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国内商用汽车可靠性的研究

摘要：为研究国内商用汽车的可靠性，提出可靠性分析的现有产业内部四种方法，即可靠度函数、与用户相关的汽车可靠性试验法、故障树分析法以及可靠性信息管理系统软件。分别对国内典型商用汽车：重型载货、中型载货、重型载重、中型运材、轻型载货、轻型客车、定型客车进行可靠性评估及研究。针对国内商用汽车可靠性总体水平，应用数据分析，研究表明，影响国内商用汽车可靠性的主要总成是电气系统，其次是制动系统、发动机供油系统、驾驶室附件和变速器等几大系统。并就改善与提高国内商用汽车可靠性的重点以及国内商用车产业现状及发展展开详细论述。

关键词：商用汽车可靠性故障评价

引言

改革开放以来，随着市场经济的全面推进，我国商用汽车整车通过对外合资、合作，得到了较大的发展，特别是重型货车与大型客车不但满足了国内市场需求，而且还出口国际市场。相对于乘用车来说，商用车是劳动密集型产品，也有明显的比较优势。我国商用车有几十年的经验积累、有完整的研发队伍和较强的制造能力，产量位居世界第二，出口的汽车整车大部分是商用汽车。正因如此，我们更要充分认识到可靠性研究对我国商用汽车大趋势发展的重要。可靠性是衡量汽车质量的重要指标，对汽车产品来说，它与人身安全、经济效益密切相关。只有全面系统的分析我国商用汽车可靠性技术应用现状，才能提高国产商用车质量，这对我国汽车工业具有十分重要的现实意义。它关系到汽车生产企业的兴衰，可以说汽车可靠性的高低直接反映汽车产品的质量高低与企业的信誉程度。

研究汽车可靠性，目的就在于提高汽车的可靠性水平，既提高汽车的寿命，减少故障频次，增加安全性，减少索赔费用，维修费用，增加企业的经济效益与社会效益。

1 可靠性分析

1.1 可靠性概述

汽车可靠性是指：汽车产品（总成或零部件）在规定的使用条件下，在规定时间内，完成规定功能的能力。分别由产品、条件、时间、功能四个因素组成。换一个角度，就其内容上考虑，广义的可靠性由三大要素构成，即可靠性、维修性与耐久性。狭义的汽车可靠性仅指产品固有的质量属性，人们通常说的可靠与不可靠，只是对汽车本身质量而言。维修性是指产品在规定的使用条件下，在规定的时间内，完成维修的能力。好的维修性，使汽车停驶时间最少，提高了汽车的有效利用率，降低了使用成本。汽车的耐久性，通常是指汽车第一次大修里程的长短以及汽车从启用至报废的寿命长短。

1.2 常用的定量描述

可靠度函数R（t）：

式中，f（t）为故障密度函数；λ（t）为故障率函数。

平均间隔故障间隔时间MTBF为时间t的数学期望值：

1.3 与用户相关的汽车可靠性试验新方法

现代汽车设计必须以市场为向导，设计寿命过大或不足的产品通常是不经济且缺乏市场竞争力的，所以无论在汽车设计开发还是试验阶段，都应当考虑用户的使用要求。汽车可靠性试验是考核和评价车辆耐久性的一种重要手段，传统的试验基础大多数偏向于强度试验而不是寿命试验，都是为了保证在最差的工况下车辆不发生裂痕，且能满足一般的工程要求。显然，这些试验几本上依赖于经验习惯，而没有合理的考虑用户的情况，主要靠推测而不是基于科学原理。

美国通用汽车公司在20世纪80年代专门设置一个部门来研究用户相关可靠性和汽车试验场路面强化系数，由于路面条件的不断变化以及车型的更新，该部门根据其研究结果，不断改造试验场路面及改进可靠性试验规范，对用户相关性可靠性的研究积累了一定的经验。国内过汽车试验场现行的可靠性试验规范都偏于简单，不能说明在实验厂检验合格的产品在用户那里能保证行驶多少里程，规范中没有明确试验顺序的循环方法和循环次数，忽略了各种路面和工况作用的先后次序对构件疲劳寿命的影响，以致试验场试验结果往往与用户实际使用时发生的故障规律有明显差异，分别服从不同的概率分布。

