摘 要：汽車技術(shù)在不斷進(jìn)步下，消費(fèi)者對(duì)汽車可靠性的要求慢慢提高，整車可靠性試驗(yàn)在產(chǎn)品研發(fā)中的作用愈加突出，可靠性試驗(yàn)既能夠評(píng)估整車在不同工況下的性能表現(xiàn)又可以發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計(jì)缺陷與系統(tǒng)性問題。當(dāng)下整車可靠性試驗(yàn)面臨著試驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高、試驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜等挑戰(zhàn)，怎樣保證試驗(yàn)精度的同時(shí)提高效率，成為研究的重要方向。車整車可靠性試驗(yàn)的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在復(fù)雜系統(tǒng)的整體評(píng)估、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、試驗(yàn)資源的優(yōu)化配置等方面，亟需利用技術(shù)創(chuàng)新與智能化手段提升試驗(yàn)效能。

關(guān)鍵詞：整車可靠性試驗(yàn) 汽車開發(fā) 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)分析 環(huán)境模擬

1 緒論

整車可靠性試驗(yàn)是汽車開發(fā)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，它在模擬汽車在不同使用環(huán)境下的運(yùn)行狀況下評(píng)估整車在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中可能出現(xiàn)的故障和性能退化，揭示潛在的設(shè)計(jì)缺陷或系統(tǒng)性問題。智能化、電子化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)和功能變得愈加復(fù)雜，傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法面臨著新的挑戰(zhàn)，怎樣應(yīng)對(duì)新技術(shù)、新材料對(duì)可靠性試驗(yàn)提出的更高要求，在有限的時(shí)間和資源內(nèi)，準(zhǔn)確評(píng)估整車的可靠性，成為汽車研發(fā)中的重要課題。本文探討整車可靠性試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)、面臨的挑戰(zhàn)和其解決方案，為未來汽車研發(fā)中的可靠性提升提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

2 整車可靠性試驗(yàn)的基本概念與分類

2.1 可靠性試驗(yàn)的基本原則

可靠性試驗(yàn)的基本原則包括代表性原則、隨機(jī)性原則、充分性原則和漸進(jìn)性原則，代表性原則要求試驗(yàn)樣本應(yīng)盡可能反映產(chǎn)品的實(shí)際使用情況，包括不同環(huán)境條件、工作工況以及可能的極端情況。隨機(jī)性原則強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)過程中應(yīng)盡量避免人為干擾，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布可以真實(shí)反映整車在實(shí)際使用過程中的各種可能性，充分性原則要求試驗(yàn)應(yīng)覆蓋產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段來保證涵蓋可能出現(xiàn)的所有故障模式，漸進(jìn)性原則指試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循逐步加壓的方式，從輕度到極限工況進(jìn)行，逐漸揭示整車在不同負(fù)荷下的性能變化。

2.2 整車可靠性試驗(yàn)的主要分類

按試驗(yàn)環(huán)境分類，整車可靠性試驗(yàn)可分為環(huán)境模擬試驗(yàn)與道路行駛試驗(yàn)，環(huán)境模擬試驗(yàn)包括高低溫、濕熱、鹽霧、振動(dòng)等試驗(yàn)，模擬汽車在各種極端環(huán)境下的運(yùn)行狀況以此評(píng)估車輛在不同氣候、道路及駕駛條件下的可靠性表現(xiàn)。道路行駛試驗(yàn)在實(shí)際道路上進(jìn)行，試驗(yàn)車輛在真實(shí)交通環(huán)境中運(yùn)行，收集實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)。按試驗(yàn)階段分類，整車可靠性試驗(yàn)可分為開發(fā)階段試驗(yàn)、預(yù)生產(chǎn)階段試驗(yàn)和量產(chǎn)階段試驗(yàn)，開發(fā)階段試驗(yàn)關(guān)注新車型的設(shè)計(jì)可靠性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否滿足可靠性要求；預(yù)生產(chǎn)階段試驗(yàn)則側(cè)重于對(duì)預(yù)生產(chǎn)樣車的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證來確保在進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)之前能夠發(fā)現(xiàn)潛在問題；量產(chǎn)階段試驗(yàn)利用大量車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，檢驗(yàn)量產(chǎn)車型的實(shí)際可靠性表現(xiàn)。每種試驗(yàn)分類方法都有其獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景與價(jià)值，結(jié)合不同階段和需求進(jìn)行合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)是提升整車可靠性的關(guān)鍵[1]。

2.3 常見的可靠性評(píng)估方法

統(tǒng)計(jì)分析法通過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，建立數(shù)學(xué)模型來評(píng)估整車的可靠性，壽命預(yù)測(cè)法依據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用統(tǒng)計(jì)模型推算出整車的預(yù)期使用壽命，加速壽命試驗(yàn)法是在較短時(shí)間內(nèi)利用加速試驗(yàn)來模擬長(zhǎng)期使用過程中可能出現(xiàn)的故障模式，為可靠性評(píng)估提供參考。故障樹分析法在構(gòu)建故障樹模型下分析整車在不同工況下各部件的失效原因及其相互關(guān)系，預(yù)測(cè)整車的可靠性。

