性及評價(jià)、驗(yàn)證汽車產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的關(guān)于整車故障及其影響的各種試驗(yàn)，統(tǒng)稱為整車可靠性試驗(yàn)。依據(jù)GJB 450A-2004《裝備可靠性工作通用要求》的觀點(diǎn)，軍用整車可靠性試驗(yàn)的目的是對定型產(chǎn)品進(jìn)行可靠性鑒定或驗(yàn)收，評價(jià)產(chǎn)品可靠性指標(biāo)是否符合最低可接收的要求，向軍方提供合格證明[1]。簡而言之，軍用整車的可靠性試驗(yàn)就是車輛的功能性能指標(biāo)、車輛的行駛時(shí)間等需符合軍車論證階段所提出的研制總要求。所謂整車故障，是指汽車整車、總成及零部件在規(guī)定條件下和規(guī)定里程內(nèi)，喪失規(guī)定功能的事件。為了保證軍用整車可靠性試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌麑?shí)施及其準(zhǔn)確性與客觀性，可把整車可靠性試驗(yàn)根據(jù)實(shí)施地點(diǎn)分為實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)和道路行駛可靠性試驗(yàn)兩種。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)主要是在室內(nèi)對整車的各項(xiàng)功能性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，道路行駛可靠性試驗(yàn)是在戶外開展車輛行駛試驗(yàn)工作，車輛試驗(yàn)人員需要選擇符合道路行駛規(guī)范的場地，進(jìn)而根據(jù)車輛的類型選擇試驗(yàn)方法。軍用整車為了驗(yàn)證其是否達(dá)到研制總要規(guī)定的可靠性指標(biāo)要求，各軍兵種均要求進(jìn)行道路行駛可靠性試驗(yàn)。在試驗(yàn)場進(jìn)行的軍用整車道路行駛可靠性試驗(yàn)屬于一種加速疲勞壽命試驗(yàn)，車輛通過在各種典型路面的道路行駛，誘發(fā)出產(chǎn)品故障，找出其薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行改進(jìn)，完成新研軍車的可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證[2-4]。

軍用整車道路行駛可靠性試驗(yàn)是一項(xiàng)耗時(shí)長，資金需求較大的試驗(yàn)。通常需要在規(guī)定的時(shí)間和有限的試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)內(nèi)，通過試驗(yàn)——分析——改進(jìn)——試驗(yàn)的方法使整車裝備達(dá)到規(guī)定指標(biāo)的要求。因此，研究一種適合軍用整車道路行駛可靠性試驗(yàn)方法尤為重要。

1 整車道路行駛可靠性評價(jià)指標(biāo)

軍用整車道路行駛可靠性評價(jià)指標(biāo)有平均首次故障里程（MTTFF）、平均故障間隔里程（MMBF）、有效度、維修時(shí)間、維修費(fèi)用等[5]。平均首次故障里程是指一批同型號、同技術(shù)狀態(tài)的車輛裝備按規(guī)定條件進(jìn)行行駛試驗(yàn)，各車輛裝備首次出現(xiàn)故障的行駛里程平均值。平均故障間隔里程是指一批同型號、同技術(shù)狀態(tài)的車輛裝備按規(guī)定條件進(jìn)行行駛試驗(yàn)，在道路行駛可靠性試驗(yàn)規(guī)定的行駛里程內(nèi)，所有車輛裝備出現(xiàn)故障的總次數(shù)中，平均每兩次故障之間的行駛里程。有效度主要指車輛裝備在規(guī)定的使用和維修條件下保持車輛裝備正常狀態(tài)的概率。維修時(shí)間主要是指車輛裝備發(fā)生故障到維修完成恢復(fù)正常功能所用的時(shí)間。維修費(fèi)用主要是指維修車輛裝備期間維修、部件更換、人工工時(shí)等費(fèi)用的總和。車輛裝備是一種發(fā)生故障后允許進(jìn)行修理和更換部件使之重新工作的可修復(fù)系統(tǒng)。在研究可靠性時(shí)，平均首次故障行駛里程更多的是反映車輛裝備早期可靠性水平，車輛裝備交付使用后軍方更多關(guān)注車輛裝備平均故障間隔里程指標(biāo)，即在使用過程中出現(xiàn)故障至下一次故障出現(xiàn)時(shí)的行駛里程。

