车辆可靠性-第6章 汽车可靠性试验方法(5节)

第6章汽车可靠性试验第6章汽车可靠性试验为了分析、评价、验证和提高产品的可靠性而进行的试验，统称为可靠性试验。广义地说，任何与产品失效效应有关的试验，都可以认为是可靠性试验。狭义的可靠性试验，往往是指寿命试验。6.1可靠性试验的意义在汽车可靠性研究中，通过可靠性试验了解整车及其各系统的关系，了解总成、零部件的失效情况，获得可靠性数据、资料，从而达到提高汽车产品的可靠性水平。6.2可靠性试验的目的1)对汽车及其零部件可靠性水平的评估和考核。利用试验中获得的数据，求得产品的可靠度、失效率及平均寿命等可靠性指标，以考核其功能、强度、可靠性和寿命等是否符合设计要求。2)对批量产品或外加工产品进行验收。3)对试验结果进行失效机理分析。通过可靠性试验，暴露产品在设计、制造、使用、维护、管理方面存在的问题和薄弱环节，找出失效原因，提出改进方案，从而使汽车的可靠性水平不断得以提高。4)储备设计所需的资料，探索发展方向，酝酿新的设计思想，为下一轮开发新产品积累经验。6.3可靠性试验的分类可靠性试验的类型很多，在汽车产品研制、生产的各个阶段，随着试验的目的、要求和试验对象的变化，试验人员应做出不同的选择。通常有：•按试验场所分有：现场试验、试验场试验、实验室试验。•按试验的破坏情况分有：破坏性和非破坏性二种。•按试验条件可分为：常规性寿命试验、加速寿命试验、强制老化试验等•按试验对象有：全数试验和抽样试验。试验场所分类现场试验试车场试验实验室试验6.3.1按照试验场所分类试验按照试验场所分类有现场试验、试车场试验、实验室试验。三种试验方法各有优、缺点。(1)现场试验方法：按照实际服役条件进行的可靠性试验。这种试验可以在汽车服役地区的道路上进行。在服役地区试验，也称野外试验或现场试验。进行行驶试验时，车上一般装有记录负荷、应力、速度、温度的仪器，装有气温、气压、风速、里程、燃油和润滑油的记录装置或传感器。在现场试验时，须按一定的计划挑选试验的路面、地区。路面一般可分为:平整道路、泥路、山路、城市道路、坑洼的恶劣路面，地区可分为严寒、酷暑地区，高原、高湿、低气压地区，试验中必须有计划地各取一定的里程。现场试验的特点优点：是一种综合性试验，能比较全面客观真实地评价产品在实际使用中的可靠性和维修性，其试验所得的数据和结论，最为直接了当，也最为可靠。缺点：是费用消耗大、投入的人力较多，试验周期长，不确定因素较多，试验的重复性相对差些。对象：主要是以汽车整车的可靠性为主，也包括一些重要总成的可靠性试验。开发一种新车型，至少进行两次现场试验，一次在设计定型前，一次在投产后。每次持续时间和里程应相当于在用户手中3至5年的实际服役期。(2)试车场试验方法：在试车场模拟的服役条件进行试验。优点:能够保持恒定的试验条件，参数和因素易于分辨和隔离，适宜于针对性地解决问题。缺点:所得到的可靠性数据，需要根据实际的使用情况对模拟试验条件下取得的数据进行折算。这种折算，需要大量的试验和统计数据作为基础。对象：由于受到试验条件的限制，目前还局限于总成、零部件的专项可靠性试验。试车场试验（续）试车场的主要设施：试验场主要设施直线车道弯曲车道高速环道试验广场特殊坏路特殊环境越野场地风洞试验标准陡坡试验场试验-试验设施（续）1)直线车道测量汽车最高车速，汽车换档加速时间，滑行距离，高速制动。2)弯曲车道试验汽车转向系统、承载系的可靠性，检查汽车的操纵稳定性能。3)高速环形车道检查汽车传动系的可靠性，包括发动机、变速器、冷却系、润滑系、燃油经济性以及轮胎高速运行条件下的寿命。4)试验广场用于稳态转向试验，通常用喷水法来检查汽车的不足转向特性和轮胎的侧滑车速。试验场试验-试验设施（续）5)特殊坏路是一种破坏性路面，包括凹凸不平约石块路扭曲路、搓板路，用以考验悬架和承载系。6)特殊环境人为制造水槽、泥泞、灰尘、洞等特殊路段考察汽车在特殊环境下的运行能力。7)越野场地设有各种障碍的自然田块，通常没有路面，考察各种军车的越野能力。