[交通运输]汽车可靠性.ppt

1,汽车可靠性试验理论 汽车可靠性行驶试验 汽车可靠性室内试验,第六章 汽车可靠性试验,重点：可靠性试验的目的及分类抽样试验的基本原理 汽车可靠性的评价指标 雨流计数法的基本原理。,2,一、可靠性试验的含义,为了分析、评价、验证和提高产品的可靠性而进行的有关系统、零部件的失效及其效应的试验。即对受试的零部件、总成和整车在规定的条件下施加一定方式和水平的载荷，使之产生一定程度的变形、疲劳和磨损等，通过对试验数据进行处理分析，得出产品的各项可靠性指标。广义来说，任何与产品失效效应有关的试验，都可认为是可靠性试验；狭义的可靠性试验是指寿命试验。,6.1 可靠性试验概述,3,二、汽车可靠试验的目的,1.在研制阶段用以暴露试制产品各方面的缺陷，评价产品设计质量、材料和工艺质量，以及可靠性达到预定指标的情况；2.生产阶段为监控生产过程提供信息；3.对定型产品进行可靠性鉴定或验收；4.暴露和分析产品在不同环境和应力条件下的失效规律及有关的失效模式和失效机理；5.为改进产品可靠性，制定和改进可靠性试验方案，为用户选用产品提供依据。,4,三、汽车可靠性试验的类型,1、按试验目的 寿命试验分析、评价产品的寿命特征量。验证试验确定产品的可靠性特征量是否达到要求的水平。测定试验确定产品的可靠性特征量的数值。,2、按试验场所 现场使用试验、试验场模拟试验、试验室模拟试验,3、按试验性质 破坏性试验、非破坏性试验,5,一、汽车可靠性试验抽样,6.2 汽车可靠性试验理论基础,抽样试验从整批产品中抽出一部分作为样本进行试验，并根据样本的试验结果判断该批产品的可靠性是否合格的一种试验。可靠性试验抽样方法同产品质量检查的抽样方法原理相同，但也有差异：1）质量检查主要使用合格率或不合格率进行评价；可靠性试验除采用合格率外，还采用故障率或平均故障间隔时间等作为评价指标。2）质量检查一般可获得每个样品的检查结果，而可靠性试验有时为节省时间，不会试验到所有样品都失效为止，即采用所谓的截尾试验方法。3）质量检查中主要采用正态分布，在可靠性试验中主要采用指数分布和威布尔分布。,6,1、抽样试验的一般原理,一次抽样试验方案规定批产品合格判定数为c，从试验批N中随机抽取一个样本n，当试验得到的不合格品数d小于或等于合格判定数c时，判定这批产品为合格，当试验得到的不合格品数d大于合格判定数c时，判定这批产品为不合格。表达式（n，C）,在抽样试验前，确定从一批产品中抽取试验产品数和判定接收或拒收该批产品的规则。,1）抽样试验方案,7,设一批产品的批量为N，批不合格品率为P，从这批产品中随机抽取一个样本容量为n的样本，那这个样本中有d件不合格品的概率为：,规定批产品合格判定数为c，这批产品被判定为合格的概率，即批合格率：,2）批合格率,8,例1：设有一批产品，批量N=1000，不合格品率P=0.04，求：抽样方案为（30，1）的批合格率为多少？,9,3）抽样试验特性曲线OC曲线,10,4）抽样试验中的两种错误（风险）,理想抽样方案=0，=0,11,为制定生产方和使用方都满意的抽样方案，双方应协商定出两个不合格品率P0，P1,当PP0质量较好，以大的概率接收或以小的概率拒收；要求：,要得到一个好的抽样方案，应由生产方和使用方协商确定四个数、P0，P1，使OC曲线通过A、B两点。,当PP1质量较差，以小的概率接收或以大的概率拒收；要求：,P0称为可接受质量水平，是不合格品率的上限。,P1称为允许不合格品率，是不合格品率的下限。,12,2、汽车可靠性试验抽样,采用MTBF代替不合格率，制作OC曲线。,平均故障间隔时间OC曲线,当产品达到某一可接受的平均故障间隔时间时，存在有的概率（厂方风险）；当产品达到某一不可接受的平均故障间隔时间时，存在有的概率（用户风险）。,判别比越接近1，判别误差越小。,13,1）定数截尾寿命试验,基本思路在一批产品中，任取n个样品，规定截尾失效个数r进行寿命试验，到样品出现r个失效时试验停止。求出r个失效样品的平均故障间隔时间MTBF，如MTBF大于等于合格判定数c时，接收这批产品；当MTBF小于合格判定数c时，拒收这批产品。方案制定确定样本抽样数n，截尾失效个数r，合格判定数c。