整車耐久耐候試驗(yàn)應(yīng)用的工況和評(píng)價(jià)思考

摘 要：整車耐久耐候是汽車關(guān)鍵屬性，通過(guò)工程化的手段對(duì)耐久耐候工況進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化編制，是制定整車試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的流程。本文通過(guò)某試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)特定耐久耐候工況后的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到一些工況貢獻(xiàn)損傷的結(jié)論，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)制定提供一定程度的參考。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)行各類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，得出使用方向建議。

關(guān)鍵詞：耐久 工況 分析

汽車是人們生產(chǎn)生活中必不可少的工具。隨著居民生活水平提高，汽車不僅僅是一種生產(chǎn)工具，更是一種人們對(duì)生活品質(zhì)的追求。將一般用戶的主觀評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)換成為可以量化的工程語(yǔ)言，一直是工程師們致力追求的目標(biāo)[1-3]。目前國(guó)內(nèi)已有一些方法對(duì)車輛進(jìn)行檢查，并測(cè)試性能關(guān)鍵項(xiàng)。本文主要針對(duì)一些試驗(yàn)工況進(jìn)行平行比較，并對(duì)結(jié)果輸出進(jìn)行相關(guān)分析。

1 汽車耐久試驗(yàn)和耐候試驗(yàn)

從用戶的角度出發(fā)，加速模擬用戶的使用工況，并將其規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，是汽車整車試驗(yàn)/加速試驗(yàn)的基本依據(jù)及出發(fā)點(diǎn)。模擬用戶的使用工況，并將各工況加載在試驗(yàn)中，形成標(biāo)準(zhǔn)流程，即可編制成為標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)規(guī)范[4]。

整車結(jié)構(gòu)耐久試驗(yàn)主要是從整車的角度出發(fā)，考核汽車結(jié)構(gòu)件，如底盤副車架、下擺臂、白車身鈑金等的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否能夠使得在用戶使用全壽命周期內(nèi)，保持結(jié)構(gòu)的完整，以支持汽車其他各項(xiàng)性能的發(fā)揮。整車動(dòng)力總成耐久試驗(yàn)，是站在整車的角度，將動(dòng)力總成的載荷成一定系數(shù)輸入，考核發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等一系列動(dòng)力總成相關(guān)的零部件是否能支持用戶使用到汽車壽命結(jié)束。

耐候試驗(yàn)包含整車強(qiáng)化腐蝕試驗(yàn)[5]、整車高低溫試驗(yàn)、整車曝曬光老化試驗(yàn)等。整車耐候試驗(yàn)對(duì)整車進(jìn)行環(huán)境因素的輸入，考核如車輛銹蝕外觀、儀表臺(tái)版人造革發(fā)黏、方向盤表面粉化、擺臂襯套老化開裂等外觀和功能性問(wèn)題。

在整車試驗(yàn)的前端，通常都需要先進(jìn)行路譜的采集（RLDA）以及環(huán)境譜的采集（EDA），通過(guò)這些手段，將用戶在公共道路上車輛講述的“語(yǔ)言”，轉(zhuǎn)換成工程師能夠量化的參數(shù)，從而形成試驗(yàn)規(guī)范。

2 汽車耐久性能和耐候性能

對(duì)于耐久性能和耐候性能，各個(gè)主機(jī)廠都有各自的體系，測(cè)試項(xiàng)目有所差異。耐久和耐候性能一般從以下一些角度作考量：

（1）結(jié)構(gòu)件/非結(jié)構(gòu)件的開裂、斷裂；

（2）零部件表面質(zhì)量的衰退，如漆膜起泡，鈑金漆面翹起；

（3）外觀的變化，例如紅銹/白銹等銹蝕、發(fā)粘、脆化；

（4）油液的滲漏；

（5）電子電器件軟件性能的變化，例如350循環(huán)耐久后車機(jī)屏幕卡滯；

（6）總成件功能性問(wèn)題；

（7）標(biāo)定導(dǎo)致的一些問(wèn)題，如扭矩輸出線性程度不高等，出現(xiàn)換擋沖擊，最終導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)開裂/滲漏等問(wèn)題。

3 整車耐久耐候試驗(yàn)方法橫向?qū)Ρ?/p>

3.1 規(guī)范工況對(duì)比

整車耐久、耐候試驗(yàn)的規(guī)范與試驗(yàn)場(chǎng)的路線強(qiáng)相關(guān)，本文中的場(chǎng)地用擬用固定的某試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行舉例，試驗(yàn)方法是RLDA+EDA后用對(duì)應(yīng)的損傷調(diào)制的專項(xiàng)規(guī)范示例。用以下幾個(gè)專項(xiàng)工況進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比各工況對(duì)整車的損傷情況。圖1為幾個(gè)規(guī)范1個(gè)循環(huán)片段示范：