2 整車道路可靠性試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)路面

軍用整車的道路行駛可靠性試驗(yàn)前需要確定車輛裝備技術(shù)狀態(tài)、裝載質(zhì)量、試驗(yàn)道路等條件后開展試驗(yàn)。GB/T 12678-1990《汽車行駛可靠性試驗(yàn)方法》和GB/T 12534-1990《汽車道路試驗(yàn)方法通則》中詳細(xì)規(guī)定了車輛行駛可靠性的試驗(yàn)條件，包括試驗(yàn)車輛準(zhǔn)備、試驗(yàn)路面、裝載質(zhì)量、輪胎氣壓、燃料潤滑油脂和制動液等。行駛可靠性試驗(yàn)道路通常包括整車性能試驗(yàn)道路、試驗(yàn)場可靠性試驗(yàn)道路以及常規(guī)可靠性試驗(yàn)道路。試驗(yàn)道路包含鋪裝路、起伏路、沙石路、石塊路、魚鱗坑路等多種路面。為了軍用車輛裝備道路行駛可靠性試驗(yàn)?zāi)茼樌?yàn)收，試驗(yàn)需要選擇合適的試驗(yàn)道路。由于在鋪裝路面上進(jìn)行行駛可靠性試驗(yàn)直至車輛裝備出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)失效，通常車輛裝備需要進(jìn)行幾萬公里甚至幾十萬公里的試驗(yàn)。為了縮短試驗(yàn)周期，軍用整車道路行駛可靠性試驗(yàn)一般都在集中在具有各種典型路面的試驗(yàn)場進(jìn)行，如高速環(huán)道、各種強(qiáng)化路面、越野路、山路等。

2.2 試驗(yàn)方法

GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》中給出的可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案有序貫試驗(yàn)方案、定時(shí)截尾試驗(yàn)方案和全數(shù)試驗(yàn)方案[6]。在研制總要求中給出最低可接收的可靠性指標(biāo)要求時(shí)，可以選擇GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》中給出的定時(shí)截尾試驗(yàn)方案。使用GJB 899A-2009進(jìn)行軍用整車道路行駛可靠性考核，通過平均故障間隔里程值可以客觀體現(xiàn)整車固有可靠性，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)對試驗(yàn)做出接收或拒收判決后，還可以給出平均故障間隔里程的點(diǎn)估計(jì)值、置信區(qū)間和置信度等參數(shù)。

由于車輛裝備交付軍方一般具有較為明確的節(jié)點(diǎn)要求，可靠性試驗(yàn)需要盡快給出試驗(yàn)結(jié)論，定時(shí)截尾試驗(yàn)方案由于試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、試驗(yàn)需要的人力和保障資源易于控制，可操作性和計(jì)劃性強(qiáng)，所以在實(shí)際試驗(yàn)過程中，軍方與研制單位通常會選取定時(shí)截尾試驗(yàn)方案進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，選用定時(shí)截尾試驗(yàn)方法，其試驗(yàn)到預(yù)定時(shí)間就終止，試驗(yàn)時(shí)間可控計(jì)劃性強(qiáng)，到時(shí)按預(yù)定的故障數(shù)判決平均故障間隔里程驗(yàn)證值合格與否，判據(jù)明了、可操作性好，常為產(chǎn)品生產(chǎn)、使用、第三方評價(jià)首先選用[7-9]。

2.3 評估方法

在標(biāo)準(zhǔn)GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》中提供了很多套定時(shí)截尾的可靠性鑒定試驗(yàn)方案，需要說明的是GJB 899A-2009中給出的平均故障間隔時(shí)間里的時(shí)間是廣義的，它可以是日歷時(shí)間、循環(huán)次數(shù)、行駛里程。平均故障間隔里程與平均故障間隔時(shí)間可以通過行駛速度和行駛時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)行具體裝備可靠性試驗(yàn)時(shí)，需要綜合考慮費(fèi)用、時(shí)間和決策風(fēng)險(xiǎn)的可接受度進(jìn)行方案選定，選定定時(shí)截尾試驗(yàn)方案后，也就確定了總試驗(yàn)時(shí)間和接收判決故障數(shù)。