8)风洞试验，测量汽车外形的风阻系数及空气动力特性。9)标准陡坡测验汽车的爬坡能力和驻坡能力。(3)实验室试验方法：也是采用模拟服役条件，但与实际的服役条件相差较大。优点:1)试验对象可以按照需要选定，可以随时更换试验对象。2）试验参数和因素可以更精确地隔离和控制，可以排除外界的干扰。3）可以增加载荷或加载频率，加速试验进程。4）减轻试验人员劳动强度，实现自动试验、无需看管、24h不间断运行。5）改善试验人员的工作环境，使高温试验、低温试验、有严重噪声的试验环境在密闭的实验室中进行。实验室试验（续）缺点：由于受试验条件的限制，不可能完全反映实际使用情况对象：比较适合于总成或零部件的可靠性对比试验。实验室试验也大致经历了三个阶段:早期是等幅加载试验，逐渐发展到程序加载的多工况试验，最近随机加载的试验开始增多。就目前的发展水平，汽车零部件和总成的实验室可靠性试验，仍以程序加载试验为主。实验室试验-台架试验所谓台架试验，就是在实验室使用专门的试验装置，模拟实际工作状态，完成总成或零部件的试验。它是实际工作状态在实验室再现的一种方法。尤其在新产品开发阶段，耗时、耗资最多的是可靠性评价试验，为缩短时间、节约经费，采用台架模拟试验。优点:加速试验进程;数据重复性好、可比性强;采集数据方便，寿命分布明确;比整车试验经济。台架模拟试验包括:总成可靠性试验，零件可靠性试验。其中总成试验台架有:发动机试验台架，离合器试验台架，变速器试验台架，后轴试验台架，制动器试验台架等等。零件试验台架主要用于单一条件的试验。在开发试制阶段，主要用于考核零件可靠性，考核材料的强度、性能;在批量试车阶段，主要用于质量控制或外购件的质量验收。6.3.2按照破坏情况分类可分为破坏性和非破坏性二种(1)破坏性试验试验样品最终被破坏或失效的试验。其中包括破坏性寿命试验，破坏性极限条件试验。破坏性寿命试验是为了确定产品寿命和可靠性特征值而进行的试验。破坏性极限条件试验是在超负荷或严酷环境条件(如高温、低温、酸碱盐腐蚀、高湿、缺氧、低气压等)下的破坏性试验，其主要目的是为了考察汽车和零部件产品在特殊环境下抵抗失效的能力。(2)非破坏性试验这种试验是在不破坏产品的基础上而获得可靠性数据。其中包括以非破坏性方法查明产品潜在的缺陷，如采用超声波、声发射、射线、探伤剂、磁性等各种无损检测手段，查找产品是否存在缺陷，从而排除故障源。这种检测、试验方法适用于制造阶段对材料及其零部件的质量检验，也可以对外加工的贵重产品进行抽样检验。6.3.3按照试验条件分类按照试验所给予的条件，可分为常规性寿命试验、加速寿命试验、强制老化试验、临界试验、特定环境和路面条件下的试验。(1)常规性寿命试验按照规定的使用条件，对汽车或零部件进行寿命试验。这种试验可以是连续工作，也可以是间断工作。所谓规定的使用条件，就是根据产品设计要求，采用接近或类似于实际使用条件的实验。这种试验方法的特点是试验周期较长，但实验结果较为真实。按照试验条件分类（续）（2）加速寿命试验在不改变失效机理的前提下，增加应力幅值或加载频率，从而使故障率增大或寿命缩短的试验。这种试验可以在较短的时间里获得可靠性评定数据和暴露使用中可能出现的故障。这里所提到的应力是一种广义的概念，它包括负荷(拉、压、扭、剪)、振动、冲击等机械应力之外，还包括温度、湿度、腐蚀等环境应力，以及电流、电压、电场、磁场引起的电应力等等。对于施加机械（交变或随机）载荷的寿命试验，通常称为疲劳寿命试验。对于汽车产品来说，其MTTF、MTBF大多很长，进行旷日持久的常规性试验，从经济和开发周期来看往往是不允许的。a)加速寿命试验的目的①设置苛刻的试验条件，促使样品加速失效。设置的条件必须与实际情况有内在联系，能在短时间内预测通常使用条件下的寿命。②在苛刻环境和负荷条件下试验，确定零部件材料的安全裕度。③在苛刻环境和负荷条件下试验，剔除有缺陷的零部件，以保证整车的可靠性水平。b)加速寿命试验方法的选择原则①保证失效机理的稳定性。