第7章汽车试验学.ppt

汽车可靠性的定义,第一节概述,汽车可靠性是汽车最基本、最重要的性能之，直接影响汽车整车技术水平与设计水平、全面质量管理、原材料和协作件质量的控制等密切相关。,汽车可靠性是汽车产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，包括汽车产品规定条件、规定时间和规定功能四大要素。（1）汽车产品包括整车、部件和零件，都是汽车可靠性试验的对象；（2）规定条件是指试验汽车的使用条件，如道路、载荷、气象驾驶及维修、存放条件和运输等；,汽车可靠性的定义,第一节概述,（3）规定时间是指某一特征的使用时间，如可靠性行驶试验时间、保用期、第一次大修理程及报废期等。另外，汽车产品定型试验进行的可靠性行驶里程（50000km）也属于规定的时间范畴；（4）规定功能是指汽车使用说明书、设计任务书、订货合同以及国家标准规定的各种功能或性能，如动力性、燃料经济性、噪声及排放性能等；可靠性试验是产品可靠性评价的一个重要手段，是研究产品可靠性的基本环节之一，可靠性试验是对某一批产品的可靠性进行推断，要采取严格的数理统计，以获得可靠的结论。,汽车故障的定义与分类,第一节概述,产品在规定条件下和规定时间内，丧失其规定的功能，称为故障，对于已经发生但尚未被发现的，或维修、拆检过程中发现的故障称为潜在故障。产品在规定条件下和规定时间内，丧失其规定的功能，称为故障，对于已经发生但尚未被发现的，或维修、拆检过程中发现的故障称为潜在故障。我国汽车产品质量检验评定办法按其造成整车致命损伤（人身重大伤亡及汽车严重损坏）的可能性（概率）对故障进行分类，见表7-1。,第一节概述,汽车故障的定义与分类,故障分类表7-1,汽车可靠性试验类型,第一节概述,汽车可靠性试验按试验方法分以下四类：（1）快速可靠性试验。对汽车寿命产生影响的主要条件集中实施（载荷浓缩），使其在尽可能短的时间内获得相当于常规试验长时期内得到的试验结果，即在专门的汽车强化试验道路上进行的具有一定快速系数的可靠性试验，通常在试验场进行；（2）常规可靠性试验。在公路或一般道路上，使汽车以类似或接近汽车实际使用条件进行的可靠性试验，是最基本的可靠性试验，试验周期较长，但试验结果最接近实际情况；（3）特殊环境可靠性试验。汽车在严寒、高温、低气压和盐雾等特殊环境下进行的可靠性试验。（4）极限条件可靠性试验。对汽车在实际使用条件下施加可能遇到的少量极限载荷时所进行的可靠性试验，如发动机超速运行、冲击沙坑等试验，主要针对车身及其附件。,可靠性试验注意事项,第一节概述,1.零部件可靠性试验是基础零部件可靠性试验时间短、费用少，试验条件容易控制，样本容量大，应用广泛。2.正确选择试验载荷选择正确的试验载荷（包括加载大小、方向、性质、方式、循环次数等）直接关系到可靠性试验方法与指标限值规定是否科学、是否采用合理的检验标准、得出的结论是否达到预期目标，载荷过低，虽然通过了台架试验，但整车可靠性很低，会使制造厂延续低标准，妨碍技术进步，载荷过高，会使设计过于保守、增加费用，难以达到标准规定的技术要求。,图7-1试验载荷确定过程,试验载荷规范要通过实际测量确定，还要通过可靠性试验的结果进行验证，通常试验场模拟用户条件，台架试验模拟试验场，试验载荷确定过程，如图7-1所示，在确定载荷规范时，要注意零部件的受力状况和环境条件，不能轻易在台架试验中进行简化。,可靠性试验注意事项,第一节概述,可靠性试验注意事项,第一节概述,3.试验样品的质量检查可靠性试验的样品必须符合质量要求，若样品未经过逐道工序仔细检查即投入试验，当试验中发现故障，查出原因是零部件没有按图样要求进行加工，则时间和经费都已损失，不符合图样要求的样品，不应该做试验。4.试验数据的完整与准确数据遗漏会造成评价错误，在寿命试验台上要应用现代监测技术发现失效现象并及时停机，在试验场试验时，试验驾驶员要自觉严格按试验规范要求驾驶汽车，并根据经验及时判断故障，用正确的数据得出的正确结论，去指导设计与生产，提高产品质量。5.试验结果失效与可靠性分析对试验中发现的故障（或失效）要按正确的方法进行可靠性分析和失效分析，整车可靠性试验之后，要进行下列统计分析：,可靠性试验注意事项,第一节概述,（1）可靠性、维修性评价；（2）故障数分析，按子系统的分布排列，如图7-2所示；（3）累积故障数分析，随时间的变化曲线，如图7-3所示；（4）故障的危害度分析，按危害度进行故障排序；,图7-2某车型故障排列,图7-3某车型累计故障数,6.