汽車耐久性試驗(yàn)技術(shù)

汽車耐久性試驗(yàn)技術(shù)第1頁/共81頁目錄CONTENTS2結(jié)構(gòu)耐久性在整車開發(fā)中的應(yīng)用客戶關(guān)聯(lián)（公共道路數(shù)據(jù)庫(kù)）耐久性DVP矩陣可靠性的18種工具第2頁/共81頁3第一部分：結(jié)構(gòu)耐久在整車開發(fā)過程中的應(yīng)用第3頁/共81頁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證流程客戶需求設(shè)計(jì)CAE試驗(yàn)室道路設(shè)計(jì)驗(yàn)證公共道路第4頁/共81頁耐久性開發(fā)流程定義客戶需求制定DVP執(zhí)行DVP整車系統(tǒng)部件道路（試驗(yàn)場(chǎng)）試驗(yàn)里程累積試驗(yàn)客戶關(guān)聯(lián)載荷譜采集CAE分析試驗(yàn)室試驗(yàn)第5頁/共81頁應(yīng)力干涉模型產(chǎn)品壽命駕駛習(xí)慣路面環(huán)境設(shè)計(jì)材料加工制造質(zhì)量控制第6頁/共81頁7第二部分：客戶關(guān)聯(lián)（公共道路數(shù)據(jù)庫(kù)）客戶關(guān)聯(lián)用來定義了客戶使用車輛過程中的操作頻率，載荷以及環(huán)境