汽车在行驶过程中，承载结构受到随时间变化的随机载荷作用而产生动态循环应力，在高应力区会引发疲劳损伤，由Miner线性累计损伤理论：

当D=1时，承载结构即出现工程可见裂纹，最终导致疲劳损坏。应力修正模型理论是：

在循环加载过程中，式（2）可改写为：

稳定的循环应力-应变迟滞回线方程为：

依据式（3）（4）将名义应变-时间历程转化为局部应变-时间历程，由式（5）得到的应

变幅值-疲劳寿命双对数坐标曲线：

运用雨流计数把90%用户和试验场各测试参数的载荷时间里程数据转化为各级幅值的载荷循环，这一过程如下图：

利用式（1）则可求出不同载荷等级下的90%用户和试验场的疲劳累计损伤。

1.4 故障树分析

FAT是英文fault tree analysis 的缩写，即故障树分析，是一种用于大型复杂系统可靠性评价的方法。该方法在60年代起源于美国贝尔电话研究所，后来，波音公司对FTA进行了重要改革和创新，使之能够利用计算机模拟。故障树模式和后果分析已经成为许多国家在汽车可靠性分析中广泛采用的方法。在汽车产品设计阶段，故障树分析可以帮助判明潜在的故障，以便改进设计。在汽车产品的使用阶段，故障树分析可以应用于发生故障或事故时的原因调查分析，作为排除故障的良好的工具，使用户提高汽车管理和使用水平，杜绝故障和事故的发生。

故障树的建立：故障树是一种逻辑树图，它是用逻辑门联结的树图。故障树中包含的事件之间具有一定的逻辑关系，这种逻辑关系用相应得逻辑门来表达。

上图所示为双管路行车制动系统失效的故障树，我们称所要分析的系统故障为顶事件用

T表示，A、B为中间事件，X1、X2、X3、X4 为基本事件。故障树常用符号分为时间符号、逻辑门符号和转移符号三种。在故障树中，上层故障事件是下一层故障事件造成的结果；下一层故障事件是引起上层故障事件的原因。当用逻辑门来联结这些故障事件时，作为结果的上层事件称为输出事件。处于故障树顶事件和基本事件之间的事件，称为中间事件。中间事件即是造成顶事件的原因，又是基本事件产生的结果。逻辑门符号表示上层事件与下层事件的因果逻辑关系。

建故障树的方法有人工建树和计算机辅助建树。建立故障树是一个反复深入逐步完善的过程，首先要选择和确定顶事件。第二，寻找顶事件发生的直接原因作为输入事件。第三，分析输入事件，直到所有的输人事件不能再分解或不必要再分解为止。

1.5 可靠性信息管理系统软件的开发

为了提高载货汽车的可靠性，研究建立了汽车可靠性信息管理系统，储存整车质量抽查试验、整车可靠性试验、发动机台架试验、售后三包服务信息以及使用跟踪调查中得到的大量可靠性信息。在系统中，根据可靠性数据的特点，建立相应的数学模型，编制可靠性分析软件。利用微型计算机对汽车可靠性信息进行分析，可得到汽车可靠性的变化规律(整车的累积故障强度函数、零件的故障分布的密度函数)及相关的可靠性特征量。

可靠性分析所采用的数据都是故障发生的里程(或时间)数据，以及试验(或调查)的截止里程(或时间)数据(图1)。图1中表示第一辆车的截止里程，其余类推。一般试验及售后三包服务信息的截止里程都是相同的，而使用跟踪调查中的截止里程往往互不相同(如图1所示)。图中的×”表示故障发生点，这里的故障发生点也是故障修复点。有的时候，整个试验(或调查)里程中都没有故障，如图中第4辆车所示。对零件来说，故障发生点就是零件寿命终止点。由于图中的故障发生点往往不是同一个零件发生的故障，因此零件寿命要从试验或使用的开始点来计算，或从同一零件的上一个故障发生点开始计算。

整车的可靠性统计分析：整车或可修复部件在试验(或使用)过程中，随试验里程的推移而不断出现故障，这一个个故障点就构成随机点过程。由于汽车生产企业收集的数据往往包含早期故障数据，所以采用非时齐泊松过程描述随机过程比较符合实际情况。威布尔过程是常见的非时齐泊松过程。非时齐泊松过程可以用累积故障强度函数来描，从0至t时刻内出

现故障数的平均值。威布尔过程的累积故障强度函数可以写成：

汽车可靠性分析软件(RA)镶嵌在汽车可靠性信息管理与分析系统(RIMS)中。可靠性分析软件(RA)的统计分析及图形绘制软件均采用BASIC语言编写，并编译成可执行文件，运行速度较快，输出结果可显示，也可打印。在386、486、586微机上运行，均有很好的结果。

2 可靠性评估及统计数据处理说明

2.1 对国内重型载货汽车的研究