确保试验安全汽车整车、发动机及零部件试验具有一定的危险性，必须制定严格的安全制度并贯彻实施，才能保证试验中人和零部件的安全。例如，高速跑道上要制定专门的交通规则，驾驶员进场之前要经过专门训练，还要设置保证安全、防止事故及事故后及时处理的保护设施，以及通信、监测、报警、防火、灭火和急救等系统。,可靠性试验注意事项,第一节概述,特殊环境是指特殊的气候，如严寒地区、高原地区和湿热地区等，一般环境下可靠的汽车产品，在特殊气候条件下不一定可靠，因此要对汽车进行特殊环境下的可靠性试验，特殊气候地区的环境因素及可靠性问题，见表7-2。,特殊环境可靠性试验,第一节概述,特殊气候地区的环境因素及可靠性问题表7-2,极限条件可靠性试验不考核产品与时间因素有关的可靠性标，而是在较短的时间内观察汽车承受极限应力的能力，见表7-3。,极限条件可靠性试验说明表7-3,极限条件可靠性试验,第一节概述,由于汽车及其零部件的使用寿命很长，用常规的试验条件进行可靠性试验要耗费很多资金与时间，对产品的改造、新产品的开发与产品质量检验带来很大问题。因此，在汽车可靠性试验中大量采用了快速试验方法。1.按试验场所分类（1）室外快速试验主要在试验场进行；（2）室内快速试验主要利用各种零部件的寿命试验装置、快速环境试验装置进行；,第二节快速可靠性试验,快速可靠性试验的分类,快速可靠性试验的分类,第二节快速可靠性试验,2.按原理分类（1）增大应力法应力是泛指的，包括应力、温度、湿度、压力、振动等。如在人工老化装置中，提高平均温度、湿度，增强日光照射,加速材料与零件的老化，在疲劳试验台上，对零部件施加大于实际使用的载荷进行快速寿命试验等；（2）浓缩应力法不增大零部件的载荷，尽可能保持实际使用中的载荷状况，将对寿命影响小或无影响的实际载荷直接删除，可保持故障模式的一致性；（3）增加试样数目或采用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法，可有效地缩短试验时间；（4）贝叶斯法利用试验数据，以减少试验的数量与时间。,浓缩应力法快速可靠性试验,第二节快速可靠性试验,浓缩应力法如图7-4所示，将实际应力时间历程进行处理，将应力低于疲劳极限的历程删除，得到快速系数的应力时间历程，再现浓缩后的应力时间历程。进行可靠性试验，便可实现快速试验。这是一种接近实际的随机模拟，可在试验场、道路模拟机和随机控制的零部件试验台上进行，除了随机模拟加载外，还可采取阶梯加载或恒定加载方法，后者仍然是目前最普遍采用的台架试验加载方式。,图7-4浓缩应力示意图,浓缩应力法快速可靠性试验,第二节快速可靠性试验,对于一个应力时间历程，可以通过统（图7-4）计方法整理出应力频度直方图，如图7-5所示。对于每一应力水平Si，出现的次数为N，同时，可以从零件的S-N曲线（图7-6）上查出相应于每一个Si的疲劳损坏的循环次数Ni，根据迈因纳（Miner）法则，累积疲劳损伤程度为ni/Ni，当它等于1时，零件将发生疲劳损坏，小于疲劳极限S-1的应力被认为对疲劳寿命无影响，因此可不计算。,图7-5应力频度直方,图7-6零件的S-N曲线,浓缩应力法快速可靠性试验,第二节快速可靠性试验,应用迈因纳法则，可以进行疲劳寿命估算，编制阶梯加载试验规范和估计快速试验系数。同理，可以制定该零件的台架试验加载规范，台架试验中应注意加载方式，由于零件在道路行驶状况下的应力状况往往是由几个方向载荷联合作用而形成的，不能简单地用一个方向的加载来模拟，最终以故障模式的一致性原则进行检验。根据载荷统计所编制的试验场快速可靠性试验或台架快速可靠性试验规范是否合适，仍要经过实物试验验证，若符合快速可靠性试验原则，即说明规范正确，否则，还要进行调整。在确定了试验规范之后，利用同一批汽车或零部件的快速试验数据与用户调整数据进行统计对比，求出实际的快速系数，整车的快速系数:（7-1）零部件的快速系数:（7-2）,增加样品数量法可靠性试验,第二节快速可靠性试验,进行零部件试验，需要一定的故障数据个数r，以便绘制分布曲线，根据故障数据随机分布的性质，用n（nr）个样品进行试验，出现r个失效的时间，势必短于用nr个样品进行试验出现r个失效的时间。