其中，共振路1/車身扭曲路/卵石路/鐵軌路/鹽水路的速度及行駛路線固定，駕駛員操作規(guī)范固定。鹽水路的鹽水濃度固定為1%NaCl，每循環(huán)工況開始前對(duì)鹽水路進(jìn)行攪拌及鹽度測(cè)量，保證鹽水濃度均勻且達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境倉(cāng)使用恒溫恒濕曲線，溫度50℃，濕度95%RH，升溫和加濕過(guò)程包含在溫濕度曲線內(nèi)。

對(duì)該幾個(gè)工況，使用某特定車型進(jìn)行研究分析。根據(jù)前期對(duì)車身及結(jié)構(gòu)件CAE分析的結(jié)果，預(yù)判結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)可能出現(xiàn)在懸置、車門邊框焊點(diǎn)等部位，故準(zhǔn)備幾套同一批次的懸置零部件進(jìn)行分析。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為了更為明顯地實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)康模⒌玫较鄳?yīng)的結(jié)果，故對(duì)工況總循環(huán)數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)，通過(guò)將整車均進(jìn)行600循環(huán)上述工況，對(duì)整車進(jìn)行全方位的點(diǎn)檢以及對(duì)專項(xiàng)零部件進(jìn)行排查，可以看出：

工況1中對(duì)應(yīng)的車輛零部件中結(jié)構(gòu)件的問(wèn)題相差不大，其中主要為：

（1）左右后門車門框側(cè)圍右上部位某焊點(diǎn)開裂；

（2）懸置橡膠襯套開裂；

（3）尾門膠條中間部位干涉?zhèn)幔?/p>

（4）引擎蓋尖角銹蝕。

工況2中對(duì)應(yīng)的零部件的問(wèn)題點(diǎn)主要為：

（1）左右后門車門框側(cè)圍右上部位某焊點(diǎn)開裂；

（2）懸置橡膠襯套開裂；

（3）尾門膠條中間部位干涉?zhèn)幔?/p>

（4）引擎蓋尖角銹蝕。

工況3中對(duì)應(yīng)的零部件的主要問(wèn)題點(diǎn)為：

（1）左右后門車門框側(cè)圍右上部位某焊點(diǎn)開裂；

（2）懸置橡膠襯套開裂；

（3）尾門膠條中間部位干涉?zhèn)幔?/p>

（4）引擎蓋尖角銹蝕；

（5）引擎蓋焊點(diǎn)開裂。

對(duì)比3組工況下的整車試驗(yàn)問(wèn)題點(diǎn)，可以看出：在工況1中，引擎蓋尖角的銹蝕情況有明顯的不同程度的區(qū)別，但其他問(wèn)題點(diǎn)的嚴(yán)重程度幾乎一致；對(duì)比工況1/2/3，懸置（用同一批次地懸置在整車上換件試驗(yàn)）襯套開裂的程度有明顯的區(qū)別，表現(xiàn)為橡膠開裂地長(zhǎng)度不一致；在工況3的試驗(yàn)車中，可以看到車輛尾門干涉的嚴(yán)重程度與其他工況有明顯的區(qū)別，且干涉后傷漆，使得該部位在工況1的3組樣本傷漆部位銹蝕也有所區(qū)別。

4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的橫向?qū)Ρ群脱芯?/p>

對(duì)于整車試驗(yàn)，運(yùn)用各項(xiàng)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)后，需要對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以判定當(dāng)前試驗(yàn)的結(jié)果是否可以接受，并繼續(xù)進(jìn)行下一階段的產(chǎn)品開發(fā)工作。主要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：a）只存在是非的雙值結(jié)果判定；b）主觀評(píng)價(jià)；c）基于統(tǒng)計(jì)原理的評(píng)價(jià)方案。

4.1 雙值判定

對(duì)于雙值判定的評(píng)價(jià)方案，常用于針對(duì)零部件級(jí)的失效分析。例如，如圖7所示，針對(duì)整車耐久中的開裂問(wèn)題，僅存在開裂或不開裂2種結(jié)果，應(yīng)用于失效的零部件本身，既是定性的描述分析，又是0/1的定量結(jié)果計(jì)量。用于零部件失效分析，可以從失效模式分析失效原因，從而找到問(wèn)題的整改措施和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避方向。

4.2 主觀評(píng)價(jià)