1）無故障情形下的可靠性評估方法

設(shè)該型車的壽命服從指數(shù)分布，即

則在無故障條件下，平均故障間隔里程θ的1-α水平最優(yōu)置信下限為

即

則在1-α水平下的平均故障間隔里程最優(yōu)置信下限為

2）有故障情形下的可靠性評估方法

對于定時(shí)截尾試驗(yàn)，總試驗(yàn)時(shí)間為

在t0時(shí)間之前發(fā)生了r個(gè)失效，第r次失效發(fā)生的時(shí)間是顯然第r+1個(gè)失效發(fā)生時(shí)間為則

3 應(yīng)用實(shí)例

以上探討與理論分析得到某機(jī)關(guān)與軍方認(rèn)可，并通過GJB 899A-2009有很強(qiáng)的可操作性，與單純的只通過行駛可靠性的傳統(tǒng)方法相比，可靠性考核的內(nèi)容、時(shí)間長度、經(jīng)費(fèi)控制、試驗(yàn)結(jié)果等更詳實(shí)，可靠性的置信區(qū)間可量化，對整車的可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量提升更具應(yīng)用價(jià)值。具體應(yīng)用在某型號整車行駛可靠性試驗(yàn)的案例如下。

在某型號車輛道路可靠性試驗(yàn)中，考核該型號車的可靠性指標(biāo)要求為平均故障間隔里程不小于2 000 km。

由于該型號車是在已通過技術(shù)鑒定的某型車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改型設(shè)計(jì)而成，其動力總成、傳動系統(tǒng)和車體系統(tǒng)等主要系統(tǒng)保持不變，僅在部分功能任務(wù)組件配置與總體布局上存在差異，例如車體長度、電臺型號和座椅數(shù)量等，在關(guān)鍵零部件的型號選取和工藝措施上，該型車在上一代系列上進(jìn)行了升級改進(jìn)處理。因此通過評估可認(rèn)為，該型車的可靠性水平不低于上一代車型系列。因?yàn)樯弦淮囆偷钠骄收祥g隔里程為5 002.7 km，因此該型車的鑒別比θ0/θ1應(yīng)大于5 002.7 / 2 000=2.5，參考GJB 899A-2009之表A.6（見表1），選取鑒別比為3。其中0θ指平均故障間隔里程，1θ是指平均故障間隔里程的最低可接受值，這里1θ=2 000 km。

參照該型號車輛行業(yè)慣例和其他型號可靠性置信水平的要求，本次試驗(yàn)專項(xiàng)方案推薦置信水平為0.7，即要求平均故障間隔里程置信下限不小于2 000 km的概率不低于0.7。

結(jié)合鑒別比3，由于被試樣品為產(chǎn)品車輛，為確保車輛狀態(tài)完好，本著盡量節(jié)省試驗(yàn)里程的原則，從GJB 899A-2009之表A.6的標(biāo)準(zhǔn)型定時(shí)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案簡表中的15/16/17號方案中選擇第17號方案，如表1所示。

此時(shí)，試驗(yàn)里程相對于最低可接受值1θ的倍數(shù)為4.3，即試驗(yàn)需要開展2 000×4.3=8 600 km；結(jié)合GJB 848-1990《裝甲車輛定型試驗(yàn)規(guī)程》之試驗(yàn)路面行駛里程分配比例規(guī)定，擬在某地區(qū)夏季開展8 600 km的可靠性試驗(yàn)，按照鋪裝路、起伏路、沙石路與沙漠路面，依次占比為20 %、30 %、30 %和20 %開展試驗(yàn)，具體試驗(yàn)路面分配如表2所示。試驗(yàn)過程中，車輛在保證安全情況下，以盡可能高的速度行駛。