若同时进行试验的台架数量充足，可采用这种办法缩短试验周期，也可以采用失效后替换样品继续试验的方法。若零件的寿命服从威布尔分布，则可推导出失效时间(t)与累积失效概率分布函数（t）之间的关系:（7-3）若用t（t/r）和t（r/r）分别表示n个试样r个失效时间和r个试样r个失效的时间，用（r/n）和F（r/r）分别表示n个式样r个失效时的累积失效概率和r个试样r个失效时的累积失效概率，则快速系数为:（7-4）,分组最小值法可靠性试验,第二节快速可靠性试验,为了节省时间，采用“分组最小值法”，即每组只试到第一个失效发生即停止，这样得到5个失效数据，将结果描在威布尔概率纸上，得到5个点的拟合直线，威布尔分布样本最小值分布具有再生性，服从与单个组分布形状参数m相同的分布，且其分布的点50应相当于单个组分布的最小值的中位秩点，即6.7（n=10r=1条件下），按图7-7可以推测出单组的分布。,图7-7分组最小值法,以减振器为例说明：减振器寿命试验台一次能同时试验10个样品，现抽取50个样品分5次做试验，按计划每组都要试验到所有样品均失效，或试验到规定的时间或失效数为止。,试验准备,第三节整车可靠性试验,汽车可靠性行驶试验周期长（10000-30000km），试验项目多，试验突发事件随时可能发生，且有一定危险性。因此，要求试验准备充分，保障及时有力。1.试验道路选择快速可靠性试验道路主要指汽车试验场设有的固定路形，通常有石块路、卵石路、鱼鳞坑路、搓板路、扭曲路、凸块路、沙槽、水池、盐水池以及高速环道、沙土路和坡道。可靠性行驶试验主要是车辆在各种路面上行驶，以全面考查其性能，试验道路、车型以及在各种路面行驶里程不同，其要求不同，常规可靠性试验行驶规范见表7-5。,试验准备,第三节整车可靠性试验,常规可靠性试验行驶规范（微型货车）表7-5,2.车辆准备（1）记录试验样车的制造厂名称、牌号、型号、发动机型号、底盘主要总成型号及出厂日期，并为试验车编试验序号；（2）检查试验样车各总成、零部件、附件、附属装置及随车工具的装备完整性，紧固件的紧固程度、各总成润滑油（脂）及各润滑部位的润滑状况及密封状况，并使其符合GB7258-2012机动车运行安全技术条件的有关规定；,试验准备,第三节整车可靠性试验,（3）检查蓄电池电压、点火提前角、风扇传动带张力、发动机汽缸压力、喷油泵齿条最大行程、发动机怠速转速、制动踏板与离合器踏板的自由行程，转向盘自由转角、轮毂轴承松紧程度、转向轮最大转角、轮胎气压，以及制动鼓（盘）与摩擦片（块）的间隙等装配、调整状况，使其符合该车技术条件及GB7258-2012机动车运行安全技术条件的有关规定；3.试验仪器设备在汽车可靠性行驶试验中，除了进行基本性能试验所需仪器外，还需要行驶工况记录仪、排放分析仪、油耗仪、半导体温度计、发动机转速表、坡度计、路面计、气象仪、秒表、精密测量量具和照相机等，以及特殊试验要求所选定的专用仪器及设备，准备好各种汽车备件、维修工具及人员的救护工作等。,试验方法,第三节整车可靠性试验,常规可靠性行驶试验按国家标准汽车可靠性行驶试验方法执行，试车场内快速可靠性试验按各试验场标准执行。1.可靠性行驶试验中的驾驶操作（1）在确保安全的前提下，尽可能高速行驶，同时避开不符合要求的异常路况，以免使试验车受非正常冲击挤压，造成零部件非正常损坏；（2）试验中要正确选择挡位，不能空挡滑行；（3）在100km里程内至少有2次原地起步连续换挡加速，1次倒挡行车200km，至少制动2次；（4）下坡行驶采用行车制动和发动机排气制动，不许发动机熄火；,试验方法,第三节整车可靠性试验,（5）在城市道路行驶时，每1km要制动1次；（6）在山区道路行驶时，每100km至少进行1次起步停车，夜间行驶里程不得少于总行驶里程的10。2.试验中的故障判断与处理汽车出现故障时一般凭感官判断，对于不能凭感官判断的需借助仪器，通过接车检查、停车检查、行驶中检查、每天收车后检查、定期维护检查、性能测试、汽车拆检等方法发现车辆故障，发现故障，应立即查明原因并维修，若故障不影响正常行驶，且不会诱发其他故障，可继续行驶，到需要维修时再维修。试验中，对故障次数、种类、时间、维修情况等进行如实记录。,试验方法,第三节整车可靠性试验,3.