。它界定了系統(tǒng)/子系統(tǒng)/部件必須服從的操作狀況分布。

客戶關(guān)聯(lián)可以是針對(duì)整車，也可以針對(duì)系統(tǒng)、部件，它的輸出物是客戶使用應(yīng)力分布，整車試驗(yàn)場(chǎng)耐久性試驗(yàn)程序，關(guān)鍵壽命試驗(yàn)方法等等第7頁/共81頁什么是公共道路數(shù)據(jù)庫(kù)8公共道路數(shù)據(jù)庫(kù)是指通過一種或者幾種基準(zhǔn)載荷譜采集樣車，對(duì)公共道路進(jìn)行載荷譜采集，從而形成整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)；第8頁/共81頁9為什么要進(jìn)行客戶關(guān)聯(lián)RequiredTest客戶需求設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)驗(yàn)證客戶需求設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)驗(yàn)證客戶需求設(shè)計(jì)驗(yàn)證設(shè)計(jì)驗(yàn)證客戶需求設(shè)計(jì)驗(yàn)證設(shè)計(jì)驗(yàn)證第9頁/共81頁如何進(jìn)行客戶關(guān)聯(lián)10客戶1客戶2客戶3客戶???……采集樣車公共道路客戶需求設(shè)計(jì)強(qiáng)度驗(yàn)證方法第10頁/共81頁如何進(jìn)行客戶關(guān)聯(lián)—步驟一11市場(chǎng)調(diào)查目的：確定特定市場(chǎng)的路面狀況高速公路比例一般公路比例壞路比例乘客數(shù)量以及行李重量各種典型道路選定特定市場(chǎng)有代表性的車型調(diào)查方法電子郵件電話面談每個(gè)特定市場(chǎng)至少1000名客戶第11頁/共81頁如何進(jìn)行客戶關(guān)聯(lián)—步驟二12數(shù)據(jù)采集通道選擇六分力車身扭曲應(yīng)力集中點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)典型通道減震器安裝座控制臂球頭轉(zhuǎn)向橫拉桿及連接桿減震器及螺旋彈簧發(fā)動(dòng)機(jī)懸置第12頁/共81頁如何進(jìn)行客戶關(guān)聯(lián)—步驟三13開發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)工況及進(jìn)行試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)量失效及統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)場(chǎng)程序公共道路數(shù)據(jù)M.R.E.R.S.R.客戶調(diào)查第13頁/共81頁建立簽收流程14CAE/試驗(yàn)室試驗(yàn)試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)極端客戶第14頁/共81頁15第三部分：耐久性DVP矩陣任何一種試驗(yàn)都有其局限性。為了建立足夠Robust的耐久性DVP計(jì)劃，必須建立耐久性DVP矩陣，考慮所有的Noisefactor。第15頁/共81頁耐久性DVP矩陣16零部件系統(tǒng)整車結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)PT耐久性試驗(yàn)抗腐蝕性試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)第16頁/共81頁強(qiáng)度試驗(yàn)-整車級(jí)17第17頁/共81頁強(qiáng)度試驗(yàn)-部件級(jí)18第18頁/共81頁結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)-PG19第19頁/共81頁結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)-Lab20第20頁/共81頁結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)-CAE21第21頁/共81頁P(yáng)T耐久性試驗(yàn)-試驗(yàn)場(chǎng)22第22頁/共81頁P(yáng)T耐久性試驗(yàn)-LAB23第23頁/共81頁抗腐蝕試驗(yàn)-PG24第24頁/共81頁25第四部分：可靠性的18種工具耐久性就是指產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)保持其功能的能力；可靠性是指產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)發(fā)生故障的概率；第25頁/共81頁可靠性的定義可靠性可以以三種方式來定義字典定義：“一個(gè)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試或者測(cè)量規(guī)程在重復(fù)試驗(yàn)上產(chǎn)生同樣結(jié)果的程度”概率定義：“系統(tǒng)在指定的時(shí)間段、在指定的條件設(shè)定下執(zhí)行其意圖功能的概率”失效模式定義：“可靠性是失效模式的避免”第26頁/共81頁可靠性工程的18個(gè)模塊RealWorldUsageProfiles客戶使用概況KLT關(guān)鍵壽命試驗(yàn)ReliabilityGrowthCurve可靠性成長(zhǎng)曲線ReliabilityBenchmarking可靠性對(duì)標(biāo)Functional&ReliabilityTargetSetting功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定ReliabilityBlockDiagram可靠性框圖FaultTreeAnalysis失效分析Stress&StrengthInterference應(yīng)力&強(qiáng)度干擾DegradationTechnique降格技術(shù)AcceleratedTesting加速試驗(yàn)SampleSizeReductionTechnique樣本縮減技術(shù)。。第27頁/共81頁產(chǎn)品開發(fā)過程中的可靠性定義需求中的可靠性三包分析風(fēng)險(xiǎn)分析客戶使用條件干擾因素可靠性對(duì)標(biāo)可靠性方框圖第28頁/共81頁產(chǎn)品開發(fā)過程中的可靠性概念開發(fā)/選擇中的可靠性頭腦風(fēng)暴可靠性方框圖P圖KLT故障樹分析根本原因分析第29頁/共81頁產(chǎn)品開發(fā)過程中的可靠性設(shè)計(jì)和優(yōu)化中的可靠性故障樹分析參數(shù)設(shè)計(jì)公差設(shè)計(jì)應(yīng)力/強(qiáng)度干涉防錯(cuò)設(shè)計(jì)分析的可靠性和穩(wěn)健性第30頁/共81頁產(chǎn)品開發(fā)過程中的可靠性驗(yàn)證中的可靠性基礎(chǔ)試驗(yàn)方法加速試驗(yàn)方法高加速試驗(yàn)方法概率圖信號(hào)干擾比可靠性增長(zhǎng)曲線退化分析可靠性和穩(wěn)健型檢查清單第31頁/共81頁三包分析定義和目的三包分析是使用現(xiàn)有的工具來分析整個(gè)產(chǎn)品三包期三包信息的過程。三包分析與FEMA相呼應(yīng)，共同識(shí)別通用的問題，從而確保他們不會(huì)在未來的產(chǎn)品中重復(fù)；三包分析既用于對(duì)目前系統(tǒng)借用的分析，又用于選擇建立新系統(tǒng)的優(yōu)良零件。它和風(fēng)險(xiǎn)分析一起主要用于定義階段。它同樣在設(shè)計(jì)驗(yàn)證中起到作用，在識(shí)別高里程問題中也起到幫助作用；第32頁/共81頁三包分析輸入、輸出和工具特定問題修理數(shù)據(jù)三包分析系統(tǒng)問題大小三包分析第33頁/共81頁三包分析例子第34頁/共81頁三包分析例子第35頁/共81頁三包分析輸出（可靠性方框圖）第36頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)可靠性對(duì)標(biāo)是一個(gè)流程，用來在可靠性領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)本公司產(chǎn)品和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差距，以及找到改進(jìn)方法?？煽啃詫?duì)標(biāo)可能包含以下行為：對(duì)標(biāo)方法選擇關(guān)鍵壽命試驗(yàn)（對(duì)比試驗(yàn)）失效標(biāo)準(zhǔn)定義樣本量確定第37頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)可靠性對(duì)標(biāo)流程關(guān)鍵成功因素1.需要對(duì)標(biāo)的內(nèi)容2.如何做Enablers3.誰是最好的