对于常用二类风险值和判别比，可查表6-2示得。,14,例2：制订某型号轿车可靠性抽样方案，要求=0.05,=0.1,MTBF1=2000km,MTBF0=10000km,试制定定数截尾平均寿命抽样方案。,15,基本思路在一批产品中，任取n个样品，规定截尾试验时间t进行寿命试验，到t时刻已失效的产品数为r，如r小于或等于合格判定数c时，接收这批产品；当r大于合格判定数c时，拒收这批产品。方案制定确定样本抽样数n，截止时间t，合格判定数c。对于常用二类风险值和判别比，可查表6-3求得。,2）定时截尾寿命试验,16,例3：对一批车用发动机进行可靠性抽样试验，要求=0.1,=0.1,MTBF0=500h,试制定定数截尾平均寿命抽样方案。,17,标准型抽样试验方案的制定方法,在给定、P0，P1的条件下,求解满足以下方程组的n，c。,计算方法,二项分布法,18,例4：有一批汽车零部件，批量为2000件，=0.05,=0.1,p0=0.02,p1=0.1,试制定标准型抽样试验方案。,19,二、快速可靠性试验,1、快速可靠性试验方法 增大应力法应力泛指应力、温度、湿度、压力、振动加速度等。浓缩应力法不增大整车或零部件的载荷，而应尽可能采用实际使用中的载荷，对寿命影响小或无影响的实际载荷应删除。增加试样数目或分组最小值法在保证相同的置信度情况下，采用增加试样数目或分组最小值的方法，有效地缩短试验时间。贝叶斯法利用试验数据，以减少试验的数量和时间。,20,2、快速可靠性试验的基本原理 1）故障模式与实际使用情况一致 故障模式一致，故障发生的部位也应相同。2）故障数据的分布规律要相近 同一种零部件在快速试验时的失效数据分布规律要与使用中的失效分布规律相近。3）要有一定的快速系数 快速系数是指在实际使用中的平均寿命与快速试验中的平均寿命之比。常用载荷模拟方式：输入模拟方法模拟对汽车可靠性有影响的环境条件。输出模拟方法直接模拟汽车零部件在给定试验环境下的应力、加速度等值。,21,3、快速系数的估算方法 1）利用威布尔分布,2）利用平均故障间隔时间,3）利用累积损伤度,22,6.3 特殊条件下的汽车可靠性试验,一、特殊环境下的可靠性试验,23,二、极限条件下的可靠性试验,24,6.4 汽车可靠性行驶试验,行驶试验产品在实际使用中的应力条件下，得到实际的寿命数据。特点是对产品所施加的应力类型和大小，都处于实际使用状态下。相同的产品，在实际使用中，所遇到的应力类型及大小，由于受客观实际的支配而各有不同。,汽车可靠性行驶试验方法(GB/T12678-1990),25,一、试验条件,1、车辆及装载质量 汽车各总成、部件及附属装置必须按规定装备齐全，并装在规定的位置上。调整状况应符合该车技术条件的规定。装载质量为厂定最大装载质量或使试验车处于厂定最大总质量状态。装载质量应均匀分布、固定牢靠。轮胎气压轮胎冷气压应符合该车技术条件的规定。燃料、润滑油（脂）和制动液牌号和规格应符合该车技术条件或现行国家标准的规定。,26,2、试验道路（1）常规可靠性试验道路 平原公路路面平整度为C级或C级以上的平原微丘公路，最大坡度小于5%，路面宽阔平直，视野良好，汽车能持续以较高车速行驶距离大于50km。坏路路基坚实，路面凸凹不平的道路。有明显的搓板波，分布均匀的鱼鳞坑等。路面不平度为E级或E级以下，试验车在这种路面上行驶时，应受到较强的振动和扭曲负荷，但不应有太大的冲击。山路平均坡度大于4%，最大坡度为15%连续坡长大于3km，路面平整度为C级以上城市道路大、中城市交通干线街道，路面平整度为C级以上。无路地段很少有车辆行驶的荒野地区，例如：沙漠、草地、泥泞地、灌木丛、冰雪地及水滩等。,27,2、试验道路（2）快速可靠性试验道路 试验道路一般应包括：具有固定路形的特殊可靠性道路(如：石块路、卵石路、鱼鳞坑路、搓板路、扭曲路、凸块路、沙槽、水池、盐水池、高速跑道、坡道、砂土路等。3、气候 一般应选择多种气象条件进行试验，特殊地区使用的汽车或特殊用途的汽车应在相应的特殊气象条件下(如：严寒、湿热等)试验。4、试验仪器设备 行驶工况记录仪，气象仪，秒表，半导体温度计，发动机转速表，坡度计，路面计等。