林曉斌博士《車輛一體化耐久性可靠性工程》主題報告。報告內(nèi)容包括如何建立整車和零部件耐久性可靠性目標、如何進行耐久性可靠性實驗、如何在設(shè)計階段使用有效的虛擬仿真技術(shù)、加快產(chǎn)品開發(fā)等，以及針對新能源車輛以及新能源車輛的耐久性及可靠性問題提出一些思路和案例。

報告分為以下6個部分：

· 車輛耐久性可靠性工作流程

· 用戶載荷環(huán)境及使用表征

· 耐久性可靠性目標建立

· 疲勞耐久性預(yù)測和可靠性分析

· 數(shù)值預(yù)測和實際結(jié)果關(guān)聯(lián)

· 耐久性可靠性試驗驗證

1、車輛耐久性可靠性工作流程

汽車行業(yè)的競爭近年來達到了一個新的高度，制造商如何在短時間內(nèi)以有限的資源開發(fā)出符合用戶要求的耐久性可靠性的產(chǎn)品，是必須面對的一個重大挑戰(zhàn)。

疲勞耐久性/可靠性主要解決動態(tài)載荷所引起的結(jié)構(gòu)零部件或電子元器件的疲勞失效問題。

典型的車輛（疲勞）耐久性工作流程主要有兩方面，一是基于試驗的車輛疲勞耐久分析，二是基于虛擬模型的車輛疲勞耐久分析，兩者之間既有聯(lián)系又有區(qū)分。

產(chǎn)品整體開發(fā)過程的可靠性步驟分為：概念、設(shè)計、開發(fā)、測試、生產(chǎn)及支持。

概念階段：明確可靠性的要求，根據(jù)量化的載荷環(huán)境和用戶使用習(xí)慣為可靠性目標制定符合要求的測試方法和標準。

設(shè)計階段：估計每個零部件和整車系統(tǒng)的失效模式和風(fēng)險，鑒別零部件的設(shè)計缺陷，提高部件的可靠度。

開發(fā)階段：通過可靠性預(yù)測及系統(tǒng)建模模擬零部件失效機理，提出可靠性改進計劃。

測試階段：根據(jù)可靠性測試結(jié)果建立系統(tǒng)模型，失效分析，設(shè)計評審、改進及可靠性預(yù)測。

生產(chǎn)階段：生產(chǎn)領(lǐng)域的可靠性控制包括PFMEA與控制計劃、初始生產(chǎn)單元驗證測試及Burn-in試驗等。

支持階段：用戶使用支持通過故障報告和根本原因分析等進行產(chǎn)品可靠性監(jiān)控。

2、用戶載荷環(huán)境及使用表征

車輛的耐久性/可靠性和載荷環(huán)境（路面、載重、氣候等）緊密相關(guān)，很多零部件的壽命也和車輛的駕駛（使用）方式相關(guān)，主要載荷包括：力/力矩，壓力，加速度，溫度，濕度，電壓等。

耐久性/可靠性設(shè)計目標必須包含車輛在役載荷環(huán)境，沒有指定載荷環(huán)境的車輛使用壽命是不確定的。整車、系統(tǒng)、組件、零部件等都有各自的關(guān)鍵載荷，通常也需要設(shè)定不同的設(shè)計目標。

（1）車輛載荷獲取方式

車輛載荷必須要通過大量的用戶使用數(shù)據(jù)和用戶載荷分析，然后進行統(tǒng)計得出。主要包括以下載荷信息：

· 直接測試車輛系統(tǒng)的載荷和環(huán)境信息

· 監(jiān)控測量典型用戶車輛的載荷信息

· 實測和虛擬模擬相結(jié)合得到各系統(tǒng)或零部件的載荷

· 完全虛擬模擬路面及車輛典型行駛

（2）車輛使用信息獲取方式

· 用戶調(diào)查

· 監(jiān)控測量典型用戶車輛的使用信息

（3）影響車輛壽命的主要因素

· 行駛里程

· 車輛載重

· 行駛路線（路面等級、不平度、坡度、彎道）

· 行駛車速

· 典型工況（制動、轉(zhuǎn)向）

GPS大數(shù)據(jù)綜合分析案例：對GPS數(shù)據(jù)進行綜合分析，輸出顯示全部軌跡、時間、里程、車速、側(cè)向加速度、縱向加速度、方向角等統(tǒng)計量，以及相關(guān)量的統(tǒng)計分布。

3、耐久性可靠性目標建立

耐久性可靠性目標建立方法如下：

定義可靠性目標：在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)品可能完成規(guī)定功能（可靠的/存活），可能完不成規(guī)定功能（不可靠的/失效）。

