工程機(jī)械控制器的加速壽命測試初探

金忠 羅冰

0 引言

隨著工程機(jī)械的日趨智能化，工程機(jī)械控制器對整機(jī)的可靠性影響越來越大。其可靠性指標(biāo)通常為數(shù)十萬小時。由于整機(jī)的可靠性指標(biāo)通常為數(shù)千小時，因此隨車進(jìn)行控制器的可靠性測試是不現(xiàn)實(shí)的。根據(jù)元器件的可靠性壽命推算控制器壽命的方法簡便，但其并未考慮使用過程中的環(huán)境影響。因此，推算得出的結(jié)果只能作為粗略的估計。采用加速壽命試驗(yàn)是一種更為合理、經(jīng)濟(jì)，可信度更高的方法。本文根據(jù)《GJB899A-2009可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》設(shè)計了加速壽命測試試驗(yàn)，并對一款工程機(jī)械控制器的壽命進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)設(shè)計

受試樣品給出的受試目標(biāo)值θ1為100000臺時。根據(jù)《GJB899A-2009可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》，選擇定時截尾測試方案中的標(biāo)準(zhǔn)型統(tǒng)計方案。根據(jù)使用方風(fēng)險、生產(chǎn)方風(fēng)險，鑒定比，選擇17號測試方案。其使用方風(fēng)險和生產(chǎn)方風(fēng)險均為20%，鑒定比為3.0，故障接收次數(shù)為2次以內(nèi)，故障拒收次數(shù)為3次以上。據(jù)此方案，計算測試所需要的臺時為：

應(yīng)力取溫度和濕度兩種。溫度應(yīng)力使用阿倫尼斯模型。它反映了電子元器件的壽命與溫度之間的關(guān)系。其加速因子模型為：

其中：

Ea：活化能activation energy，單位：eV

K：Boltzmann常數(shù)，值為（8.623*10-5），單位：eV/°K

Tu：加速溫度應(yīng)力，單位：°K

Ts：常溫應(yīng)力，單位：°K

濕度應(yīng)力使用Hallberg和Peck模型。加速因子模型為：

其中RHstress為加速試驗(yàn)相對濕度，RHnormal為正常工作相對濕度。n為溫度的加速度常數(shù)。

根據(jù)HP可靠性工程部的測試規(guī)范，對新控制器的Ea，可取值為0.67eV，做常數(shù)處理。

取加速溫度為95℃，常溫取25℃。

根據(jù)公式（2），可求得阿氏模型的加速系數(shù)為：

本試驗(yàn)中，因此取RHnormal=0.6，對應(yīng)的加速濕度RHstress=0.8，取n值為2.5。根據(jù)公式（3），可計算出濕度加速系數(shù)為：

溫度濕度應(yīng)力同時加載，其總的加速系數(shù)為：

對4個樣本進(jìn)行加速壽命測試，所需要的測試時間為

即：在恒溫恒濕條件下對被測對象進(jìn)行加速壽命測試，需要進(jìn)行363H的測試。

2 測試結(jié)果

在測試過程中共出現(xiàn)2次責(zé)任故障，因此認(rèn)為該控制器壽命滿足要求。

該控制器的壽命的點(diǎn)估計值為：

對該控制器80%的置信區(qū)間壽命進(jìn)行估計[2]。計算公式如下：

即：該控制器壽命的80%的置信區(qū)間為[81 132H，811 320H]。

3 結(jié)論

本文在《GJB899A-2009可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用加速壽命測試?yán)碚摚瑢σ环N工程機(jī)械用控制器進(jìn)行了有效的壽命測試，保證了測試結(jié)果的經(jīng)濟(jì)性與時效性。然而，在加速測試中，由于濕度加速因子中采取的是經(jīng)驗(yàn)值，與實(shí)際值會有所出入。更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒☉?yīng)該是使用反冪模型對加速因子進(jìn)行更加準(zhǔn)確的求解。這對測試設(shè)備、受測試樣品數(shù)量、測試時間和測試條件都提出了更進(jìn)一步的需求。