,28,1、汽车的驾驶与维护 试验汽车的驾驶与技术维护应按该车使用说明书的规定。2、磨合行驶 汽车的磨合行驶按GB/T12534的有关规定进行。3、可靠性行驶试验规范 试验里程及各种道路的里程分配见相应试验规程中的规定。各种道路尽可能按相应规程中规定比例构成一定里程的循环。有困难也可按山路、平坦公路(含城市道路)、坏路顺序行驶。,二、试验方法,29,4、驾驶操作,1）发动机：冷车起动后，应怠速或低速运转发动机予以预热，不允许低温下强行起动后猛踩加速踏板；2）变速器使用：整个试验过程中要正确选用档位，不得脱档滑行，每100km至少有两次原地起步连续换档，一次倒档行驶200m；3）车速：在保证安全的前提下，尽量高速行驶；4）制动：每行驶100km至少制动两次，其中一次点制动，下坡行驶同时采用脚制动和发动机制动，如装有下坡辅助制动器，要同时采用；城市道路行驶时，平均每行驶1km制动1次。5）山区行驶时，每100km至少作一次上坡停车和起步，在小于7%的坡道上用脚制动停车，变速器置于空档，再用驻车制动停稳，然后按正常操作进行坡道起步。6）夜间行驶不少于试验里程的10%。,30,5、故障判断与处理,1）故障一般凭感官判断，对于不易判断的故障，也可通过测量确定。2）发现故障的途径有：a.接车检查。b.停车检查：每行驶100km左右停车检查一次，主要检查各部位的松脱、渗漏、损坏等。c.行驶中，由试验员和驾驶中注意汽车工作状况发现故障。d.收车后检查：每班试验结束后，除按b检查外，还应检查刮水器、外部照明、制动系统、发动机机油、冷却水等。e.定期保养检查：在保养作业中，除按规定逐项保养外，还要注意检查有无异常现象，如零部件的磨损、裂纹、变形等f.性能测试与汽车拆检。3）故障的处理a.汽车发生故障应立即停车，经过检查判断明确原因后，原则上要及时排除。b.如发生的故障不影响行驶安全及基本功能，且不会引起诱发故障，也可以继续试验观察，直至需要修理时为止，故障级别和里程按最严重时计。,31,1）预防维修a.维修内容：紧固、调整、润滑、清洗及更换易损件等。b.预防维修时间：从准备工作开始到全部工作结束为止的时间。保养人数定额为每车二人，不足或超过定额人数时，维修时间折算到标准人时数。c.预防维修费包括材料、设备及工时费。2）故障后维修a.维修范围：仅限于与故障有直接关系部分。b.维修方式：根据具体情况，采取最快、最经济的维修方法，包括更换零部件，但所更换的零部件应是同一批合格品。c.维修时间：包括故障诊断时间、维修准备时间、实际修理时间、调试及清理场地时间。d.预防维修费包括材料、设备及工时费。,6、汽车的维修,32,1）接车记录接车时，应对所接车辆的相关信息进行详细记录，包括制造厂名称、牌号、VIN码、发动机型号、底盘型号、各主要总成型号及出厂日期、行驶里程、装备情况等。2）行车记录包括行车日期、路面状况、装载情况、气象情况、里程表读数、燃油添加剂量、机油添加剂量、行驶时间等。3）故障维修记录故障停车时间、发生故障的零件名称、总成名称、详细的故障描述、故障原因分析、故障后果、处理措施、处理结果，相应维修费用等。,7、试验过程中的记录,33,1、行驶工况统计定期统计各种试验道路情况：实际行驶里程、平均技术车速、变速器各排档使用次数及里程或时间的百分率、制动次数和时间等。2、故障统计所有故障均按单车，依发现故障的里程顺序，统计于故障统计表。3、可靠性数据统计根据评价指标计算需要，按单车分别统计各类故障频次和首次故障里程，当量故障数，实际行驶里程，平均技术车速，故障维修时间，预防维修时间和维修费用等。,三、试验数据处理,故障统计，只考虑本质故障，误用故障不计入故障数。,34,平均首次故障里程(MTTFF)平均故障间隔里程(MTBF)当量故障率千公里维修时间 千公里维修费用 有效度 可靠性综合评定分值,四、汽车可靠性评价指标及计算方法,35,1、平均首次故障里程(MTTFF),1）当试验车辆数小于5时,1）当试验车辆数小于5时,2）当试验车辆数大于等于5时，用威布尔分布求可靠度为50%的估计值。