選取可靠性度量：產(chǎn)品在規(guī)定條件，規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。

建立用戶分布模型：根據(jù)用戶載荷數(shù)據(jù)進行綜合分布，建立用戶的分布模型。

獲取指定嚴酷度下的設(shè)計目標：根據(jù)給定條件，獲取耐久性可靠性的設(shè)計目標值。

可靠性目標建立流程：根據(jù)各個用戶的損傷數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)件）或扭矩譜數(shù)據(jù)（傳動系統(tǒng)），應(yīng)用nCode軟件進行仿真分析，求取相應(yīng)部件可靠性的設(shè)計目標值。

4、疲勞耐久性預(yù)測和可靠性分析

（1）疲勞失效及預(yù)測

疲勞壽命預(yù)測可以很大程度上改進優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)和零部件的耐久性和可靠性，并幫助進行耐久性試驗驗證的簡化和加速，是現(xiàn)代車輛設(shè)計必不可少的一個關(guān)鍵技術(shù)，可以指導(dǎo)提高產(chǎn)品的可靠性。

疲勞是車輛耐久性/可靠性中最主要的失效模式，據(jù)統(tǒng)計，疲勞失效占結(jié)構(gòu)失效的50-90%。疲勞是由于載荷變化所引起，一般包含裂紋萌生和隨后的裂紋擴展兩個過程，循環(huán)塑性變形是金屬產(chǎn)生疲勞的主要原因。

典型的疲勞分析技術(shù)如下：

金屬結(jié)構(gòu)和零部件的疲勞壽命可以基于小試樣中獲得的疲勞性能曲線，結(jié)合材料中的應(yīng)力或應(yīng)變變化進行預(yù)測。例如焊縫疲勞分析和白車身焊點疲勞分析是從關(guān)鍵位置的測試數(shù)據(jù)（如應(yīng)變）預(yù)測壽命。

（2）可靠性分析

可靠性分析主要是針對一些實驗失效的數(shù)據(jù)來建立模型，模型可以進行可靠性分配，識別計算測試對象的最弱點，可以加速測試對象的可靠性分析。

5、數(shù)值預(yù)測和實際結(jié)果關(guān)聯(lián)

比較虛擬分析和真實試驗結(jié)果的符合程度，可以驗證虛擬分析的可信度，為改進虛擬分析提供直接的數(shù)據(jù)，同時也為制定設(shè)計階段的虛擬驗證規(guī)范提供基礎(chǔ)，充分發(fā)揮虛擬分析在產(chǎn)品開發(fā)中的作用。

可靠性數(shù)值預(yù)測和試驗結(jié)果常用的關(guān)聯(lián)包括：載荷關(guān)聯(lián)、振動關(guān)聯(lián)、應(yīng)變關(guān)聯(lián)、疲勞失效位置關(guān)聯(lián)、疲勞失效壽命關(guān)聯(lián)等。

6、耐久性可靠性試驗驗證

耐久性/可靠性試驗是車輛研發(fā)中非常重要的一環(huán)，直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的耐久性和可靠性。試驗設(shè)計和驗證方法至關(guān)重要，既要符合系統(tǒng)的加載條件及設(shè)定的耐久性可靠性目標，又需要對試驗進行合理的簡化和加速。

典型的試驗有設(shè)計驗證和產(chǎn)品驗證，適用于不同的研發(fā)階段。對于疲勞耐久性試驗，通?？梢允褂闷趽p傷慨念，對試驗進行簡化和加速；而對于非疲勞可靠性試驗，可通過可靠性理論中的ALT（加速壽命）試驗技術(shù)，實現(xiàn)試驗加速。

典型試驗類型包括：等幅疲勞試驗、多級譜（塊譜）疲勞試驗、單軸或多軸變幅時域模擬試驗、頻域振動臺疲勞試驗、傳動系試驗、高低溫試驗、鹽霧試驗、多“應(yīng)力”復(fù)合試驗等。

nCode軟件在耐久性可靠性試驗驗證中的應(yīng)用案例包括：副車架試驗載荷簡化、電池包試驗標準開發(fā)及傳動系統(tǒng)臺架試驗標準開發(fā)等。

總而言之，汽車可靠性和耐久性設(shè)計、開發(fā)和驗證，不僅關(guān)系到汽車企業(yè)的生存和發(fā)展，也關(guān)系到消費者的利益和安全。在未來的汽車制造和設(shè)計中，需要更加注重汽車質(zhì)量、可靠性和耐久性的提高，以適應(yīng)不斷發(fā)展的市場需求和消費者要求。

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