對(duì)于主觀評(píng)價(jià)，行業(yè)內(nèi)較為成熟的應(yīng)用是將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不同等級(jí)劃分，讓評(píng)價(jià)人員根據(jù)已劃分好的評(píng)價(jià)等級(jí)作為參考，對(duì)當(dāng)前試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和判定，如表1和表2。需要注意的是，運(yùn)用分級(jí)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的方法，通常會(huì)出現(xiàn)一定程度的3個(gè)方面的評(píng)價(jià)結(jié)果偏差：a）不同的評(píng)價(jià)人員，對(duì)結(jié)果理解略有不同，評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定誤差，但該類誤差一般較小，不會(huì)出現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果本質(zhì)的差別。通?？梢圆捎霉潭ㄔu(píng)價(jià)人員，定期培訓(xùn)評(píng)價(jià)者，以及增加測(cè)試項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的方式規(guī)避該類評(píng)價(jià)偏差；b）不同的試驗(yàn)環(huán)境，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有一定的影響。例如，在不同的天氣環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果略有偏差。為解決該問(wèn)題，通常在試驗(yàn)時(shí)需先規(guī)定固定的試驗(yàn)場(chǎng)地，并記錄好試驗(yàn)當(dāng)時(shí)的氣候情況，以便后期判定結(jié)果時(shí)作為參考；c）長(zhǎng)周期試驗(yàn)中，試驗(yàn)結(jié)果的前后誤差。例如在大于半年的長(zhǎng)周期的性能衰減試驗(yàn)中，需要在每個(gè)測(cè)評(píng)節(jié)點(diǎn)記錄當(dāng)時(shí)的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，但在長(zhǎng)周期和多節(jié)點(diǎn)的測(cè)評(píng)中，評(píng)價(jià)人員容易記不住前期測(cè)評(píng)節(jié)點(diǎn)的樣車狀態(tài)。為解決該問(wèn)題，在主觀評(píng)價(jià)中，除了分級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，還需要在評(píng)價(jià)時(shí)做好當(dāng)前狀態(tài)的評(píng)語(yǔ)記錄，以便下一節(jié)點(diǎn)測(cè)評(píng)時(shí)，參考前期車輛/零部件的狀態(tài)。

4.3 基于統(tǒng)計(jì)原理的評(píng)價(jià)

整車試驗(yàn)中，通常也會(huì)運(yùn)用一些統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行故障的診斷判定作為試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。常見的一些指標(biāo)有平均首次故障里程（MTTFF）、平均故障間隔里程（MTBF）等，其指標(biāo)公式如下：

式1

式2

式中，

MTTFF——平均首次故障里程點(diǎn)估計(jì)值，km；

n’——發(fā)生首次故障車輛數(shù)；

S’——無(wú)故障行駛總里程，km；

S’j——第j輛車首次故障里程，km；

n——試驗(yàn)車輛數(shù)；

Se——定時(shí)結(jié)尾里程數(shù)，km。

式3

式4

式中，

MTBF——平均故障間隔里程估值點(diǎn)，km；

r——S里程內(nèi)發(fā)生故障總數(shù)；

S——試驗(yàn)總里程；

k——終止試驗(yàn)車輛數(shù)；

Sj——第j輛車終止試驗(yàn)里程，km；

Se、n含義同式2。

上述一些基于統(tǒng)計(jì)原理的評(píng)價(jià)方式，主要適用于整車產(chǎn)品開發(fā)的耐久性可靠性評(píng)估，相對(duì)來(lái)講，主要用于解決宏觀的設(shè)計(jì)目標(biāo)制定問(wèn)題，針對(duì)試驗(yàn)問(wèn)題個(gè)體并不能單獨(dú)運(yùn)用。

5 結(jié)論

根據(jù)路譜采集（RLDA）和環(huán)境譜采集（EDA）的結(jié)果，可以對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)中各特定路面及設(shè)施設(shè)備進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的排列組合，以形成對(duì)應(yīng)所需求的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。各工況對(duì)整車的各部位的考核有定性及定量的貢獻(xiàn)，可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)整及強(qiáng)化或弱化。例如，共振路1的工況對(duì)某車型的懸置損傷有特定的影響，車身扭曲路對(duì)某車型整車剛強(qiáng)度有一定程度的貢獻(xiàn)，高低溫試驗(yàn)時(shí)間對(duì)銹蝕程度有相當(dāng)程度的貢獻(xiàn)。根據(jù)不同的試驗(yàn)方案，須選擇對(duì)應(yīng)使用的評(píng)價(jià)手段，以解決整車開發(fā)中的如整車目標(biāo)設(shè)定、單次試驗(yàn)結(jié)果判定、問(wèn)題件失效分析等不同適用范圍的工程開發(fā)問(wèn)題。

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