常見的可靠性評(píng)估方法中，加速壽命試驗(yàn)法（ALF）因其能夠在較短時(shí)間內(nèi)獲得與實(shí)際使用情況相符的可靠性數(shù)據(jù)，成為廣泛應(yīng)用于汽車開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。加速壽命試驗(yàn)法的數(shù)學(xué)模型通常采用威布爾分布模型（Weibull Distribution Model），其可靠性評(píng)估公式為：

其中表示在時(shí)間內(nèi)的可靠度，是尺度參數(shù)，影響函數(shù)的均值跟廣度，體現(xiàn)系統(tǒng)的平均壽命，是形狀參數(shù)，反映壽命分布的形狀特征。該公式的核心思想是通過調(diào)整加速試驗(yàn)條件，使得車輛系統(tǒng)在更短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷與正常使用條件下相同的老化過程，進(jìn)而推算出整車在長(zhǎng)時(shí)間使用下的可靠性表現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中研究人員根據(jù)不同的工況設(shè)定合適的應(yīng)力水平，對(duì)整車的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行加速試驗(yàn)，調(diào)整威布爾分布的參數(shù)來擬合真實(shí)世界中車輛的可靠性曲線[2]。

3 汽車整車可靠性試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方案選擇

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是明確評(píng)估整車可靠性的具體要求來確定試驗(yàn)的內(nèi)容、方法、工況和周期，并確保試驗(yàn)過程與實(shí)際使用情況高度契合。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段先明確試驗(yàn)的目的，評(píng)估關(guān)鍵可靠性指標(biāo)，整車可靠性試驗(yàn)需要評(píng)估整車在長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生的關(guān)鍵故障模式，如發(fā)動(dòng)機(jī)故障、傳動(dòng)系統(tǒng)磨損、電子設(shè)備失效等。根據(jù)評(píng)估目標(biāo)選擇合適的試驗(yàn)類型，常見的試驗(yàn)類型包括加速壽命試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)等，每種試驗(yàn)的設(shè)計(jì)依據(jù)都應(yīng)圍繞產(chǎn)品生命周期和使用條件展開[3]。

試驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)須保證每個(gè)步驟的科學(xué)性和可操作性，根據(jù)產(chǎn)品的可靠性要求，試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮不同工況的模擬，不同溫度、濕度、振動(dòng)、負(fù)載等條件下進(jìn)行多工況綜合評(píng)估。試驗(yàn)臺(tái)架的搭建應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目的要求，配備相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器與控制系統(tǒng)。

3.2 試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)采集與分析

在試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的采集需要涵蓋車輛各個(gè)關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電子控制單元、底盤系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)等來保證可以全面監(jiān)測(cè)整車的性能變化。可靠性試驗(yàn)過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要能夠?qū)崟r(shí)記錄各項(xiàng)指標(biāo)的變化情況，如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、輪胎磨損、電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)、油壓變化等，這些數(shù)據(jù)將在試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)合整車的運(yùn)行工況，評(píng)估車輛在不同使用階段可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)與性能退化情況。數(shù)據(jù)采集的精度要求非常高，任何數(shù)據(jù)誤差都可能導(dǎo)致對(duì)整車可靠性評(píng)估的不準(zhǔn)確，所以試驗(yàn)過程中需要對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行定期校驗(yàn)來確保各項(xiàng)儀器設(shè)備的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)分析是對(duì)采集數(shù)據(jù)的深入挖掘過程，常用的方法包括統(tǒng)計(jì)分析、回歸分析、故障模式分析等，數(shù)據(jù)分析結(jié)果會(huì)提供重要的決策依據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與質(zhì)量改進(jìn)[4]。在進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)時(shí)，測(cè)試過程中采集到以下圖1發(fā)動(dòng)機(jī)溫度與油壓的相關(guān)數(shù)據(jù)。

可以識(shí)別出發(fā)動(dòng)機(jī)溫度與油壓之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著時(shí)間的推移，油壓的逐漸下降，表明發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部存在磨損或油路系統(tǒng)可能發(fā)生故障，提前為后續(xù)維護(hù)與改進(jìn)提供了依據(jù)。