如果试验条件过于苛刻，有可能使原来条件下的失效机理发生改变，产生的失效就是在不正常条件下的失效机理引起的。②明确加速因素与产品寿命之间的关系。通过理论模型或经验模型，折算出正常条件下的产品寿命。c)加速寿命试验的结果评价如何评价加速寿命试验的结果，需要考虑以下几个问题①与常规使用条件相比，平均寿命是否缩短?②常规使用条件相比，故障模式有无变化?③与常规使用条件相比，故障的范围有无扩大?④与常规使用条件相比，负荷条件发生了哪些变化?⑤在给定的累积故障概率范围内，与其它加速方法相比较，其试验结果是否存在差异?⑥反映可靠性指标的F(t)、R(t)、f(t)分布函数是否与原来常规使用条件下的分布函数相同?⑦加速的强度，即加速系数有多大?⑧试验设备、监视装置、数据的收集分析经济性如何?d)加速寿命试验的方法①加大应力法就是试验应力，包括工作应力和环境应力。②提高频率法就是提高施加应力的频率。③判定加速法加严失效判据，就是提前判定失效。例如原定特性值变化10%作为失效，现在以5%就算失效。④替代试验法利用易发生失效的试制品代替实际产品进行寿命试验，或者将己经使用到某种程度的样品进行寿命试验，例如，对车门撞击试验就不必油漆等等。⑤截尾试验法这种方法又称为统计加速，是利用统计学的原理，将尚未失效而已经达到某种寿命指标的试验样品停止试验，依照统计原理判断寿命。⑥浓缩应力法去除小应力幅值，使试验时间缩短。实践证明，当应力值低于某一数值时，寿命趋于无穷大。据此，需要对应力的分布状况做人为处理，把应力低于疲劳极限的工作时间剔除，使试验时间缩短。（3）强制老化试验在室温、高温、低温、潮湿、腐蚀、紫外线辐射等环境下，将处于非工作状态的汽车或零部件作搁置试验，使之在短时间里加速老化。这种试验类似于加速寿命试验，所不同的是设置了特殊的试验环境。特殊试验环境高温环境试验低温环境试验潮湿环境试验腐蚀环境试验红外线辐射(4)临界试验临界试验就是极限载荷的试验，用于在短时间内了解零部件能够承受最大载荷的能力。如试验项目试验目的基本方法砂地试验判断传动系统的强度驱动轮置于砂槽，变换挡位，使汽车冲出砂槽泥水槽试验判断驾驶室、车架的锈蚀及橡胶件的损坏在300mm深、50m长的泥水槽中行驶急起步试验判断传动系统、悬架、车架的强度在平路或坡道上拖拉挂车，以发动机最大转矩急速起步，反复操作紧急制动试验判断制动器、前轴转向节的强度在附着系数高的路面上直行或转弯时，紧急制动垂直冲击试验判断悬架、车身的强度汽车以较高的速度驶过长坡凸峰弯道转向试验判断转向机构的强度以可能的速度、以最大的转向角反复进行弯道行驶试验空转试验考验传动系统振动负荷原地将驱动轮支起，以额定转速的100%～115连续运转(5)特殊环境下的可靠性试验特殊环境是指特殊的气候环境。试验地区环境特征可靠性问题严寒地区低温冰雪冷启动性能差；气制动管路结冰；冷却液、润滑液、燃油冻结、金属低温脆性失效；非金属零件的硬化失效；采暖、除霜装置失效；特殊维修问题高原地区低温、低气压、长坡、辐射、冷却液沸腾，供油系气阻；动力性下降，启动性能恶化、人体力下降，维修困难湿热地区高湿度、高温、高辐射、雨水、盐雾、霉菌冷却液沸腾，供油系气阻；金属件腐蚀；电器件故障；非金属件老化，变质、发霉(6)特定路面条件下的可靠性试验为了快速得到可靠性试验数据，在试车场内为不同的车型设置了不同的车道，这些车道分别选择搓板路、石块路、鱼鳞坑路、卵石路、砂坑路、条石路、石板路、扭曲路、沥青路，以不同的顺序组合而成。6.3.4按照试验样本大小分类(1)全数测试全数试验是指对于关键项目和指标进行100%的测试或检查。这种测试所得数据较为精确，可靠性置信水平高，缺点是工作量大，测试对象也只能局限于非破坏性产品。需要说明的是:经过寿命试验的样品是不能作为产品安装或销售的。全数测试实际上是生产现场的在线检查，目的是提高零件或整车的可靠性水平。(2)抽样测试从批量产品中抽取部分样品进行试验，利用试验结果，通过计算、分析