,36,2、平均故障间隔里程(MTBF),1）按指数分布计算，点估计值为：,37,2、平均故障间隔里程(MTBF),2）单侧区间估计下限值：,38,3、当量故障率,当量故障数：,当量故障率：,39,4、千公里维修时间,5、千公里维修费用,40,6、有效度,41,7、可靠性综合评定分值,1）载货汽车可靠性综合评定分值：,2）客车、轿车可靠性综合评定分值：,42,室内台架模拟试验在试验室中进行，是模拟实际工况所进行的试验。特点是对产品所施加的应力类型和大小是一致的，并受到人工控制，可排除因驾驶员的疲劳等因素对试验结果的影响，没有人为造成的偏差，在统一条件下进行试验，可在取得与道路行驶试验同样效果的情况下，缩短试验时间，节省试验费用。,6.5 汽车可靠性室内试验,43,1、获取准确的、能够反映车辆实际使用工况的载荷数据（载荷谱）。这些数据一般是车辆上感兴趣部位测量得到的力、应力、应变等，多在试验场上测取。2、对获取的载荷数据进行分析处理，形成在室内台架模拟试验中要用到的程序载荷谱，为进行加速试验作准备。3、在室内台架上对试验对象施加程序载荷谱，进行可靠性试验。4、对试验结果进行分析。可靠性室内试验方法的合理性需要进行验证。,一、可靠性室内试验的一般步骤,44,1、载荷谱的含义,表示随机载荷统计特性的图形、表格、数字和矩阵等信息。,二、载荷谱的编制,1）表明各种不同大小载荷出现次数的载荷频次或累积频次图。,2）表示不同频率下载荷能量分布的功率谱图。,3）表示各级载荷相对频次（某一级载荷出现次数与总次数之比）的直方图。,45,对数据处理的方法：,计数法运用概率统计原理，把载荷变化过程中出现的极值大小及频次进行统计，得到表明载荷量值及出现频次关系的载荷频次图。特点：比较容易，简单、方便，但精度不够，没有表示出变化频率，适宜采用程序疲劳试验的数据处理。,功率谱法统计各种不同频率的载荷大小，给出载荷幅值的均方值随频率的分布。特点：较全面地描述随机载荷，较精确、严密，但没有表示出循环次数，适宜采用随机过程疲劳试验的数据处理。,46,2、载荷谱统计的一般步骤,1）选择典型的工况，实测足够长的载荷时间历程。2）对单一工况的载荷时间历程，分别统计极值或幅值出现频次，并绘制单工况实测载荷累积频次图。3）由各种单一工况载荷累积频次图合成多工况总试验里程的综合载荷累积频次图。4）确定载荷分布的频率分布特性，并确定最大载荷。5）由实测综合载荷累积频次图推断为扩展载荷累积载次图。6）由扩展载荷累积频次图编制分级载荷谱。,47,峰值计数法主要计出峰值在不同载荷级出现次数。,穿级计数法把载荷分成若干相等的间隔，记载通过某级的次数。,幅值计数法记录载荷变化的数值。,雨流计数法以一个应力应变迟滞回线作为一个循环的计数方法，具有一定的力学依据。,3、载荷的计数方法,统计载荷谱，首先需要获取典型条件下载荷的时间历程。,48,4、雨流计数法,1）雨流计数法的等效原理,应力时间历程,应力应变迟滞回线,应力等效,49,2）雨流计数法的基本原理,50,雨流法的第二阶段计数,51,3）雨流计数法模型图解过程,52,4）雨流计数法的计算方法四峰值计数法,第一步，分析随机载荷的任意四个峰谷值,第二步，去掉,对四个峰谷值 重复上述过程。若不满足计数条件，i值增加1，直到整个应力时间历程处理完。,53,四峰值计数法计数实例,54,计数结果,55,5、载荷谱的编制方法波动中心法,1）载荷的波动中心为所有载荷循环均值的总平均值，以波动中心为载荷循环的静力部分，幅值为循环的动力部分，将幅值叠加于波动中心之上，得到载荷量值。2）根据各载荷值出现的频次，编制载荷频次图。,56,1、等幅试验法 如果在实测的道路载荷数据中找出最大值和最小值，据此产生等幅正弦载荷，对试验对象施加该载荷进行试验。特点：对试验设备要求最低，成本低，试验时间最短。2、程序疲劳试验法 由多种具有不同幅值和时间长度的载荷按照一定的顺序组成程序载荷进行试验。特点：能够较快速、准确地评价产品的疲劳寿命，试验结果分散性较小，可信性较高。,三、可靠性室内试验方法,57,本章小结,汽车可靠性试验理论 汽车可靠性行驶试验 汽车可靠性室内试验,重点：可靠性试验的目的及分类汽车可靠性抽样试验的方法和基本思路 汽车可靠性的评价指标雨流计数法的基本原理。,