3.3 道路試驗(yàn)?zāi)M與試驗(yàn)工況設(shè)置

道路模擬試驗(yàn)?zāi)M汽車在不同地理環(huán)境、氣候條件下的工作狀態(tài)，試驗(yàn)工況設(shè)置則根據(jù)不同車型的使用特點(diǎn)，模擬出不同的駕駛環(huán)境與操作條件。在實(shí)際操作中試驗(yàn)工況的設(shè)置需要考慮多重因素，對(duì)于不同的車型，設(shè)計(jì)者會(huì)選擇一系列的典型工況來全面考察整車在長(zhǎng)時(shí)間、不同環(huán)境下的耐久性，根據(jù)汽車的目標(biāo)市場(chǎng)和實(shí)際使用環(huán)境，選擇不同的試驗(yàn)周期與測(cè)試項(xiàng)目，確保試驗(yàn)結(jié)果具有代表性與實(shí)用性[5]。下面表1給出一組基于某款中高端轎車的試驗(yàn)工況設(shè)置數(shù)據(jù)，涵蓋溫度、濕度等環(huán)境因素。

可靠性行駛前后會(huì)對(duì)車輛進(jìn)行包括但不局限于動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性能、操縱穩(wěn)定性以及密封性等試驗(yàn)，用于評(píng)定整車性能的衰減程度來綜合考量車輛的可靠性能。高速公路模擬試驗(yàn)在模擬高速公路的道路條件與振動(dòng)頻率下檢測(cè)整車在高速行駛中的穩(wěn)定性與車身耐久性。強(qiáng)化道路耐久試驗(yàn)則模擬壞路等復(fù)雜路況，模擬長(zhǎng)時(shí)間駕駛下整車的綜合表現(xiàn)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)等各個(gè)關(guān)鍵部件的性能退化情況。

4 汽車整車可靠性試驗(yàn)中的挑戰(zhàn)與問題

4.1 復(fù)雜性與系統(tǒng)性問題

現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步使得整車結(jié)構(gòu)、電子系統(tǒng)、動(dòng)力總成等變得愈加復(fù)雜，汽車既涉及傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)又包含了大量的電子控制單元（ECU）、傳感器、車載通信系統(tǒng)等，每一個(gè)子系統(tǒng)之間的相互作用、系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)以及交叉作用關(guān)系，都增加了整車可靠性試驗(yàn)的難度。在傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)中，試驗(yàn)往往針對(duì)單個(gè)部件或系統(tǒng)進(jìn)行，可整車可靠性試驗(yàn)涉及的是一個(gè)多維度、多層次的系統(tǒng)評(píng)估，要求從多個(gè)角度考量各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)整體性能的影響，這種復(fù)雜性使得每個(gè)部件或子系統(tǒng)的性能偏差都可能對(duì)整個(gè)車輛的可靠性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[6]。整車的高復(fù)雜度要求在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮個(gè)別零部件的性能又要對(duì)其與其他系統(tǒng)的相互作用進(jìn)行充分模擬與評(píng)估，增加了試驗(yàn)過程中的不確定性和難度，其復(fù)雜性如圖2所示。

自動(dòng)駕駛技術(shù)、電動(dòng)化技術(shù)的普及下汽車的復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，試驗(yàn)中既要考慮電池、電動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件的可靠性又要測(cè)試復(fù)雜的控制算法和傳感器系統(tǒng)的精確度，這些因素的相互作用對(duì)整車可靠性的影響尚未完全明確，試驗(yàn)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性問題將加劇。

4.2 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性

整車可靠性試驗(yàn)的核心依賴于準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差往往有不同來源，包括車輛本身的傳感器、試驗(yàn)臺(tái)架的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及外部環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器。試驗(yàn)過程中傳感器可能受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差，如溫度、濕度或電磁干擾等都可能影響傳感器的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)采集過程中也會(huì)產(chǎn)生人為誤差影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[7]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性則涉及數(shù)據(jù)是否能夠真實(shí)反映整車的使用性能和故障模式，在實(shí)際使用中車輛的工作工況復(fù)雜多變，試驗(yàn)場(chǎng)景無法完全涵蓋所有可能的使用條件，這就要求對(duì)數(shù)據(jù)的后續(xù)分析和驗(yàn)證進(jìn)行深入挖掘和細(xì)致調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

整車可靠性試驗(yàn)在汽車開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用，是確保車輛長(zhǎng)期穩(wěn)定性、安全性與性能的重要保障，汽車技術(shù)的不斷演進(jìn)，試驗(yàn)所面臨的挑戰(zhàn)也在不斷增加，復(fù)雜系統(tǒng)的交互效應(yīng)、高度集成化的電子系統(tǒng)以及新材料、新工藝的廣泛應(yīng)用，這些因素都要求試驗(yàn)設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新和優(yōu)化?？煽啃栽囼?yàn)既需要精確的環(huán)境模擬和嚴(yán)格的工況設(shè)置又要在數(shù)據(jù)采集與分析方面提高精準(zhǔn)度和有效性來保障可靠性評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。試驗(yàn)中的復(fù)雜性問題、高成本、長(zhǎng)周期等問題依然是制約試驗(yàn)效率和效果的瓶頸，需要在試驗(yàn)技術(shù)與方法上進(jìn)行持續(xù)的創(chuàng)新。

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