為進(jìn)一步根據(jù)該車實(shí)際試驗(yàn)表現(xiàn)，及時(shí)進(jìn)行可靠性評估決策分析，在上述試驗(yàn)過程中，按照試驗(yàn)過程中先后出現(xiàn)的第i(i=i，2，…)個(gè)故障時(shí)，依次進(jìn)行相應(yīng)的可靠性評估，考察相應(yīng)得出的平均故障間隔里程置信下限如果平均故障間隔里程置信下限θL(i)超過要求的2 000 km，則可以判定該型車通過道路可靠性試驗(yàn)考核，其平均故障間隔里程≥2 000 km；否則，繼續(xù)開展試驗(yàn)，直到累計(jì)試驗(yàn)8 600 km停止本次道路可靠性試驗(yàn)。

為支持上述試驗(yàn)決策思路，按照平均故障間隔里程置信下限θL(i)等于2 000 km的最低要求，根據(jù)2.3小節(jié)中的公式（4）和（9），計(jì)算該型車滿足2 000 km要求下出現(xiàn)第i(i=i，2，…)個(gè)故障的最小累積試驗(yàn)里程iT，即可靠性試驗(yàn)停止里程iT，如表3所示。

因此，在本次可靠性試驗(yàn)中，在GJB 899A-2009之表A.6的第17號方案基礎(chǔ)上，結(jié)合不同故障次數(shù)下最小累積試驗(yàn)里程的計(jì)算，給出具體的可靠性試驗(yàn)方案如下：

1）如果在2 407.9 km試驗(yàn)中，沒有出現(xiàn)故障，則其平均故障間隔里程≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，轉(zhuǎn)到2）繼續(xù)試驗(yàn)；

2）如果在4 878.4 km試驗(yàn)中，至多出現(xiàn)1次故障，則其平均故障間隔里程≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，轉(zhuǎn)到3）繼續(xù)試驗(yàn)；

3）如果在7 231.1 km試驗(yàn)中，至多出現(xiàn)2次故障，則其平均故障間隔里程≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，轉(zhuǎn)到4）繼續(xù)試驗(yàn)；

表1 標(biāo)準(zhǔn)型定時(shí)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案簡表

表2 行駛可靠性試驗(yàn)里程分配

表3 按照滿足平均故障間隔里程置信下限要求的可靠性試驗(yàn)停止里程

4）繼續(xù)試驗(yàn)直到累積試驗(yàn)里程達(dá)到8 600 km停止試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)中出現(xiàn)的故障次數(shù)，按照公式（9）計(jì)算平均故障間隔里程置信下限，如其≥2 000 km，滿足該型車道路可靠性要求；否則，不滿足該型車道路可靠性要求。

4 結(jié)論

本文提出了軍用整車進(jìn)行道路行駛可靠性試驗(yàn)的必要性，通過對整車可靠性指標(biāo)分析，探討了一種通過GJB 899A-2009定時(shí)截尾試驗(yàn)方案要求的整車道路行駛可靠性試驗(yàn)方法，并通過實(shí)例給出了一種具體實(shí)施方法。但GJB 899A-2009應(yīng)用在整車道路行駛可靠性試驗(yàn)方法中仍有一定局限性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）GJB 899A-2009沒有給出適用整車道路可靠性的試驗(yàn)應(yīng)力剖面圖；

2）當(dāng)前整車系統(tǒng)參照GJB 899A-2009綜合應(yīng)力試驗(yàn)的可靠性考核給出的故障統(tǒng)計(jì)原則、可接收故障數(shù)主要針對設(shè)備級可靠性試驗(yàn)制定的，整車系統(tǒng)的考核參照該標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行是否合理需要大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證；

3）整車行駛道路可靠性一般與維修性相結(jié)合進(jìn)行，GJB 899A-2009中并無相關(guān)內(nèi)容。

因此，使用GJB 899A-2009中的方法進(jìn)行軍用整車道路行駛可靠性試驗(yàn)還需對綜合應(yīng)力考核的剖面圖和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善。