试验中的汽车维修（1）预防维修是指为预防发生故障而安排的强制性维护和修理，包括对各总成、零部件进行紧固、调整、润滑、清洗及更换易损件等。在进行预防维修时，若发现非预防维修项目出现故障，即认定为试验车辆可靠性行驶试验中发生的故障，其判断与维修记录按正常程度进行。（2）故障后维修是指故障发生后进行的维修，维修范围仅限于与故障有直接关系的部位，试验中要进行故障维修记录，包括总成名称、故障里程、故障现象描述、故障原因分析、故障后果、处理措施、故障停车时间、维修用时、费用等。（3）试验中汽车性能测试,试验方法,第三节整车可靠性试验,在可靠性行驶试验初期和结束后各进行一次发动机外特性测试及汽车性能测试，以确定试验汽车经过规定里程的可靠性行驶试验后性能指标是否达到设计要求或国家规定的限值，以及性能的稳定程度。（4）检验结束后汽车的拆检拆检试验汽车可靠性行驶试验项目全部结束后，需要解体汽车进行检查，对拆检发现的问题，应及时分析、判明原因，并记录拆检的详细情况，检测时可通过感官评价，也可根据实际需要进行测量。确定主要零件磨损程度可靠性行驶试验前后，要对试验汽车的主要零部件进行精密测量，拆检中发现的潜在故障，不计入故障指标统计，检验时间不计入维修时间。,试验数据处理,第三节整车可靠性试验,1.行驶工况统计可靠性行驶试验中，每日每班填写行车记录卡，试验员依据试验驾驶员填写的行车记录卡定期统计有关试验参数，包括实际行驶里程、平均技术车速、变速器各排挡使用次数及里程或时间的占有比例、制动次数和时间等，上述项目可依据试验要求进行相应增减。2.故障统计可靠性行驶试验中，当日班发生的故障应详细地填写在行车记录卡上，故障描述要真实详尽，并记录发生故障的时间、里程、故障现象、故障判别及故障排除措施等，以备试验员能够将故障真实地反映在试验报告上。,试验数据处理,第三节整车可靠性试验,故障统计中，只考虑“本质故障”，“误用故障”不计入故障数，同一里程中不同零件发生故障时应分别进行统计，分别计入故障频次，同一零件同一里程出现不同模式故障时也分别统计，分别计入故障频次，若同一零件发生几处模式相同的故障，则只统计一次，故障类别按最严重的统计。3.汽车可靠性评价指标及其计算方法（1）平均首次故障里程（MTTFF）指汽车出厂后无需维修而能够持续工作的平均里程（7-5）式中:S无故障行驶的总里程，km；n发生首次故障的车辆数，辆；（7-6）,试验数据处理,第三节整车可靠性试验,式中：Sj第j辆汽车首次故障里程（只计1、2、3类故障）；n试验车辆数，辆；Se定时截尾里程数，km；（2）故障间隔里程（MTBF）（7-7）式中：S总试验里程，km；总试验里程S中发生的1、2、3类故障总数；（7-8）式中：K中止试验车辆数，辆；Si第i辆汽车中止试验里程，km；,试验数据处理,第三节整车可靠性试验,平均故障间隔里程置信下限值（MTBF）按下式计算:（7-9）（3）当量故障数D（7-10）式中:D当量故障数；i第i类故障系数；i第i类故障数；（4）当量故障率D（7-11）式中:D当量故障率，次/1000km；Dj第j辆汽车当量故障数；,（5）千公里维修时间TMm（7-12）式中:TMm千公里维修时间，h；TRm总试验里程S内发生故障后维修时间总和，h；TPm总试验里程S内预防维修时间总和，h；(6)千公里维修费用MC（7-13）式中:MC千公里维修费用，元；C总试验里程S内维修费用，元；,试验数据处理,第三节整车可靠性试验,试验数据处理,第三节整车可靠性试验,（7）有效度A是指产品在规定的使用和维修条件下，任意时刻维持其规定功能的概率（7-14）式中:A有效度，；SD维修停驶里程，km；Va试验汽车平均技术速度；（7-15）,试验数据处理,第三节整车可靠性试验,4.威布尔分布的应用受高变载荷的汽车零件，其疲劳寿命相差悬殊，汽车零件的疲劳寿命是一个随机变量，一般服从于对数正态分布和威布尔分布，特别是疲劳寿命的估计，以威布尔分布最为适用。1）威布尔分布的兼容性对于不可维修产品，威布尔分布函数是应用最为广泛的可靠度函数，其具有良好的兼容性。在汽车零部件可靠性的试验处理中，通常采用威布尔分布，并用以下指标评价产品的可靠性:（1）B10寿命累积故障概率F（t）=10时的寿命；（2）特征寿命可靠度为36.8时的寿命；（3）中位