4.他們?nèi)绾巫霰竟靖?jìng)爭(zhēng)對(duì)手可靠性對(duì)標(biāo)

方法選擇

試驗(yàn)設(shè)定

數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)分析結(jié)果說明第38頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)可靠性對(duì)標(biāo)及數(shù)據(jù)分析方法(Table1)可靠性對(duì)標(biāo)方法數(shù)據(jù)分析方法a.

部件或者不可修復(fù)系統(tǒng)

可靠性，MMTF

壽命期內(nèi)的性能S/NF/1000，TGW/1000

主觀評(píng)價(jià)

壽命數(shù)據(jù)分析（Weibull,etc)

退化模式S/N計(jì)算

繪圖及趨勢(shì)分析

蜘蛛圖,排列圖*MMTF-MeanMiletoFailure*S/N–Signal/Noise*F/1000–failureper1000vehicles*TGW/1000–thingsgonewrongper1000vehicles第39頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)可靠性對(duì)標(biāo)及數(shù)據(jù)分析方法(Table2)可靠性對(duì)標(biāo)方法數(shù)據(jù)分析方法a.

可修復(fù)系統(tǒng)R/1000，F(xiàn)/1000，TGW/1000S/N

主觀評(píng)價(jià)MMBF，可靠性，在一定試用期內(nèi)的平均修理次數(shù)

繪圖及趨勢(shì)分析S/N計(jì)算

蜘蛛圖,排列圖

非齊次泊松過程，齊次泊松過程*MMBF-MeanMilebetweenFailure*S/N–Signal/Noise*R/1000–Repairper1000vehicles第40頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)可靠性對(duì)標(biāo)的好處為高級(jí)管理層提供數(shù)據(jù)，使其理解本公司產(chǎn)品與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間的距離；提供可靠性相關(guān)指標(biāo)，用于目標(biāo)設(shè)定為系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（SDS），關(guān)鍵壽命試驗(yàn)（KLT）和工程規(guī)范（ES）提供可靠性相關(guān)信息；第41頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合意外的產(chǎn)品性能下降，導(dǎo)致客戶滿意度下降；需要改進(jìn)產(chǎn)品可靠性，使其能夠與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手BIC產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)時(shí)；需要比較兩種設(shè)計(jì)方案，或?qū)で笞罴言O(shè)計(jì)方案時(shí)；當(dāng)需要BIC產(chǎn)品信息來設(shè)定自己產(chǎn)品目標(biāo)時(shí)；在理想的情況下，可靠性對(duì)標(biāo)應(yīng)該在產(chǎn)品開發(fā)的前期進(jìn)行，研究的信息和結(jié)果可以直接應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中去。第42頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)重點(diǎn)及局限合理的使用外推法；對(duì)于對(duì)標(biāo)項(xiàng)目而言，測(cè)試計(jì)劃十分重要，需要認(rèn)真進(jìn)行考慮，保證時(shí)間和資源的最優(yōu)化；在計(jì)算中，通常假設(shè)MMBF服從指數(shù)分布。在計(jì)算前，需要對(duì)其分布進(jìn)行驗(yàn)證，如果不服從指數(shù)分布，需要找到其失效的分布模型；第43頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)成功對(duì)標(biāo)的關(guān)鍵因素管理層的支持；對(duì)工藝的理解；對(duì)標(biāo)結(jié)果的應(yīng)用；團(tuán)隊(duì)能力；對(duì)標(biāo)目標(biāo)和指標(biāo)的推薦；第44頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)范例1背景兩輛車進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，每次失效發(fā)生后，失效車輛經(jīng)過修理（例如，焊接底盤，四輪定位等手段）后，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)；修理可以使一輛車持續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，因此樣本量可以最小化，成本可以最低；

第45頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)TTSF（timetosystemfailure)數(shù)據(jù)如下

FailureNo.VehicleaVehicleb131013042739179531173247941984304752594345463285542273497560383981606994260609310436270971157987348126332793013794185711489528952第46頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)車輛a的TTSF數(shù)據(jù)可表示如下

TBF1=310TBF2=429TBF3=434TTSF1=310TTSF2=739TTSF1=1173TTSF13=7941TTSF14=8952TBF14=1011第47頁/共81頁累積失效次數(shù)和累積運(yùn)行里程如下圖，它表示了車輛的性能趨勢(shì)車輛a的可靠性性能在提高，它的故障時(shí)間間隔變長(zhǎng)車輛b的可靠性性能在惡化，它的故障時(shí)間間隔縮短可靠性對(duì)標(biāo)Figure1第48頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)更多的計(jì)算結(jié)果如下：

vehicleavehicleb?β0.8891.524?λ4.30E-031.33E-05?MMTF485km1426km

?5500km時(shí)

?E[N(t)]9.15repairs6.67repairs?ROCOF1.47E-031.85E-03?R(t)1.00E-041.30E-03?MMBF601km824km

?15,000km時(shí)

?E[N(t)]22.15repairs30.74repairs?ROCOF1.31E-033.12E-03?MMBF677km488km

第49頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)失效變化率：

車輛a的失效變化率在逐步降低車輛b的失效變化率在逐步升高

Figure2第50頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)外推累積失效次數(shù)：

Figure3第51頁/共81頁可靠性對(duì)標(biāo)結(jié)論β>1,系統(tǒng)性能會(huì)惡化,車輛b滿足這個(gè)條件；β<1,系統(tǒng)性能會(huì)提高,車輛a滿足這個(gè)條件；Figure2顯示，初期故障率a車要高于b車，但是4000km之后，b車的故障率超過了a車；Figure3顯示，9000km之后，b車的累積故障次數(shù)發(fā)生了急劇上升；a車的平均首次故障里程要少于b車（早期失效問題）；a車在長(zhǎng)期運(yùn)行的條件下，性能要優(yōu)于b車（耐久性好）；a車遭遇了早期失效問題，它的早期失效率可以通過根本原因分析來避免這類失效模式來提高第52頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定好處為滿足客戶期望以及達(dá)到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能水準(zhǔn)而進(jìn)行的一種持續(xù)改進(jìn)以及失效避免行動(dòng)提供了在性能和成本二者之間的優(yōu)選法為管理層提供了決心第53頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定假設(shè)和局限主要的假設(shè)是性能降格以及失效是已知的，并且干擾因素可以被很好的評(píng)估。失效模式通過適當(dāng)?shù)母蓴_因素可以被分析。這些干擾因素的影響可以有效的應(yīng)用在產(chǎn)品上?？蛻舻钠谕约案?jìng)爭(zhēng)對(duì)手的指標(biāo)始終在變化，因此，可以達(dá)到的目標(biāo)不可能始終不變，我們應(yīng)該始終以最低的成本超越這些目標(biāo)第54頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定何時(shí)進(jìn)行初步的目標(biāo)設(shè)定應(yīng)該在產(chǎn)品定義初期建立能力評(píng)估應(yīng)該和成本管理達(dá)成一致最終的可達(dá)成目標(biāo)必須在產(chǎn)品定義階段完成第55頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定輸入要求項(xiàng)目描述（ProgramDescriptionBook）-銷售市場(chǎng)，平臺(tái)來源，新技術(shù)等等P圖–五種干擾因素信息，相關(guān)的失效模式產(chǎn)生失效模式的關(guān)鍵壽命試驗(yàn)（KLT）產(chǎn)品壽命周期第56頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定目標(biāo)在A車型上，針對(duì)雨刮系統(tǒng)建立10yrs/240kkm功能和可靠性要求目標(biāo)第57頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第一步：定義對(duì)標(biāo)/競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手車型通常情況，利用市場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)來定義對(duì)標(biāo)/競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手車型系統(tǒng)、子系統(tǒng)例如，通過市場(chǎng)調(diào)查，確定福特翼博的雨刮系統(tǒng)功能和可靠性在同級(jí)別車中是最好的。第58頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第二步：選擇合適的對(duì)標(biāo)指標(biāo)對(duì)標(biāo)指標(biāo)通?？梢员硎井?dāng)前設(shè)計(jì)的不足對(duì)標(biāo)指標(biāo)通?？梢圆捎觅|(zhì)量指標(biāo)，如：R/1000，可靠性，MMBF，B10life等等；第59頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第三步：根據(jù)歷史質(zhì)量數(shù)據(jù)對(duì)問題進(jìn)行分析3.1根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，找出導(dǎo)致差距的主要原因問題描述數(shù)量百分比雨刮片撞擊A柱54730.56%雨刮電機(jī)失效31217.43%洗滌液不足29816.65%雨刮片磨損18110.11%間隔調(diào)節(jié)器故障1206.70%洗滌液泄漏1106.15%雨刮開關(guān)失效814.53%雨刮臂異響301.68%其它1116.20%第60頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第三步：根據(jù)歷史質(zhì)量數(shù)據(jù)對(duì)問題進(jìn)行分析3.2了解客戶需求，確定改善項(xiàng)目根據(jù)下圖，確定四個(gè)主要問題需要改進(jìn)，以便提高客戶滿度：雨刮撞擊A柱雨刮電機(jī)失效洗滌液不足雨刮片磨損第61頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第四步：確定系統(tǒng)分界圖及方框圖雨刮洗滌器電器顧客玻璃電器分配電器開關(guān)車身前結(jié)構(gòu)底盤-車身材料控制團(tuán)體調(diào)節(jié)器車身/總成操作環(huán)境服務(wù)材料緊固件雨刮系統(tǒng)分界圖第62頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第四步：確定系統(tǒng)分界圖及方框圖前風(fēng)擋雨刮系統(tǒng)洗滌器子系統(tǒng)雨刮子系統(tǒng)雨刮系統(tǒng)分級(jí)方框圖電器分配電源開關(guān)線束雨刮臂&雨刮片聯(lián)動(dòng)裝置電機(jī)洗滌液噴嘴儲(chǔ)液罐軟管水泵第63頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第四步：確定系統(tǒng)分界圖及方框圖對(duì)第一個(gè)問題“雨刮撞擊A柱”，分析表明以下部件或者界面因素影響到系統(tǒng)功能：聯(lián)動(dòng)裝置材料制造/裝配變差電機(jī)速度第64頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第五步：確定決定性部件/界面因素根據(jù)第四步的分析，決定性因素是“聯(lián)動(dòng)裝置子系統(tǒng)在整個(gè)壽命周期內(nèi)的穩(wěn)定性”編制聯(lián)動(dòng)裝置子系統(tǒng)的分界圖及分級(jí)方框圖團(tuán)隊(duì)?wèi)岩陕?lián)動(dòng)裝置中球節(jié)松動(dòng)是導(dǎo)致第一個(gè)問題的主要原因?yàn)榱蓑?yàn)證團(tuán)隊(duì)的結(jié)論，對(duì)47個(gè)雨刮聯(lián)動(dòng)裝置子系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下圖：第65頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第五步：確定決定性部件/界面因素第66頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第六步：建立決定性部件的P圖干擾因素：

件與件之間的變差

尺寸變化

客戶使用條件/工作循環(huán)

外部環(huán)境內(nèi)部環(huán)境聯(lián)動(dòng)裝置子系統(tǒng)控制要素：

雨刮臂剛度

球套設(shè)計(jì)

尺寸

金屬材料剛度輸入輸出電機(jī)扭矩使用壽命內(nèi)雨刮臂角度穩(wěn)定性第67頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第六步：建立決定性部件的P圖干擾因素：

件與件之間的變差

尺寸變化

客戶使用條件/工作循環(huán)

外部環(huán)境內(nèi)部環(huán)境球套控制要素：

表面加工

材料

球套

潤(rùn)滑油輸入輸出球頭螺栓傳遞的力傳遞到雨刮臂的力第68頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第六步：建立決定性部件的P圖影響球套的關(guān)鍵干擾因素確定如下：溫度、濕度鹽水/灰塵/水材料剛度以上干擾因素必須在KLT試驗(yàn)中有所體現(xiàn)第69頁/共81頁功能/可靠性目標(biāo)設(shè)定第七步：修正KLT根據(jù)第六步的分析結(jié)果回顧現(xiàn)有的KLT，是否有修正的必要如果該項(xiàng)目是投放于一個(gè)新市場(chǎng)，則必須調(diào)查客戶